literatur review hydrodynamic lubrication

7/23/2019 Literatur Review Hydrodynamic Lubrication

1/23

BAB 2

KAJIAN LITERATUR

2.0 Pengenalan

Dalam bab ini, kertas kajian yang berkenaan dengan kajian ini, teknologi, dan aplikasi

pengukuran tekanan hidrodinamik akan dibincangkan. Dalam perbincangan ini, ianya

akan membantu pengkaji untuk memahami keseluruhan metodologi projek ini dan

penambahbaikan dapat dibuat. Kajian literatur ini memfokuskan kepada informasi

terhadap tekanan pada pelinciran hidrodinamik. Selain itu, informasi lain yang

dibincangkan adalah seperti asas galas jurnal, jenis galas jurnal, bahan galas jurnal,

pelincir, filem minyak, teori pelinciran Reynolds, dan kelebihan dan kekurangan

pelinciran hidrodinamik.

2.1 Pengenalan kepada Galas Jurnal

Galas digunakan untuk mengelakkan geseran antara bahagian semasa pergerakan relatif.

Dalam jentera ianya terletak dalam dua kategori utama iaitu anti-geseran atau elemen

penggelek galas dan galas jurnal hidrodinamik. ungsi utama galas adalah untuk

memba!a beban antara pemutar dalam kes itu dengan menggunakannya sedikit yang

mungkin "#alcolm $. %eader, &.$, '()*+.

5


2/23

2.1.2 Asas galas jurnal

Galas filem minyak dikelaskan dengan prinsip operasi, arah bebanan, dan jenis seperti

berikut klasifikasi prinsip operasi, klasifikasi oleh arah bebanan dan klasifikasi galas

jurnal mengikut jenis. Galas hidrodinamik menghasilkan tekanan filem minyak untuk

menyokong beban oleh pusingan dalam galas, manakala galas hidrostatik menggunakan

tekanan filem minyak untuk menyokong beban, tetapi tekanan dibekalkan dari sumber

luar. Galas jurnal menyokong beban yang bertindak dalam arah normal pusingan syaf.

anya dipanggil galas jurnal kerana tengkuk syaf "bahagian syaf dalam galas+ dipanggil

jurnal. /ntuk galas keliling, sudut kanan keratan rentas permukaan dalam logam galas

adalah bulat berterusan seperti rajah 0.1 dan adalah bentuk paling asas galas jurnal.Galas separa mempunyai logam separa bulat hanya pada bahagian terbeban jurnal. Galas

ini adalah lebih baik berbanding galas keliling penuh kerana mengurangkan kehilangan

geseran. Galas ini juga selalu digunakan untuk menyokong beban statik yang besar

contohnya turbin besar. &enahan diletakkan pada bahagian lain jurnal bagi keselamatan.

"2ukio 3ori, 0114+

Rajah 0.1 Galas jurnal keliling

6


3/23

2.1.3 Jens galas

Galas yang digunakan dalam kajian ini adalah galas jurnal keliling. Gambar 0.1

menunjukkan keratan rentas penuh galas jurnal keliling. Ob adalah pusat galas, Oj

adalah pusat jurnal, Rb adalah jejari dalam galas logam "bush+, Rj adalah jejari

jurnal dan / adalah ukur lilit halaju permukaan jurnal. &erbe5aan antara jejari dalam

galas dengan jejari jurnal, c=R bRj , dipanggil kelegaan radial galas. 6alaupun

kelegaan radial sangat kecil berbading jejari galas "biasanya kirang daripada '78111+.

#inyak yang memenuhi kelegaan galas dipanggil filem minyak. P adalah paduan

tekanan minyak dalam filem minyak dan P1 adalah beban yang bertindak pada jurnal.

