HİDRODİNAMİK KAYMALI YATAKLARIN TRİBOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN TAYİNİ Hazırlayanlar: Doç.Dr. Gültekin KARADERE 1. Amaç Bu deneyde bir hidrodinamik kaymalı yatak burcu için sıcaklık, hız ve basınç parametrelerinin sürtünme momentine olan etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. 2. Giriş Kaymalı yatak malzemesi olarak seçilen beyaz metal, kalay ve kurşun esaslı bir alaşımdır. Beyaz metal çok üstün kayma ve alışma özelliklerine sahiptir, ancak darbeli çalışma için uygun değildir. Alaşımdaki bakır ve antimon oranı arttırılarak sertlik arttırılabilir. Beyaz metaller genellikle ince bir tabaka halinde dökme demir, çelik veya hafif metal zarflara dökülür. 3. Teori Sürtünme katsayısı: F F S S µ = = (1) n M r. F n Sürtünme momenti: M S = F d.300 (2) Yatağa gelen normal kuvvet: F 4 F + 55 (3) n = i F d =Dengeleme Kuvveti, F i =İlave Kuvvet, r=muylu yarıçapı 1
4. Deney Tesisatı 2 3 4 8 5 7 6 1 Deney elemanları: Beyaz metal yatak burcu(1), Elektronik takometre(2), Hız kontrol sistemiyle hızı değiştirilebilir elektrik motoru(3), Moment kolu(4), Denge ağırlıkları askısı(5), Yük kolu ve askısı(6), 40 mm çaplı çelik muylu(7) ve içine termokupl ucu yerleştirilen vida(8). Yatak yükü, tel kablo çevrimiyle ve 4:1 lik kol sistemi ile uygulanır. Aparatın kendi ağırlığı minimum olup gövdeye 55 N luk bir yük uygular. 5. Deneyin Yapılışı 5.1 Az Yağlama Halinde Yük Etkisi Kuru sürtünme deneylerinde μ=0,35 dolaylarında bulunmuştu. Burada yağ filminin sürtünme katsayısını μ=0,01 mertebesine düşürdüğü gösterilmiştir. İlave yüksüz olarak (F i =0) motor çalıştırılır. Devir sayısı n=200 d/dk ya çıkarılır. Bu halde 1-2 dk çalıştırılır. F i =100 N ile deneye başlanır. 20 N luk azaltmalarla deneye devam 2
edilir. Her deneyde sürtünme etkisi ile bozulan moment kolu dengesini F d denge kuvvetleri belirlenir. Deney başlangıcı ve sonundaki sıcaklıklar kaydedilir. Deneyler esnasında sıcaklık artışı 2 C yi aşmamalıdır. 5.2 Tam Yağlama Halinde Sıcaklık Etkisi Bu halde yatak içine ve gövdeden dışarı yağ akışının sabit olması gerekir. Fi=0 ve n=400 d/dk da 1-2 dk çalışılır. n=1500 d/dk da yağ debisi 1 damla/ saniye olacak şekilde yağdanlık ayarlanır. Gövdeden dışarı yağ damlayıncaya kadar çalıştırılır. Gerektiğinde yağdanlık doldurulur. F i =150 N için M s momenti dengelenir. Zamanla sıcaklık artışı, moment dengesini bozduğundan F d okuması mümkün olduğunca çabuk yapılmalıdır. Bu esnadaki sıcaklık okunur. Yaklaşık 2-3 C aralıklarla maksimum 60 C ye kadar deneye devam edilir. 5.3 Tam Yağlama Halinde Hız Etkisi Bu deneyde de F i =150 N yani F n =650 N dur. Hız kontrol skalasında veya takometrede belirli aralıklarla devir sayısı düşürülerek F d okumaları yapılır. İdeal olarak sıcaklık sabit olmalıdır ancak bunu sağlamak zaman alıcıdır. Hız yaklaşık 300 d/dk ya düştüğünde sürtünme momentinde bir artış gözlenir. Azalan hız filmdeki basıncı azalttığından yağ filmi kırılır ve pratik olarak metal-metal temasları olur. Bu durumda motor derhal kapatılmalıdır. 