Değişken yüklü salınım hareketi yapan kaymalı yatak sürtünme ve film durumu

Abstract

- Ill - ÖZET Değişken yüklü salınım hareketi yapan kaymalı yatak, sür- türme ve film durumu Bu çalışmada değişken yüklemeye maruz salınım hareketli radyal kay malı yatak deneysel olarak incelenmiş ve bu maksatla bir deney tesisatı ge liştirilmiştir. Salınım hareketli yatak, Özellikle pistonlu makinalarm pis-.ton-biyel kolu yatağı olarak ve çeşitli makinalarda bazı çubuk* mekanizmala rının yatağı olarak karşımıza çıkar. Bu konuda yapılmış çalışmaların lıemen hepsinde sabit yükleme hali incelenmiştir. Az sayıdaki bu araştırmaların bir ikisi dışında hepsi deneysel çalışmadır ve sonuçların bazılarındaki çelişki ler de dikkat çekmektedir. Geliştirilen deney tesisatında, dinamik yüke maruz salınım hareket li radyal kaymalı yataktaki sürtünme ve yağ filmi teşekkülü durumları, çe şitli yatak parametrelerine bağlı olarak incelenmiş bulunmaktadır. Dinamik yük fonksiyonu olarak Sinusoidal değişen yük alınmıştır. Dinamik yük altında bulunan sonuçları karşılaştırmak amacıyla sabit yük ile de muhtelif deneyler yapılmıştır. Yapılan deneyler sırasında elde edilen sürtünme kayıtlarından ve kapasitif pick-up'lar vasıtasıyla ölçülüp resimlenen yatak merkebinin mil merkezi etrafındaki hareketinden; sabit yükleme halinde yatakta sürekli bir yağ filmi oluşmadığı, sürtünme şeklinin ise karışık sürtünme olduğu; tek yönlü değişken yükleme halinde (özellikle titreşimli yük için) gene benzer durtımun bulunduğu ve fakat bazı şartlarda ssfilm yastığı` olarak adlandırılan sıkışma filmi etkisiyle yatak, yükünün taşınabildiği; iki yönlü değişken yük leme halinde ise yatak merkezinin mil merkezi civarında gezindiği yani yatak ve mil yüzeylerini birbirinden ayıran bir yağ filminin teşekkül ettiği aıa~ laşılmıştır. Bir program dahilinde yapılmış bulunan deneylerde çeşitli yatak boşlukları» farklı yağ kanalı şekilleri /c. değişik yük frekansı/mil frekansa oranları, kullanılmış bulunmaktadır. Tek yönlü ve iki yönlü değişken yükleme 2 durumları için sürtünme ile ilgili deney sonuçları u/7 ve S =p AJ /ruu) bo~ yutsuz sayıları ile çizilen diyagramda değerlendirilmiştir. Bu çalışmada salınım hareketli radyal kaymalı yatakların dinamik yükler altındaki davranışları, yatak boşluğu, yağ kanalı şekli ve yük fre kansı/mil frekansı parametreleri altında etraflı şekilde incelenmiş, bu pa rametrelerin etkileri tartışılmıştır. Literatürde, salınım hareketli kaymalı yatakları değişken yükler altında inceleyen sistematik bir çalışmaya rastla- namamıştır. Bu bakımdan, takdim olunan araştırma, bu alanda yapılan ilk önem li çalışmadır.

