YAĞLAMA VE KAYMALI YATAKLAR

Transkript

1 YAĞLAMA TĐPLERĐ YAĞLAMA VE KAYMALI YATAKLAR Yağlamanın beş farklı şekli tanımlanabilir. 1) Hidrodinamik ) Hidrotatik 3) Elatohidrodinamik 4) Sınır 5) Katı-film VĐSKOZĐTE τ F du = = A µ dy du U = dy h τ F U = = A µ h Mutlak vikozite, ( Pa ) ya da poie (P), dinamik vikozite olarak da adlandırılır. ASTM tandart metodu, 60 ml yağın belirtilen ıcaklıkta, 17.6 mm çaplı ve 1.5 mm uzunluklu bir tüp içeriinden akma zamanının ölçümünden oluşmaktadır. Sonuç kinematik vikozite ya da Saybolt Üniveral Vikozitei (SUV) olarak da adlandırılır. 180 ν = 0.t 10 t 6 ν = ( m /) µ = ρ 0.t 10 µ ( Pa ) t = PETROFF KANUNU U π rµ N τ = µ = h c 4 T = ( τ A) r = π µ ( π rl ) r π µ c = c 3 r N r l N T = f W r = ( f )( rl P) r = r f l P µ N r f = π P c 1

2 YATAK KARAKTERĐSTĐK SAYISI Yağlama performanı grafiklerinin tamamı Sommerfeld ayıı olarak da adlandırılan yatak karakteritik ayıı na göre hazırlanmıştır. Bu ayı r S = c µ N P olarak tanımlanır. Burada S : Yatak karakteritik ayıı r : Mil yarıçapı c : Radyal boşluk µ : Mutlak vikozite N : Saniyedeki efektif açıal hızdır (dev/) P : Birim yatak izdüşüm alanı başına düşen yük Özellikle N nin dev/ olup, dev/d olmadığına dikkat ediniz. Çünkü vikozitenin boyutlarından birii aniye olarak verilmektedir. Sommerfeld ayıı genellikle taarımcı tarafından belirlenen tüm değişkenleri içerir. Bu ayıının boyutuz olduğuna dikkat ediniz. KARARLI YAĞLAMA µ 6 N P olduğundan emin olunuz Kuru Yağlı

3 HĐDRODĐNAMĐK TEORĐ Varayımlar; 1) Yağlayıcı Newton un vikoz akış kanununa uyar. ) Yağlayıcının ataletinden oluşan kuvvetler ihmal edilir. 3) Yağlayıcının ıkıştırılamaz olduğu varayılır. 4) Vikozitenin film boyunca abit olduğu varayılır 5) Baınç ekenel doğrultuda değişmez. 6) Yatak ve mil z doğrultuunda onuz uzunluktadır dolayııyla z doğrultuunda akış yoktur. 7) Film baıncı y doğrultuunda abittir. Böylece baınç adece x koordinatına bağlıdır. 8) Filmdeki her bir yağ parçacığının hızı adece x ve y koordinatına bağlıdır. dp τ F = p + dy dz + τ dz τ dy dz p dy dz = 0 y Yukarıdaki denklem Đndirgendiğinde dp τ = ve y u τ = µ olduğu bilinmektedir. y dp u = µ x abit tutularak bu ifadeyi y ye göre iki kez integre ederiz. Böylece; y u 1 dp = y + c y µ 1 ve = 1 dp µ + + u y c1 y c c 1 ve c abitlerini bulmak için iki ınır şartı yazılabilir. y = 0 u = 0, y = h u = U 3

4 veya U h dp c1 = c = 0 h µ dp U u = 1 ( y h y) y µ h Q h = 0 u dy 3 U h h dp Q = 1µ Yağın ıkıştırılamaz olduğu varayımını kullanır ve debinin her keitte aynı olduğunu belirtire; dq = 0 3 dq U dh d h dp = = 0 veya 1µ d 3 h dp = 6U µ elde edilir. Bu eşitlik tek boyutlu akış için klaik Reynold eşitliğidir ve kenar ızıntılarını, yani z doğrultuundaki akışı ihmal eder. Kenar ızıntılar ihmal edilmediği zaman benzer bir çözüm bulunabilir. Bu durumda eşitlik aşağıdaki hali alır. = 6U x µ x z µ z x 3 3 h p h p h Eşitlik için genel bir çözüm yoktur. Elektrikel benzeşim, matematikel toplamalar, rölakayon metotları ve ayıal ve grafik metotlar kullanılarak yaklaşık çözümler bulunabilir. dh 4

