PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN

Laboratorium

Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

Wykonali:

Sroka Łukasz

Stanek Michał

Stary Jakub

Synowiec Daniel

Szkodzińska Iwona

Stempka Jakub

Stopka Mateusz

Stygar Marcin

Suchora Michał

Srokowski Maciej

Rok akademicki 2010/2011

1. Cel laboratorium

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było eksperymentalne zbadanie sprzęgła ciernego. Dodatkowo naszym zadaniem byłozaobserwowanie różnic w pracy sprzęgła, wynikających z zastosowania dwóch różnych tarcz ciernych.

1. Stanowisko badawcze

Wszystkie czujniki współpracują z wzmacniaczem Spider8, a następnie przekazywane są do komputera, który dokonuje zapisu pomiarów przy wykorzystaniu oprogramowania CATMAN.

Podczas badania wykorzystano tarcze stalową C45 i tarcze z ciernymi powierzchniami z tworzywa sztucznego

1. Przebieg ćwiczenia:

1. Opracowanie wyników.

• Obliczenie promienia R_t

M_obc = F_L • R_t

M_obc- Zewnętrzny moment obciążający

R_t- Promień tarczy na której założone zostało obciążenie.

F_L- Siła obciążająca bloczek

Ponieważ w początkowej fazie pomiaru, siły tarcia przewyższają zewnętrzne momenty obciążające, moment M_sbedzie równy momentowi M_obc.

Możemy więc zapisać:

$$R_{t} = \frac{M_{s}}{F_{L}}$$

Zestawienie wyników:

	100N	200N
Tarcza stalowa	RtA=195,10mm	RtB=194,00mm
Tarcza Ferodo	RtC=181,19mm	RtD=187,90mm

Po uśrednieniu: R_t=189,54mm

• Obliczenie sił tarcia statycznego F_TS.

$$F_{\text{TS}} = \frac{M_{\text{obc}}}{R_{\text{Sr}}}$$

$$F_{\text{TS}} = \frac{m \bullet g \bullet R_{t}}{R_{\text{Sr}}}$$

gdzie, R_sr- wartość średniego promienia tarcia.

$$R_{\text{sr}} = \frac{2}{3}*\frac{R^{3} - r^{3}}{R^{2} - r^{2}}$$

D=190mm => R=95mm –zew. promień okładzin ciernych

d=160mm=> r=80mm –wew. promień okładzin ciernych

R_sr= 87,71mm=0,08771[m]

Biorąc powyższe obliczenia pod uwagę, dla obciążeń o wartości 100N siły tarcia statycznego wynoszą:

$$\mathbf{F}_{\mathbf{TS100}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{10 \bullet 10 \bullet 0,18954}}{\mathbf{0,08771}}\mathbf{= 216,09}\mathbf{N}$$

Natomiast dla obciążenia o wartości 200N:

$$\mathbf{F}_{\mathbf{\text{TS}}\mathbf{200}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{10 \bullet 20 \bullet 0,18954}}{\mathbf{0,08771}}\mathbf{= 432,19}\mathbf{N}$$

• Obliczenie współczynnika tarcia statycznego:

Celem wyznaczenia współczynnika tarcia statycznego, porównywana jest wartość siły tarcia F_TS z siłą docisku F_D w momencie zerwania połączenia tarciowego.

$$\mathbf{\mu}_{\mathbf{S}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{F}_{\mathbf{\text{TS}}}}{\mathbf{F}_{\mathbf{D}}}$$

Tarcza stalowa

100N

F_D w momencie zerwania połączenia = 384,72N

$$\mu_{S} = \frac{216,09}{384,72} = \mathbf{0,56}$$

200N

F_D w momencie zerwania połączenia = 849,84N

$$\mu_{S} = \frac{432,19}{849,84} = \mathbf{0,50}$$

Tarcza stalowa μ_s≈0, 53

Tarcza Ferodo

100N

F_D w momencie zerwania połączenia = 577,2N

$$\mu_{S} = \frac{216,09}{577,2} = \mathbf{0,37}$$

200N

F_D w momencie zerwania połączenia = 1024,56N

$$\mu_{S} = \frac{432,19}{1024,56} = \mathbf{0,42}$$

Tarcza z Ferodo ∖t      μ_s≈0, 395

Przy zastosowaniu tarczy stalowej, w chwili zerwania połączenia tarciowego, następują gwałtowne skoki momentu skręcającego na wale. Jest to bardzo niekorzystne zjawisko, gdyż może prowadzić do uszkodzenia wału, bądź współpracujących ze sobą mechanizmów, jeżeli nie są one przystosowane do tego typu obciążeń dynamicznych.

Stosując tarcze Ferodo z tworzywa sztucznego, nagłe szarpnięcia i skokowe zmiany momentu zostają prawie całkowicie wyeliminowane. Ma to bardzo duże znaczenie na przykład w pojazdach samochodowych. Dzięki takej charakterystyce możliwe jest stopniowe zasprzęglanie i wysprzęglanie napędu co umożliwia płynną zmianę biegów, czy płynny start na wzniesieniu. Dodatkowo, cały uklad napędowy jest mniej narażony na skokowe zmiany naprężeń, przez co wydłuża się czas eskploatacyjny takich mechanizmów jak dyferencjał czy skrzynia biegów.

Mimo wielu zalet tarcz z tworzywa przy mechanizmach wymagających dużej płynności sprzęglania, ich sporą wadą jest stosunkowo mała wytrzymałośc w porównaniu z tarczami stalowymi. Tym samym, tarcze stalowe poleca sie wykorzystywać w sprzęgłach poddanych bardzo dużym obciążeniom.