Farklı yükleme şekillerinde yağ ve yağ katkı maddelerinin yatak performansına etkileri

Abstract

ÖZET Bu çalışmada farklı yükleme şekillerinde yağ ve yağ katkı maddelerinin yatak performansına etkileri incelenmiştir. Statik ve dinamik yük altındaki radyal kaymalı yataklarda, yağlama yağına sürtünme katsayısını azaltmak için ilave edilen yağ katkı maddelerinin etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Radyal kaymalı yataklarda basınç dağılımını ifade eden, Navier-Stokes hareket denklemleri ve süreklilik denklemlerinden türetilen Reynolds Diferansiyel Denklemi Sonlu Farklar metodu ile çözülmüştür. Çalışmada gerçek çalışma şartlan olan sonlu yatak genişliği ve değişken yük kullanılmıştır. Çözümün hassasiyetini arttırmak için yatak yüzeyi eksenel yönde yatağın yan parçası alınmıştır. Yatak yüzeyi, yatak kenarları hariç tutularak, eksenel yönde 5 aralığa, çevresel yönde ise 90 aralığa bölünmüştür. Dinamik yüklü yataklardaki basınç dağılımı, milin dönmesi ile oluşan PD basıncı ile milin radyal hareketi ile yağ filminin sıkışması ile oluşan Pv basınçlarının toplamından oluşmaktadır. Çalışmada Reynolds kabulleri kullanılmıştır. Dinamik yüklü kaymalı yataklar Reynolds Diferansiyel Denklemini çözmek ve mil yörüngesinin tayini için Fortran 77 bilgisayar programlama dilinde bir bilgisayar programı hazırlanmıştır. Dinamik yüklü kaymalı yataklarda mil yörüngesinin tayininde Holland - Lang Metodu kullanılmıştır. Hazırlanan bilgisayar programı ile, çeşitli B/D genişlik oranlarına sahip dinamik yüklü yataklarda oluşan boyutsuz basınçlar, maksimum basıncın büyüklüğü ve uygulama yeri, Sommerfeld sayılan, minimum yağ film yeri ve büyüklüğü, yük ile minimum film arasındaki açı, eksantriklik oranı, mil merkezi konumu, sürtünme kuvveti ve gücü, yağ film kalınlığının yatak çevre boyunca değişimini tayin etmek mümkündür. Çalışmada ayrıca statik ve dinamik yüklü radyal kaymalı yataklarda sürtünme durumu ve günümüzde piyasada oldukça yaygın olarak kullanılan yağ katkı maddelerinin sürtünmeye olan etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Statik yüklü deneyler, iki farklı baz yağ ve katkı madde ilaveli yağ karışımları iki farklı deney düzeneğinde incelenmiştir. Optimum yağ katkı maddesi konsantrasyon oranı tayin edilmiştir. Dinamik yük altında çalışan radyal kaymalı yataklarda sürtünme kuvvetinin ölçümü için mevcut deney düzeneğine monte edilmek üzere bir ölçüm sistemi tasarlanıp imal edilmiştir. Bu sistemle dinamik yükleme şartlarında, katkısız baz yağ ve baz yağa çeşitli konsantrasyon oranlarında katkı madde ilavesiyle oluşturulan yağ karışımındaki sürtünme kuvvetini ölçmek mümkündür. Tasarlanan ölçüm sisteminde sıkıştırılmış yağ filmi etkisiyle test yatağın bulunduğu parçalar ile ana gövde arasında herhangi bir metalik temas olmadan sürtünme kuvveti değişiminin ölçülmesi gerçekleştirilmiştir. Aynı yağ katkı maddesinin yükün sabit veya dinamik olması ile katkı maddesinin etkisinde bir değişiklik olup olmadığı incelenmiştir. Çalışmada son olarak dinamik yüklü radyal kaymalı yataklarda dört farklı yük örneğinde mil yörüngesi deneysel olarak incelenmiştir.

ABSTRACT In this study, lubricating oil and additives effects into performance of journal bearings with form of different loading was investigated. It was proposed experimentally investigating that effects of additives which are added into lubricating oil reduce friction coefficient in the journal bearings with dynamical and static loaded. The so-called Reynolds Differential Equation that states the pressure distribution in journal bearings was solved by using the Finite Difference method. The Reynolds Differential Equation was derived from Navier-Stokes and continuity equations. In this study real working conditions as finite width and dynamical loading was used. In order to obtain the more accurate results, one half of the surface of the bearing with respect to the center axis were choosen. Except for edges of the bearing, the surface of the bearing was divided 5 elements in the axial direction and 90 elements in the circumference direction. The pressure in the journal bearings with dynamically loaded is due to the combination of Pd pressure occurs by rotation of the shaft and Pv pressure occurs by radial movements of the shaft. In this study Reynolds assumptions were used. Fortran 77 computer program was prepared in order to determining trajectory of journal in the journal bearings with dynamically loaded. Holland-Lang method in the determining trajectory of journal in the journal bearings with dynamically loaded was used. It is possible to determine dimensionless pressure, maximum pressure of magnitude and location, parameters of Sommerfelds, minimum oil film location and thickness, angle between load and minimum oil film, ratios of the eccentricity, locus center of journal, friction force and power, thickness of varing oil film along circumference of bearing. In the journal bearings with dynamical loading has various B/D width ratios. In this study it was also experimentally studied that friction and oil additives used quite widespread nowadays in the practical effects on the friction in the static and dynamical loaded journal bearings. Experiments of static loaded was studied with two different base oil in the different two experimental systems. In the experiments with static loaded was used two additives which are commercial. The optimum ratios of concentration of additives in these bearings were also investigated. It was designed and manufactured a friction force measuring systems in the dynamically loaded journal bearings. The measuring system was mounted on the experimental system. With this system, it was possible measuring friction force in the without any additives base oil and mixture of lubricating oil has various ratios concentration additives in the conditions of dynamical loading. In the present designed measuring system, there is not metallic contact between test bearing and the main body. Thus it was achieved measuring variation of friction force in the journal bearings with dynamically loaded. Using the same additives, at the dynamic or static loading conditions, variation in the effects of additives on the friction of the bearings. Finally, trajectories of journal in the dynamically loaded journal bearings with chosen four different sample were investigated.