5.4 Tam Yağlama Halinde Yük Etkisi Sabit hızda ve nominal olarak sabit sıcaklıkta yatağın yük sahası boyunca sürtünme momentinin belirlendiği bu deneyde, önce Fi=0 için sistem 1500 d/dk da çalıştırılır. F i =100 N için deneye başlanır. Fd ve T değerleri kaydedilir. 20 N luk azaltmalarla deneye devam edilir. 3
6. Ölçüm Değerleri Tablo 1. Az yağlama halinde yük etkisinde ölçüm sonuçları F i (N) F n (N) F d (N) M s (N.mm) 100 455 1.05 315 80 375 1.05 315 60 295 1 300 40 215 0.9 270 20 135 0.85 255 0 55 0.75 225 Tablo 2. Tam yağlama halinde sıcaklık etkisinde ölçüm sonuçları T ( C) F d (N) M s (N.mm) 35 2.7 810 38 2.45 735 40 2.2 660 43 2 600 45 1.75 525 48 1.6 480 50 1.5 450 53 1.4 420 55 1.3 390 58 1.1 330 4
Tablo 3. Tam yağlama halinde hız etkisinin ölçüm sonuçları n(d/dk) F d (N) M s (N.mm) T( C) 1540 1.25 375 54.5 1350 1.1 330 55.5 1160 1 300 56 970 0.9 270 56 780 0.7 210 55.5 590 0.5 150 55 410 0.5 150 55 310 0.4 120 55 220 0.6 180 54 130 0.6 180 53 90 - - 53 Tablo 4. Tam yağlama halinde yük etkisinde ölçüm sonuçları F i (N) F n (N) F d (N) M s (N.mm) T( C) 100 455 1.4 420 52 80 375 1.3 390 53 60 295 1.25 375 54 40 215 1.3 390 55 20 135 1.2 360 55.5 0 55 1.15 345 56 100 455 1.2 360 57 5
7. İstenenler a) Az yağlama halindeki deney sonuçlarıyla M s -F n diyagramı çizilip ortalama sürtünme katsayısı hesaplanacaktır. b) Tam yağlama halindeki deney sonuçlarıyla M s -n ve M s -F n diyagramları çizilip yorumlanacaktır. Diyagramları Excel programı vasıtasıyla çiziniz. Giriş ve teori bölümleri için Hidrodinamik yağlama ve Beyaz metal hakkında literatür araştırması yapılarak, föydekinden daha geniş bilgi verilecektir. Hazırlanacak ödevin formatı föy formatı ile aynıdır. c) Aşağıdaki soru çözelecektir. Soru: Hidrodinamik radyal kaymalı yatakların tribolojik özelliklerinin tayin edildiği bir deney setinde; beyaz metal yatak burcunun nominal çapı d=50 mm, ilave yüksüz haldeki minimum yatak yükü 75N, ilave kuvvetlerin yatak kuvvetine büyütüldüğü manivela oranı 3 ve sürtünme momentini dengeleyen denge kuvvetlerinin dönme merkezine uzaklığı 250 mm dir. n=1500 d/dk. da yatağa belirli bir debide sürekli olarak yağın gönderildiği haldeki deney sonuçlarından ikisi aşağıda verilmiştir. Birinci deneyde Filave=0 N için Fdenge=1,2N ; ikinci deneyde ise Filave=25N için Fdenge=1,3 N olarak belirlenmiştir. -Yatak ve muylu arasındaki sürtünme katsayısını hesaplayınız? -Beyaz metalin alaşım elementlerini yazarak görevlerini belirtiniz? -Temas yüzeylerindeki sıcaklık arttığında yukarıdaki deneyler tekrarlanırsa, denge kuvvetleri artar mı azalır mı? Nedenini kısaca açıklayınız? 6