3 η Εργαστηριακή Άσκηση

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "3 η Εργαστηριακή Άσκηση"

Παιάν Παπάγος
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 3 η Εργαστηριακή Άσκηση Μελέτη της Τριβής Εργαστήριο Τριβολογίας Απρίλιος 2012 Αθανάσιος Μουρλάς

2 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

3 Τριβοσύστημα Το τριβοσύστημα αποτελείται από: Τα εν επαφή σώματα A και B, Το περιβάλλον E και Το ενδιάμεσο στα Α και Β τρίτο σώμα (π.χ. ψήγματα φθοράς, λιπαντικό κτλ).

4 Τριβή Tριβή (friction) λέγεται το φυσικό φαινόμενο κατά το οποίο σε δύο εφαπτόμενα σώματα, το ένα ανθίσταται στην κίνηση ή την τάση να κινηθεί, του άλλου. Η τριβή των στερεών είναι πολύπλοκο φαινόμενο που εξαρτάται από διάφορες παραμέτρους που δρουν επί του τριβικού συστήματος και μάλιστα στην πραγματική επιφάνεια επαφής και στα στρώματα του υλικού κάτω από αυτή, σε μικρό σχετικά βάθος.

Η τριβή των στερεών είναι πολύπλοκο φαινόμενο που εξαρτάται από διάφορες παραμέτρους που δρουν

5 Όταν δύο σώματα (α) και (β) κινούνται με σχετική ταχύτητα u σχαβ, λόγω του φαινομένου της τριβής αναπτύσσεται η εφαπτομενική δύναμηςτριβήςτπου ανθίσταται στη σχετική κίνηση των σωμάτων και κατά συνέπεια έχει διεύθυνση αντίθετη προς τη διεύθυνση της σχετικής ταχύτητας.

δύναμηςτριβήςτπου ανθίσταται στη σχετική κίνηση των σωμάτων και

6 ΔS = St So U αβ σχ = ΔS Δt T F

7 Συντελεστής τριβής ονομάζεται ο λόγος της τριβής προς την κάθετη, προς την διεύθυνση της κίνησης, συνιστώσα των εξωτερικών δυνάμεων που δρουν επί των τριβόμενων επιφανειών (φορτίο): μ = Τ Ν Ανάλογα με το είδος της σχετικής κίνησης των δύο εφαπτόμενων σωμάτων, η τριβή διακρίνεται σε τριβή ολίσθησης και τριβή κύλισης.

τριβόμενων επιφανειών (φορτίο): μ = Τ Ν Ανάλογα με το είδος της σχετικής

8 Στην τριβή κύλισης το ένα από τα δύο στοιχεία του τριβικού συστήματος περιστρέφεται γύρω από ένα στιγμιαίο κέντρο περιστροφής που βρίσκεται επί της επιφάνειας επαφής των δύο σωμάτων και η οποία συνεχώς μεταβάλλεται. Οι τριβείς κύλισης κατασκευάζονται με διάφορα είδη στοιχείων κύλισης (σφαιρικά, κυλινδρικά, βελονοειδή, κωνικά και βαρελοειδή), αφού η τριβή κύλισης είναι μικρότερη της τριβής ολίσθησης. Για ένσφαιρα έδρανα ο συντελεστής τριβής είναι 0,008 έως 0,0017.

Οι τριβείς κύλισης κατασκευάζονται με διάφορα είδη στοιχείων κύλισης (σφαιρικά, κυλινδρικά, βελονοειδή, κωνικά και

10 Όταν δεν υπάρχει σχετική κίνηση των δύο σωμάτων του τριβικού συστήματος και επιπλέον η έλκουσα δύναμη F είναι μηδενική (u σχαβ =0, F=0) τότε θα είναι T=F=0 ενώ Ν 0. Είναι τότε: = μ Τ Ν = 0 Το σύστημα αυτό είναι ουσιαστικά σύστημα ακίνητων σωμάτων σε επαφή υπό δράση μόνον του φορτίου.

11 Εάν εφαρμόζεται στο σύστημα αυτό μια μικρή εφαπτομενική (έλκουσα) δύναμη F,δεν μπορεί να υπάρξει ολίσθηση. Βαθμιαία αύξηση της έλκουσας δύναμης F θα προκαλέσει σχετική κίνηση όταν η F φθάσει σε κάποια Fορ. Στατικός συντελεστής τριβής (μ σ ) ονομάζεται ο λόγος: F Τ μ = ορ σ Ν Ν

Βαθμιαία αύξηση της έλκουσας δύναμης F θα προκαλέσει σχετική κίνηση

12 Όταν uσαβ 0 υπάρχει σχετική κίνηση και τότε ο συντελεστής τριβής ονομάζεται κινητικός ή κινηματικός (μ κ ). Έχει βρεθεί ότι όταν υπάρχει σχετική κίνηση είναι εν γένει F<Fορ και μ κ = F Ν T Ν Δηλαδή γενικά απαιτείται μικρότερη έλκουσα δύναμη F για να διατηρηθεί η κίνηση από την Fορ που απαιτείται για να αρχίσει (δηλαδή γενικά είναι μ σ >μ κ ).

Έχει βρεθεί ότι όταν υπάρχει σχετική κίνηση είναι εν γένει F<Fορ και μ κ = F Ν T Ν

13 μ (static) > μ (kinetic) > μ (rolling)

14 Παράμετροι λειτουργίας του τριβικού συστήματος Βασικές παράμετροι που επηρεάζουν την λειτουργία του τριβικού συστήματος είναι: Tα υλικά των τριβομένων επιφανειών, H παρουσία επιφανειακού στρώματος (λιπαντικού, ρύπου, οξειδίων), H τραχύτητα των επιφανειών, H σχετική ταχύτητα ολίσθησης, Tο εφαρμοζόμενοκάθετοφορτίο, H διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ των επιφανειών.