5 TASARIM ĐLKELERĐ Đlk gruptakilerin değişkenlerin değerleri verilir veya taarımcının kontrolü altındadır. Bunlar: 1) Vikozite µ ) Taarlanan yatak izdüşüm alanı başına yük miktarı P 3) Hız N 4) Yatak boyutları r,c,β ve l Đkinci grup değişkenler bağımız değişkenlerdir. Sürtünme katayıı f 1) Sıcaklık artışı T ) Yağ debii Q 3) Minimum film kalınlığı h 0 EFEKTĐF AÇISAL HIZ Yatak ve muylunun her ikii de dönüyor ie, yatak hızı N heaplamaya özel bir dikkat harcanmalıdır. Bu durum örneğin epiiklik (epicyclic) yataklarda meydana gelir. Diyelim ki N j = Muylunun mutlak açıal hızı N b = Yatağın mutlak açıal hızı N = Yük vektörünün mutlak açıal hızı f olun. Muylunun, yük vektörüne göre bağıl açıal hızı N jf = N j N f (a) dir. Yatağın, yük vektörüne göre bağıl açıal hızı Nbf = Nb N f (b) Efektif açıal hız bait olarak Eşitlik (a) ve (b) nin toplamıdır ve N = N + N = N + N N jf bf j b f olarak bulunur. Bu değer bu bölümde kullanılan N devir ayıını heaplamak için kullanılmaı gereken açıal hızdır. 5

6 KAYMALI YATAKLAR ĐÇĐN TRUMPLER TASARIM KĐRĐTERLERĐ ho D Tmax = 10 C nd ho >0 c Wt.0 MPa ld Kullanılacak olan vikozitenin belirlenmeinde giriş ve çıkış ıcaklıklarının ortalamaı alınır. T Tort = T1 + Şekil 1-10 Vikozite-Sıcaklık grafiği 6

7 Şekil 1-11 Yağlar için vikozite-ıcaklık grafiği. Bu grafik 40 C ve 100 C deki bilinen vikozitelerden türetilmiştir ve onuçlar diğer ıcaklıklar için de doğrudur. 7

8 Şekil 1-13 Minimum-film-kalınlığı değişkeni ve ekantriklik oranı grafiği. Taralı bölgenin ol tarafındaki ınır çizgii minimum ürtünme için en uygun h0 değerini, a ğ taraftaki ınır çizgii ie makimum yük için en uygun ho değerini tanımlar. 8

9 Şekil 1-14 Minimum-film-kalınlığı h0 ın yerini belirleme grafiği Şekil 1-16 Sürtünme değişkeni grafiği 9

10 Şekil 1-15 Kullanılan notayonu götermek için film baınç dağılımının polar diyagramı Şekil 1-17 Debi değişkeni belirleme grafiği 10

11 Şekil 1-18 Kenar debiinin toplam debiye oranını belirleme grafiği 11

12 Şekil 1-19 Makimum film baıncını tanımlama grafiği 1

13 Şekil 1-0 Yağ filminin bitiş poziyonunu ve makimum film baıncının yerini bulma grafiği 13

14 SICAKLIK ARTIŞI Şekil 1-1 Sıcaklık-artış değişkeni ρc p TC rf / c = ya da 0.10 T / C rf c = 4π P 1 Q Q 1 Q P 1 Q Q 1 rcnl Q rcnl Yağlar için özgül ağırlık ortalama olarak: Yağlayıcının özgül ııı genel olarak: 3 ρ = 861 kg/m C = 1764 J/(Kg C) p 14