P dan P1 adalah dalam keseimbangan. &usat putaran jurnal dalam galas diba!ah

beban beralih daripada pusat galas pada arah ba!ah diagonal, membuat sudut

dengan arah beban " diambil keba!ah+. Sudut diambil kira dari arah beban kepada

anjakan arah yang dipanggil sudut lagak. 9arak daripada pusat galas ke pusat jurnal, e :

ObO j , dipanggil kesipian, dan nisbahnya kepada kelegaan galas, k=e /c

dipanggil nisbah kesipian . k=0 bermakna jurnal dan galas berkeadaan memusat dan

k=1 bermakna jurnal sedang bersentuhan dengan logam galas "2ukio 3ori, 0114+

7


4/23

2.1.! Ba"an Galas Jurnal

3ampir setiap bahan kejuruteraan yang dapat difikirkan telah dicuba sebagai

bahan bearing. %elaki a!al menggunakan kayu atau batu, kemudiannya besi, tembaga

dan kulit juga telah digunakan untuk aci kelajuan rendah. &ada abad ke-'* Robert

3ooke menggunakan aci keluli disookong dengan ;logam loceng;, yang pada dasarnya

adalah gangsa, bush untuk menggantikan penggunakan blok kayu pada tuangan besi.

&ada tahun ')( shak loi plumbum hampir dihapuskan aplikasi moden kerana kekuatan

yang lebih rendah dan pertimbangan alam sekitar.


5/23

9adual 0.1 ?iri-ciri bahan


6/23

geometri tetap, garis pusat menetapkan lokasi tebal minimum filem. 6alau

bagaimanapun, ini adalah umumnya tidak benar untuk padbearing miring. Sebaliknya,

pinggir belakang pad miring sering menjadi titik minimum filem tebal.

Rajah 0.' &ad galas

6alaupun pemasangan bearing jejari Rb menentukan terbesar sai5 aci

mungkin yang boleh dimuatkan dalam galas, kemungkinan pad indi@idu dimesin dengan

jejari yang berbe5a yang ditunjukkan oleh Rp . 9ejari ini bersama-sama dengan Rj

me!ujudkan parameter reka bentuk bearing sangat penting, pramuat atau pratetap, yang

ditakrifkan oleh dua kelegaan

cb=R bRj "'+

cp=RpRj "0+

m, kemudiannya ditakrifkan menggunakan nisbah

m=1( cbcp )"+

Rajah 0.0 menunjukkan bagaimana spring memberi kesan kepada bentuk filem

relatif dalam galas. /ntuk m : 1.1, jejari pad dan jejari pemasangan adalah sama.


7/23

dengan pusat pad Op . =leh itu, seseorang membangunkan konotasi daripada pra-

beban galas. 6alaupun banyak pra-beban hanya menyengetkan galas pad, ia juga boleh

digunakan dalam reka bentuk geometri galas tetap "Salamone, '()A+.

Rajah 0.0 &ad pra-beban

2.1.% Peln&ran

/ntuk galas filem yang mana kelikatannya cair, merupakan faktor yang paling

penting. Berdapat dua bentuk istilah kelikatan dan banyak unit yang dikaitkan dengan

langkah-langkah ini. Kelikatan dinamik atau mutlak adalah nisbah tegasan ricih bagi

kadar ricih paduan sebagai satu aliran bendalir. %ebih daripada satu bendalir menolak

ricihan yang lebih tebal dan yang lebih tinggi daripada kelikatan mutlak. ni diukur

menggunakanPoise atau Centipoise atauRens.


8/23

nilai tersebut bagi tujuan praktikal. &erbe5aan tekanan amat ketara dengan suhu dan

@ariasinya adalah sangat tidak linear

9adual 0.' aktor penukaran unit kelikatan.

9adual 0.0 9ulat kelikatan biasa untuk pelbagai aplikasi.

2.1.' (le) *n+ak

Dengan perkembangan yang besar teknologi turbin !ap pada tahun '(01-an,

ianya terus menyediakan bukti baha!a getaran mesin telah banyak dikaitkan dengan

12


9/23

operasi galas. Dalam dua kajian, Stodola "'(08+ dan salah satu murid beliau, 3ummel

"'(04+, yang memperkenalkan konsep baha!a filem minyak kesan yang dinamik

bertindak seperti spring. #ereka mendapati baha!a, apabila ketegangan spring minyak

telah dipertimbangkan, pengiraan pemutar kelajuan kritikal boleh diperbaiki "%und,

'()*+. #ereka juga menyedari baha!a filem minyak boleh menjadi sangat tak linear,

iaitu, perubahan kuasa filem tidak berkadar terus kepada @ariasi kedudukan jurnal.

6alaupun ramai pengkaji mempelajari komplikasi tak linear ini, kebanyakan mesin

beroperasi pada hari ini telah direka menggunakan kekakuan lelurus dan redaman untuk

filem minyak.

