BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM K ö z l e k e d é s m é r n ö k i K a r Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésmérnöki Kar Járműelemek és Hajtások Tanszék Járműelemek és Hajtások Tanszék Siklócsapágyak Mérési segédlet (Érvényes: 2009. 09.17-től) Összeállította: dr. Török István A Segédlet az alábbi diagramokat tartalmazza: 1. diadram: Csapágyjellemző szám és Súrlódási szám 2. diagram: Viszkozitás Siklócsapágy mérés. Mérési segédlet / 1
Az olajkenésű siklócsapágyak súrlódási veszteségeinek meghatározására elsőként Stribeck végzett kísérleteket. A kísérletek során megállapította, hogy nyugalmi helyzetben (induláskor) a súrlódási tényező lényegében a fémes súrlódásnak felel meg. Indítás után rohamosan csökken, majd egy minimum után ismét emelkedik. A persely fajlagos terhelését változtatva a minimum mindig azonos értékűre adódott, a súrlódási görbék többi része azonban változott (1. ábra). A helyesen kialakított siklócsapágy a tiszta folyadéksúrlódás állapotában üzemel. 1. ábra Stribeck-diagram Siklócsapágy mérés. Mérési segédlet / 2
Adott: Meghatározandó: csapágy geometria, terhelés, fordulatszám és a kenőanyag. súrlódási tényező A vegyes és tiszta folyadéksúrlódás határához tartozó minimális résméret: h 0 min R 1max R 2 max f A maximális érdességmagasság: R max 4.5 R a [mm] Lehajlás végcsap és beálló persely esetén: p k d b f 0.6 E d Az átlagos felületi terhelés: p k F b d [MPa] 4 [mm] [mm] d - csapátmérő [mm]; b - csapágypersely szélesség [mm]. A folyadéksúrlódás kezdetéhez tartozó legnagyobb relatív excentricitás: max h 0 min 1 D d 2 d - csapátmérő [mm]; D - csapágyfurat átmérő [mm]. (1) (2) (3) (4) (5) (Vizsgálataink során olyan csapágyterhelések és fordulatszámok fordulnak elő, amikor a tiszta folyadéksúrlódás biztosított.) A relatív játék számítható az alábbiak szerint: D d d Ezzel számítható a csapágyjellemző szám: p k 2 - a kenőolaj dinamikai viszkozitása a t csapágyhőmérsékleten [Pas]; - szögsebesség [1/s] (=2n). (6) (7) A méréseink során a [mm 2 /s] kinematikai viszkozitást határozzuk meg diagramból a t [ C] csapágyhőmérséklet függvényében. A számításhoz szükséges dinamikai viszkozitás az alábbiak szerint határozható meg: Siklócsapágy mérés. Mérési segédlet / 3
10 6 [Pa s] - a kenőolaj sűrűsége (=900 [kg/m 3 ]). (8) A csapágyjellemző szám ( ) ismeretében a tényleges relatív excentricitás diagramból megállapítható, és az < max szükséges feltétel ellenőrizhető. Ezek alapján a súrlódási tényező értéke (egy adott terhelés és fordulatszám) meghatározható: = C C - súrlódási szám (b/d és függvénye), diagramból leolvasható. (9) A feladat egy, a tiszta folyadéksúrlódás állapotában üzemelő siklócsapágy súrlódási tényezőinek meghatározása számítással és méréssel, továbbá az eredmények összehasonlító kiértékelése. A méréshez szükséges csapágyvizsgáló berendezés elrendezése a 2. ábrán látható. Az egyes egységek az alábbiak: 1 - siklócsapágy 2 - siklócsapágyház 3 - mélyhornyú golyóscsapágy 4 - golyóscsapágyház 2. ábra Csapágyvizsgáló berendezés elrendezése Siklócsapágy mérés. Mérési segédlet / 4
A csapágyvizsgáló berendezésbe beépített csap és siklócsapágy geometriai adatai: Csapátmérő: Csap felületi érdessége: Csapágypersely furat: Csapágypersely felületi érdessége: Csapágypersely szélessége: Komplett csapágyház tömege: d=49.820 mm Ra 1 =0.32 m D=49.890 mm Ra 2 =0.63 m b=38 mm m cs =26 kg A csapágyház m cs tömege a terhelést a csapágyháznak átadó 10 mm rúdban relatív nyúlást okoz. Ennek nagysága: m cs g x 10 A E 6 x - a digitális kijelzőszám [strain] (fajlagos nyúlás: /); A - az 10 mm-es rúd keresztmetszete: A=78.54 [mm 2 ]; E - rugalmassági modulus, értéke acélok esetén: E=2.110 5 [MPa]; (10) A fenti (10) egyenletből x értéke kifejezhető: m cs g A E 10 26 9.81 5 78.54 2.110 10 x 6 6 15.46 [ strain] (11) A csapágyterhelés beállítása csavaros mechanizmussal történik, amelynek nagysága a műszeren kijelzett x érték alapján az alábbiak szerint számítható: F E A x 10 6 2.110 5 78.54 [N] (12) A siklócsapágy tényleges terhelése a vizsgálógép fejtömegének (m cs ) figyelembevételével: F = F m cs g = F 269.81 = F 255 [N] (13) A mérések során egy terhelési értéknek megfelelő x fajlagos nyúlásértéket állítunk be. Az adott terheléssel négy különböző fordulatszámon meghatározzuk a súrlódási tényező értékeket. A vizsgálat során mérni/számítani kell: F m siklócsapágy súrlódó erőt [N]. F m a műszeren leolvasott %-értéknek megfelelő terhelés. (a beállított mérőműszeren 100% 10N). n fordulatszámot [1/min], mérése stroboszkóppal történik. t csapágyhőmérsékletet [ºC]. A csapágyhőmérséklet meghatározásakor a termisztor ellenállásváltozását mérjük [k]-ban és egy hitelesítő diagram segítségével kapjuk meg a tényleges t hőmérséklet értéket. Siklócsapágy mérés. Mérési segédlet / 5
A siklócsapágy teljes súrlódási veszteségnyomatéka: M s = M 1 + M 2 (14) M 1 - a mért F m [N] súrlódóerő és az [mm] súrlódóerő karjának szorzata; M 1 = F m [Nmm], ahol = 190 [mm]. M 2 - az F [N] csapágyterhelés okozta golyóscsapágy veszteségnyomaték: 0.55 F M 2 0.0009 F d m [Nmm] C 0 C 0 = 78000 [N], a golyóscsapágy statikus határterhelése, d m = 165 [mm], a golyóscsapágy közepes gördülési átmérője. A súrlódási tényező értékét az alábbi összefüggésből nyerjük: 2 s M d F (15) A mérés alapján számított súrlódási tényezők: 1 2 3 4 A (15) egyenlet alapján meghatározott négy súrlódási tényezőt (állandó terhelés és különböző fordulatszámok) diagramban ábrázoljuk, majd a kapott eredményeket értékeljük. Siklócsapágy mérés. Mérési segédlet / 6
1. diagram: Súrlódási szám és Csapágyjellemző szám Siklócsapágy mérés. Mérési segédlet / 7
2. diagram: Viszkozitás Siklócsapágy mérés. Mérési segédlet / 8