15 SÜRTÜNME KATSAYISI Sürtünme grafiği, değişik l d oranları için S ye karşı çizilen ürtünme değişkeni ( r c) f değerlerini verir. Bunun bilinmei ile yatak performanı hakkında başka bilgiler elde edilebilir. Örneğin ürtünmeyi yenmek için gerekli tork aşağıdaki gibi heaplanabilir. T = f W r (Nm) Yataktaki güç kaybı H = π T N (W) ISIL DENGE Yatak gövdei tarafından iletilen ıı yaklaşık olarak Qɺ lo = U A ( Tb T ) denklemi ile bulunabilir. Burada Q ɺ lo =Atılan ıı, W U = Işınım ve taşınım toplam ıı tranfer katayıı, A = Gövde yüzey alanı, m T = Gövde yüzey ıcaklığı, K b T = Ortam havaının ıcaklığı, K W/m U katayıı gövdenin malzemeine, rengine, geometriine ve pürüzlülüğüne, ortamdaki neneler ve gövde araındaki ıcaklık farkına ve havanın hızı ve ıcaklığına bağlıdır. Kein değerler benzeşimlerle değil de gerçek şartlar ve çevre altında yapılan deneylerden elde edilebilir. U = W/(m C) 15.5 W/(m C) durgun hava için ortalama taarım için.5 W/(m C).5 m/ hava hızı için Gövde ve yağ filmi araındaki ıcaklık farkı Tb f b b ( ) T T = α T T ya da T = b Tb + αt 1+ α K T için de oldukça benzer bir ifade yazılabilir. şeklinde yazılır. Burada T ortalama film ıcaklığı ve α yağlayıcı itemine bağlı olan bir f abittir. Bu değerler yatak ıcaklığını kaba olarak tahmin etmek için kullanılabilir. Yağlama itemi Şartlar α Oranı Yağ bileziği Hareketli hava 1 Durgun hava 1 1 Yağ banyou Hareketli hava 1 1 Durgun hava

16 Şekil 1-1 Bazı performan karakteritikleri için grafik. Yatak çıkış ıcaklığı T dir. Yeni yataklar gölgeli bölgede taarlanmalıdır. Çünkü aşınma çalışma noktaını ağa kaydırır. A çevreel hızları 3 m/ nin altında olan, leplenmiş dökme bronz yataklar (yüzey pürüzlülüğü Ra = 0.~0.8 µm) üzerinde çalışan ertleştirilmiş ve taşlanmış çelikten imal edilmiş haa miller B çevreel hızları 3 m/ nin ütünde olan, leplenmiş dökme bronz yataklar (yüzey pürüzlülüğü Ra = 0.~0.4 µm) üzerinde çalışan ertleştirilmiş ve taşlanmış çelikten imal edilmiş haa miller C elektrik motorları, jeneratörler ve benzer tipteki makineler üzerinde çalışan, taşlanmış muylular ve broşlanmış veya raybalanmış dökme bronz yataklar (yüzey pürüzlülüğü Ra = 0.~0.4 µm) D ürekli dönen veya alternatif doğrual hareket yapan ve tornalanmış veya oğuk çekilmiş çelik muylular ile çalışan delinmiş veya raybalanmış dökme bronz yataklar (yüzey pürüzlülüğü Ra = 0.8~1.6 µm) E kaba makinelerde kullanılan tornalanmış veya oğuk çekilmiş çelik muylular ile çalışan dökme bronz yataklar (yüzey pürüzlülüğü Ra = 1.6~3. µm) Şekil 1-7 Döküm bronz yataklar için önerilen radyal boşluk değerleri 16

17 Uygulama KAYMALI YATAKLAR ĐÇĐN ÖNERĐLEN ORTALAMA BASINÇLAR Birim yük, kpa Uygulama Birim yük, kpa Hava kompreörleri: Dizel motorlar: Ana yataklar Ana yataklar Krank yatakları Krank yatakları Otomotiv motorları: Perno yataklar Ana yataklar Elektrik motorları Krank yatakları Redüktörler Santrifüj pompalar Buhar türbinleri YATAK ALAŞIMLARININ BAZI KARAKTERĐSTĐKLERĐ Alaşım imi Kalınlık, Boşluk Yük Korozyon mm oranı r c kapaitei direnci Kalay ealı beyaz metal yatak Mükemmel Kurşun ealı beyaz metal yatak Çok iyi Kalay ealı beyaz metal yatak Mükemmel Kurşunlu bronz Katı Çok iyi Bakır kurşun Đyi Alüminyum alaşımı Katı Mükemmel Gümüş kaplama Mükemmel Kadmiyum (%1.5 Ni) Đyi 17