- IV - SUM MARY An Investigation of the State of Friction and Oil Film in Oscillating Bearings Under Dynamic Loading In this study, the oscillating journal bearings under dynamic loading are investigated experimentally and a test apparatus iff built for this purpose. We can see some examples of above mentioned bearings in machinery, such as the connecting rod small end bearings in the internal combustion engines and bearings of rod mechanisms in some machines. Up to now, the statically loaded condition was investigated in almost every study on the subject and all of these were experimental except a few theoretical studies. Furthermore, there are some contradictions among those results (1, 2, 4, 6, 7, 8, 9, 12). Employing the test apparatus, the condition of friction and pil film supporting the bearing load is investigated by using a measuring system which is designed especially for this purpose. The measuring system used to determine the hearing friction consisted of a ring with two strain-gages attached on it, a Wheatstone bridge, and two capacitive pick-ups that are placed perpendi cular to each other in order to follow the center of the shaft. The effect of the following parameter on friction and oil formation are investigated: the shaft frequency, the bearing load, loading type, the phase difference between the dynamic load and shaft frequency, the frequency ratios of loading and the shaft, bearing clearances and oil feeding grooves forms of the bearing. The oscillation motion given to the main bearing shaft is obtained by using a centric three-rod mechanism. In experiments, bearing sleeves having axial and circumferential grooves are used. Various bearing clearances are obtained by employing two bearing shafts of different diameters. Entering pressure of bearing feeding oil is taken as 0,5 bar. Static and sinusoidally varying forces are applied to the main bearing by way of two hydrostatic bearings, one above and one below the bearing body. For the ratio of the loading frequency to the shaft frequency, the values of 1, 2 and 0,5 are taken.- V - In order to discuss the results related to dynamic loading more completely, the performance of the bearing under static loading was initially determined and then the bearing was subjected to dynamic loading. Results obtained are presented in the form of graphs and tables. The coefficient of friction (y) versus oscillating frequency (n) curves of a bearing that has circumferential grooves under statically and dynamically loaded conditions can be seen in figures 1, 2, 3, 4. * When a two directional sinusoidal load is applied to the bearing, the friction values of the bearing can be easily calculated. Figure 5 shows both calculated and experimentally found values of the friction. 2 The curves drawn using the non-dimensional number S SP.¥ Al.OJ and. ö o m o the experimentally obtained non-dimensional number `M/Y under one and two directional sinusoidal loading.are shown in fugures 6 and 7. Conclusions t 1. Under static loading conditions, there can be no oil film formation, the friction in the bearing is a mixed type and it is the sum of the viscous resistance and the boundary frictions. 2. Upder uni-directional alternating loading conditions, eventhough the coefficient of friction is lower, friction is of a mixed type and there is no oil film formation. In the bearing, squeeze film effect takes an important role, in some cases it supports the load by itself and prevents the shaft- bearing contact. 3. Under two directional sinusoidal loading conditions, the load is supported by the squeeze film effect and there is a viscous friction in the bearing. Friction is determined by the viscosity of the oil, shaft velocity and the bearing geometry. Under shock loads that may he encountered in many operating conditions, bearing-shaft contact can be prevented by the squeeze film.VI - 4. For oscillating bearings under alternating sinusoidal loading, if 2 a table is formed by non-dimensional numbers S =P.¥ M.ü) and experimental J o xn o u/^, it can be seen that there exists a meaningfull relation between these two numbers. ^ a) Circ 500 İO0O -1500 n(rpm) ufflferential groove,,'F0s0021,b/îj='İi,n /n=-l, p»=0,5 bar F =F Sinuk max o ac2h ! !. i r l 0.0 ! r 500 1000 1500. n(rpm) b) Circumferential groove, «jfc=Q9 001, b/d*l, n /n -1, p==0,5 bar, F =F Sin^t Figure 5. Coefficient of friction-shaft frequency curves `** (In a ami b, there are the experimental friction values in the table above and the theoretical friction values in the table below. )VII 0.08 500 fl)00 1500 n(rpm)» Figure 1. Coefficient of friction-shaft frequency curves Circumferential grooves, v *QQ01 n /n =1 Ud=% p ^ 5 b p.p y m g 3Hax st 500 f000 '©OO n(rpm)». Figure 2. Coefficient of friction-shaft frequency curves Circumferential grooves, H' =0,001, n /n =1, b/d=l, P =0,5 bar, F =2F +F Sioot y m 8 wuc o oVIII - 500 1000 4500 n(rpıpi). Figure 3. Coefficient of frİct ion-shaft frequency curves Circumferential grooves, ? =0,001, n /nffi=l, B/d=l, Pg=0»5 bar, F^F^Siawt 500 1000 1500 n(rpm)^ Figure 4. `Coefficient of friction-shaft frequency curves Circumferential grooves, y=Q, 00 1, n /n =1, b/d=l, P =0,5 bar, F =F Sinwt y m g max o- IX- 005 0.1 0.5 10 5 -10 20 30 40 90 Figure 6. The logarithmic diagram (p = 2p ) drawn by twins experimental 2 T»> ° S -p.tVou U/T end S number values in oscillating bearing which i» loaded by °.*.* ° F »F +F Sin tut (The shaded area contains the values given by Vogelpohl for continuously rotating shaft) 0.05 o.1 0.5 10 2.0 5.0 10 Figure 7. The locar i tbmic diagram (p =p = F /b.d) drawn by using experimental ** ^ ma» o o I'/'!1 and S number values in oscillating bearing which is loaded by F ? F Sinoit o ° (The area between the dotted lines is the one given by Vogelpohl (39)) 20 30 40 50 s =p -*2/nw