2.2 Tekanan pada Peln&ran ,dr-dna)k

Rajah 0. Geometri jurnal dalam galas

13


10/23


11/23

hmin=ce "''+

Cisbah kesipian

=e

c

"'0+

Dimana

e sipi (eccentric)

Rb - jejari perumah

Rj - jejari jurnal

c- kelegaan

hmin - ketebalan filem minyak minimum

hmax - ketebalan filem minyak maksimum

- nisbah kesipian

15


12/23

Rajah 0.A &rofil tekanan dalam galas jurnal

dalah penting untuk

mencatat beberapa perkara tentang profil tekanan hidrodinamik. &ertama, tekanan

puncak nyata sekali lebih tinggi daripada beban "67%D+ khusus. Kedua, tekanan di

margin selalu kembali kepada syarat sempadan yang mana biasanya ada tekanan

atmosfera. Separuh atas dipunggah, !alaupun ia ialah berongga pada dasarnya pada

tekanan atmosfera, oleh sebab itu tiada kerosakan rongga pernah berlaku pada galas

jenis ini. (Malcolm E. Leader, P.E, 1987)

2.2.1 Kapas /e/an

16


13/23

Sebagai ringkasan, keadaan baji adalah menumpu, gerakan permukaan, dan pelincir likat

adalah syarat-syarat yang diperlukan untuk menjana tekanan hidrodinamik atau kapasiti

beban. &rofil adalah bertekanan biasa, nisbah jurnal kesipian dan lokus tengahditunjukkan melalui contoh tiga reka bentuk yang sama.Daya hidrodinamik di galas

geometri tetap mempunyai komponen balas serta kuat. Gandingan silang seperti

diabaikan dalam menyengetkan galas pad kerana kemampuan pad untuk berputar.

=sborne Reynolds "'))4+ mendapati baha!a tekanan cecair akan meningkat

apabila ia diseret oleh permukaan yang bergerak ke dalam pembersihan berkurangan.

Keadaan yang menunjukkan prinsip yang menga!al pelinciran hidrodinamik. Banpa

regerakan realtif atau pelepasan menumpu, tidak ada tekanan atau beban kapasiti akandibangunkan. a adalah tekanan dalam filem pelincir yang memba!a beban luaran dan

memisahkan permukaan pepejal, yang selanjutnya mengesahkan pemerhatian Bo!er.

Rajah 0.4 menunjukkan satu contoh tekanan paduan yang Bo!er diukur.

#engintegrasikan taburan tekanan ini, Bo!er menemui baha!a ia menyamai beban

yang dikenakan pada galas. Dalam satu eksperimen, profil tekanan integrasi Bo!er

menghasilkan kuasa filem *()) lbf berbanding dengan beban dikenakan )11) lbf, hasil

yang tepat."Do!son, '(()+.

17


14/23

Rajah 0.4 &engukuran tekanan "o#er$s (Courtes "o#er, 188%)

2.3 Te-r peln&ran "dr-dna)k Re+n-lds

Reynolds telah berminat terhadap ujikaji Bo!er dan mengkajinya secara teori.

Dalam pengenalan sebahagian daripada kertas terkenalnya berkaitan pelinciran

hidrodinamik pada tahun ')), beliau menulis

E&elinciran, atau tindakan minyak atau cecair likat lain untuk mengurangkan geseran

dan kehausan diantara permukaan pepejal, tidak kelihatan sehingga pembentukan satu

subjek untuk ra!atan teori. Ra!atan seperti itu mungkin dihalang oleh kekaburan

apabila melibatkan tindakan fi5ikal, yang mana kepunyaan sesuatu kelas tetapi sedikit

yang diketahui, namanya, batasan atau tindakan permukaan cecairF tetapi kehilangan

ra!atan seperti itu juga telah disebabkan oleh ketiadaan undang-undang am yang

ditemui oleh eksperimen.

enomena berkaitan dengan pelinciran adalah sangat rumit, contohnya, kerumitan

fenomena antaramuka dan ra!atan teorinya.


