розділ 2.3) прийнято, що енергетичні витрати на тертя поверхонь маховика з повітрям є несуттєвими, а параметри вибігу для заданої конструкції експериментальної установки в значній мірі залежать від стану мастильного матеріалу.
Для визначення ступеня залежності параметрів вибігу від впливових факторів та стану і спрацьованості мастильних матеріалів проведено серію експериментів на лабораторних установках з різними конструктивними параметрами.
4.2.1. Вплив опору повітря на процес вибігу
Це питання досліджували на лабораторній установці з вертикальною віссю обертання маховика ( див. рис. 3.1, б).
Для визначення витрат енергії на подолання опору повітря було виготовлено маховик та три довантажувальні диски однаковою масою і моментом інер-ції, але з різними площами поверхонь (рис. 4.8). Диски було виготовлено з різних матеріалів: 1 - свинцевий сплав, 2 - стальний, 3 - алюмінієвий. Диски мали однаковий зовнішній діаметр, інші характеристики наведено в таблиці 4.6.
Рис. 4.8. Схеми маховика з надставками 1, 2, 3
Таблиця.4.6
Характеристики надставок до маховика
Найменування показникаВаріанти дисків1231. Матеріалсвинецьстальалюміній1. Маса, кг0,4200,4200,4202. Момент інерції, кг?м20,000180,000180,000183. Висота надставки, м0,01370,02000,06014. Площа поверхні, м22,52?10-33,68?10-311,05?10-3 Основний маховик мав такі параметри: площа поверхні - 16,02?10-3 м2, маса маховика - 2,00 кг, момент інерції - 1,00?10-3 кг?м2.
У процесі дослідження маховик з різними надставками за однакових умов (температура 20?С±0,5?С, навантаження 23,5 Н, початкова швидкість обертання 1500 об/хв, мастильний матеріал - нова олива ТАп-15В) показав стабільні результати вибігу (табл. 4.7, рис. 4.9). Середнє квадратичне відхилення не перевищувало 0,4%.
Таблиця 4.7
Значення показників вибігу при використанні різних надставок
Показники Варіанти дисків1231. Кількість обертів до зупинки Z, об1651164816362. Час вибігу tv, с137137136
Рис. 4.9. Залежність показників вибігу від площі його бокової поверхні
Математична обробка результатів експерименту дала змогу встановити кількісну залежність параметрів вибігу маховика від площі поверхні контакту його з повітрям, яка підтвердила, що вплив опору повітря на загальні втрати енергії при обертанні маховика складає 0,73% - 0,84%. У межах досліджених конструкційних матеріалів цей опір не перевищує 1% загального балансу енерговитрат, тому в наступних дослідах опір повітря не враховувався.
4.2.2. Вплив ступеня заповнення вузла тертя мастильним матеріалом
Для виявлення залежності показників вибігу від ступеня заповнення вузлу тертя мастильним матеріалом було проведено серію досліджень на установці з вертикальною віссю обертання і упорним підшипником при відсутності мастильного матеріалу і з наступним поступовим дозованим збільшенням його кількості. Спочатку деталі вузла тертя промивали, знежирювали та висушували в сушильній шафі. Чистий і сухий підшипник установлювали в установку та визначали показники вибігу в режимі сухого тертя, тобто при повній відсутності мастильного матеріалу. Потім додавали таку мінімальну кількість мастильного матеріалу, яка забезпечувала умови достатності змащування [49, 67, 142], тобто
hз.ш. >= hmin, (4.1)
де hз.ш. - товщина змащувального шару;
hmin - мінімальна товщина достатнього шару змащування.
Для прийнятої конструкції підшипникового вузла тертя необхідну мінімальну кількість мастильного матеріалу (об'єм) визначали за формулою:
Vmin = Sп?hmin, (4.2)
де Sп - загальна площа опорної поверхні підшипника в даному вузлі тертя, м2.
Для встановленого в цьому вузлі тертя підшипника кочення № 6338 загальна площа поверхні тертя складає Sп = 9,7?10-3 м2, а мінімальна товщина змащувального шару hmin = 1,0?10-6 м, тоді Vmin = 9,7?10-9 м3.
Ступінь заповнення (Кз) вузла тертя мастильним матеріалом визначали за формулою:
Кз = Vм.м. / Vв.т., (4.3)
де Vм.м. - кількість мастильного матеріалу, м3;
Vв.т. - вільний об'єм підшипникового вузла тертя, м3.
За допомогою ін'єкційного шприца зі шкалою 0,01 см3 додавали мастильний матеріал на поверхню тертя, рівномірно розподіляли його по всій поверхні та визначали показники вибігу в режимі мінімального змащування.
В наступних дослідах поступово додавали об'єм мастильного матеріалу в геометричній прогресії з коефіцієнтом 2, тобто вдвічі більшим, ніж об'єм, який знаходився у вузлі тертя, і так до заповнення всього вільного об'єму вузла тертя. Результати, отримані, наприклад, для оливи І-20, подані на рис. 4.10 та 4.11.
Рис. 4.10. Залежність показників вибігу від кількості мастильного матеріалу
Рис. 4.11. Залежність показників вибігу від ступеня заповнення мастильним
матеріалом вузла тертя
З рис. 4.10 та 4.11. видно, що показники вибігу суттєво залежать від ступеня заповнення вільного об'єму вузла тертя. Робота підшипникового вузла в режимі сухого тертя характеризується високим коефіцієнтом тертя та інтенсивним зношуванням, що і зумовлює мінімальні значення показників вибігу. В міру додавання мастильного матеріалу до об'єму мінімально достатнього для утворення стійкої масляної плівки на поверхнях тертя показники вибігу різко зростають. При подальшому незначному збільшенні кількості мастильного матеріалу, доданого у вузол тертя, показники вибігу продовжують зростати доти, доки товщина утвореної масляної плівки забезпечує низький рівень коефіцієнта тертя, а система знаходиться в стані рівноваги та мінімальних витрат енергії на тертя і перемішування мастильного матеріалу. Подальше збільшення об'єму доданого мастильного матеріалу не змінює рівня коефіцієнта тертя, але призводить до поступового підвищення витрат енергії на перемішування мастильного матеріалу, в результаті знижуються показники вибігу маховика. При заповненні мастильним матеріалом більше 30 % вільного об'єму вузла тертя рівень витрат енергії на перемішування зростає настільки, що зменшує показники вибігу в 2-3 ра