επιφανειακού στρώματος (λιπαντικού, ρύπου, οξειδίων), H τραχύτητα των επιφανειών, H σχετική

15 Η επίδραση της τραχύτητας στην τριβή 1. Στις πολύ λείες επιφάνειες, η τριβή τείνει να είναι υψηλή επειδή η πραγματική επιφάνεια επαφής αυξάνεται υπερβολικά, με αντίστοιχη αύξηση των μοριακών δυνάμεων 2. Στις πολύ τραχείες επιφάνειες η τριβή είναι και πάλι υψηλή εξ αιτίας της ανάγκης να υψωθεί η μια επιφάνεια πάνω από τις μεγάλες προεξοχές της άλλης. 3. Στις μεσαίες τραχύτητες η τριβή είναι σχεδόν ανεξάρτητη της τραχύτητας.

υπερβολικά, με αντίστοιχη αύξηση των μοριακών δυνάμεων 2.

16 Διάγραμμα συντελεστή τριβής - τραχύτητας

17 2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

18 Περιγραφή της συσκευής Η συσκευή τριβής-φθοράς είναι τύπου στυλίσκου-δίσκου (pin on disk). Αποτελείται κυρίως από ένα τροποποιημένο σώμα τόρνου ο οποίος φέρει ένα δίσκο, στις επιφάνειες του οποίου πιέζονται κυλινδρικοί στυλίσκοι με τη βοήθεια υδραυλικών κυλίνδρων (υδραυλικό πιεστήριο Budenberg).

Αποτελείται κυρίως από ένα τροποποιημένο σώμα τόρνου ο οποίος φέρει ένα

20 Αρχή λειτουργίας της συσκευής στυλίσκου-δίσκου.

21 Η επιφάνεια του ενός άκρου του στυλίσκου μπορεί να είναι επίπεδη, κωνική ή ημισφαιρική. Ο δίσκος και οι στυλίσκοι μπορεί να είναι απότοίδιοήαπόδιαφορετικόυλικό. Όταν ο συνδυασμός των υλικών είναι από διαφορετικά μέταλλα, είναι καλύτερο ο στυλίσκος να είναι από το μαλακότερο, αυτό δηλαδή που θα φθαρεί γρηγορότερα.

23 Υπολογισμοί Από τη γεωμετρία του συστήματος προκύπτει ότι η απόσταση ολίσθησης L των δοκιμίων πάνω στην επιφάνεια του δίσκου είναι: L = 2 * π * R * n * Δt όπου : L, ηαπόστασηολίσθησης(σε m) n, η ταχύτητα περιστροφής (σε rpm) Δt, η διάρκεια της δοκιμής (σε sec)

24 u = Δx / Δt => L = Δx * u * Δt = (ω *R)* Δt => L = (2 * π *n)* R * Δt = (2*π*R)*n*Δt

25 Το φορτίο, δηλαδήηκάθετηδύναμη(n) είναι: N=53,09. p όπου : N, η κάθετη δύναμη (σε Nt) p, η ασκούμενη πίεση (σε bar) Ο μέσος συντελεστής τριβής των στυλίσκων ΑκαιΒ, είναι: μ = T 2N

27 Πειραματική διαδικασία Κατά τη διεξαγωγή του πειράματος τριβής μελετάται η συμπεριφορά των εξής ζευγών υλικών: α) Χάλυβας (δίσκος) Ορείχαλκος (στυλίσκος) β) Χάλυβας (δίσκος) Αλουμίνιο (στυλίσκος) H ταχύτητα περιστροφής του δίσκου παραμένει σταθερή και ίση με n = 340 rpm Η πειραματική διαδικασία επαναλαμβάνεται τρεις φορές για κάθε ζεύγος υλικών και για φορτία 1, 2 και 3 bar. Η διάρκεια κάθε δοκιμής καθορίζεται στα t= 5 min.

28 Μέσω κατάλληλων μετρητικών διατάξεων και με τη βοήθεια Η/Υ (ανάκτηση δεδομένων data acquisition) λαμβάνονται, κατά τη διάρκεια των δοκιμών, τιμές της δύναμης τριβής Τ (σε Ν) σε πραγματικό χρόνο.

30 Με την βοήθεια των παραπάνω τύπων, υπολογίζεται: 1. O συντελεστής τριβής μ 2. Το μήκος ολίσθησης L Σχεδιάζονται και σχολιάζονται τα διαγράμματα μ = μ(l) ως εξής: 1. μ = μ(l) για το ζεύγος Χάλυβα Ορείχαλκου σε κοινό γράφημα και γιατατρίαφορτία 2. μ = μ(l) για το ζεύγος Χάλυβα Αλουμινίου σε κοινό γράφημα και γιατατρίαφορτία 3. μ = μ(l) για τα ζεύγη Χάλυβα Ορείχαλκου και Χάλυβα Αλουμινίου σε κοινό γράφημα για : α) p = 1 bar β) p = 2bar γ) p = 3 bar

Σχετικά έγγραφα

3 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ

3.1 3 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΤΡΙΒΗΣ 3.1. Θεωρίες περί τριβής Οι θεωρίες για τη φύση της τριβής έχουν μεταβάλλονται, καθώς η γνώση του ανθρώπου για τη φύση των στερεών σωμάτων συμπληρώνεται και