18 BASINÇLI YATAKLAR Merkeze yerleştirilmiş çevreel yağ kanalı Merkezi bir kanala ahip baınçlı yataktan yağ akışı Denge: y ( p + dp) y p τ = 0 τ = dp y ve du τ = µ olduğuna göre dy du 1 dp = y elde edilir. dp dy µ abit alınarak ve y ye göre integre edilerek 1 dp u = y + C1 bulunur. µ Sınır Koşulları: y = ± c ınırlarında u hızı ıfırdır. 1 dp c c dp 0 = + C1 C1 = µ 8µ 1 dp Sonuç: u ( 4 y c ) = 8 µ 18

19 Kabul: Yatağın merkezinden uçlarına doğru yağ baıncının lineer olarak değiştiğini kabul edelim. p = A x + B p A = ve B = p l' p p = x + l' dp p = l' p p u = ( c 8 µ l' 4y ) u mak = p c 8µ l' c yerine h yi koyarak genelleştirirek, her θ açıal poziyondaki ortalama hız p h uort = ( c e co θ ) şeklinde bulunur. 3 8µ l' Her θ poziyonunda kenar debii diferaniyel olarak yazılıra dq p r = ( c e coθ ) 6µ l' 3 dθ Yatağın çevrei boyunca integral alınarak toplam kenar debii Q π p r 3 π p r c = d Q = ( coθ ) θ = 6µ ' c e d l 3µ l' 0 3 ( ε ) Baınçlı yatakların performan analizinde, yatak boyu l ' olarak alınmalıdır. W W P = = r l' 4 r l' 19

20 SICAKLIK ARTIŞI Qɺ lo T = ρ C Q p Q ɺ = H ɺ ıı kaybıdır Burada lo net fr Hɺ net = π T N = πwrn = πwnc c πwnc fr fr 3 l ' T = ya da T = π WNc µ 3 ρ C Q c ρc c ( ε ) p r c p r µ N r 4 rl'µ N S = = olduğuna göre, c P c W C = 1764 J/(Kg C) p T = C ( ε ) p 3 ρ = 861 kg/m değerlerini kullanarak; [ f r c ] SW p r 4 0

21 YATAK TĐPLERĐ Tipik kanal yapılarının geliştirilmiş görüntüleri Radyal ve ekenel yüklerin her ikiini de taşıyabilen flanşlı burçlu yatak Đki-parçalı yataklar Sabit lokmalı ekenel yatak Ekenel bir yatakta yağın baınç dağılımı 1

22 SINIR YAĞLAMALI YATAKLAR Vikozite çok aşırı düşüktür Yatak hızı çok aşırı düşüktür Yatak aşırı yüklenmiştir Radyal boşluk çok aşırı küçüktür Muylu ve yatak uygun şekilde çakışmamıştır Soğuk yatak büyük olaılıkla daha uzun ömre ahip olacağı için, taarım yöntemlerinden biri yatağın ıı atma kabiliyetine dayandırılır. Bu yaklaşımda PV değeri aşağıdaki denklem kullanılarak heaplanır. k( Tb T ) PV = f M burada P = ortalama yatak baıncı (Birim izdüşüm alanı başına düşen yük), kpa V = yatak yüzeyine göre muylunun yüzey hızı, m/ T A = çevre hava ıcaklığı, ºC T b = yatak yüzey ıcaklığı, ºC f M = karışık film ürtünme katayıı SIVI YAĞLAMALI YATAKLAR ĐÇĐN BAZI MALZEMELER VE ÇALIŞMA SINIRLARI Malzeme Makimum baınç MPa Makimum ıcaklık C Makimum hız m/ Makimum PV değeri kpa m/ Bronz döküm Porou bronz Porou demir Phenolic Naylon Teflon Güçlendirilmiş teflon Teflon kumaş Delrin Karbon grafit Kauçuk Tahta