15/23

Daya seimbang yang betindak terhadap isipadu elemen kecil dalam cecair

dianggapseperti dalam rajah 0.*. Dalam arah H, gra@ity dan daya inersia diabaikan akan

menerbitkan persamaan berikut

Rajah 0.* $lemen kecil cecair

(x+ x x dx )dydz+( yx+ yx

y dy )dxdz+(zx+ zx z dz)dxdy

x dydzyx dxdzzx dxdy=0

"'+

Dimana x adalah tekanan normal bertindak pada satah normal kepada paksi H dan

yx dan zx adalah tekanan ricih yang masing-masing bertindak terhadap satah

normal kepada paksi y dan 5, pada atah paksi H. &ersamaan "'+ boleh disusun semua

seperti berikut

x

x+

yx

y+

zx

z=0

"'A+

>ndaikan tekanan cecair adalah p, maka p: - x dan persamaan "'+ boleh ditulis

p

x=

yx

y+

zx

z

"'8+

Sejak cecair Ce!tonian yang alirannya adalah laminar dipertimbangkan disini "andaian

' dan A+, persamaannya adalah seperti berikut

19


16/23

yx= u

y zx=

u

z

"'4+

Dimana adalah pekali kelikatan, maka persamaan "'8+ boleh ditulis seperti berikut

p x

= y (

u y )+

z (

u z )

"'*+

Dengan andaian baha!a kadar perubahan halaju aluran u dalam arah 5 adalah sangat

kecil berbanding arah y "andaian 4+, istilah kedua sebelah kanan persamaan diatas boleh

diambil kira dengan istilah pertama iaitu

p

y=

2u

y2

"')+

Dengan andaian seterusnya baha!a adalah malar "andaian A+, persamaan daya

seimbang pada arah H akhirnya didapati seperti berikut

p

y=

2u

y2

"'(+

Sama seperti sebelumnya, persamaan berikut didapati daripada keseimbangan pada arah

5

p

z =

2

y2"01+

2.3.2 ,alaju alran

#engkamirkan persamaan "'(+ dan "01+ dua kali, masing-masing memberikan halaju

aliran u dan !. Keadaan sempadan untuk halaju adalah daripada andaian baha!a ianya

tiada slip diantara cecair dengan permukaan pepejal "andaian *+, seperti berikut

u=! " =#1a$ y=0

u=!2,

=#2

a$ y=h

"0'+

20


17/23

#aka halaju cecair seperti berikut

u=12

p

x y (hy )+[(1yh )!1+yh!2]

"00+

u=12

p z

y (hy )+[(1y

h )#1+yh

#2]

"0+

Dimana, dalam pengiraan ianya dianggap baha!a tekanan p adalah malar pada arah y

"andaian 8+. Dalam persamaan "00+ untuk halaju aliran u, pada sebelah kanan "dalam

kurungan+ menunjukkan halaju cecair disebabkan oleh pergerakan permukaan pepejal

dalam arah H. anya berubah secara linear seperti ditunjukkan dalam rajah 0.)a "andaian

baha!a !2=0 + . ni dipanggil sebagai aliran ricih atau aliran Couette. &ada sebelah

kanan sebelumnya menunjukkan halaju aliran disebabkan kecerunan tekanan. anya

berkadar terus dengan tekanan dan berubah secara parabolic sepanjang ketebalan filem

seperti yang ditunjukkan dalam rajah 0.)b. ni dipanggil aliran tekanan atau aliran

Poiseuille. 3alaju aliran pada kes umum ialah jumlah keduanya. Rajah 0.)c

menunjukkan contoh dimana aliran pada arah bertentangan dengan aliran ricih berlaku

disebabkan kecerunan tekanan pada hujung kanan. &ada titik tekanan maksimum,

hubungan

dp

dx=0

, jadi aliran pada titik tersebut hanya aliran ricih. &erkara yang

sama juga bagi persamaan "0+ untuk halaju aliran !.

21


18/23

Rajah 0.)a-c. Baburan halaju aliran. a+ aliran ricih, b+aliran tekanan, c+, jumlah aliran

ricih dan aliran tekanan.

2.3.3 Persa)aan Kesna)/ungan

Rajah 0.( $lemen bentuk tiang

&ersamaan kesinambungan untuk isipadu elemen kecil dalam cecair tidak boleh mampat

"andaian + boleh ditulis seperti berikut

u

x+

%

y+

z=0 "0A+

#engkamirkan persamaan ini bersama elemen berbentuk tiang (dx&dz&h) dalam

rajah 0.(, dalam arah ketebalan filem y=0 hingga y=h memberikan

0

h u

xdy+

0

h

zdy+ [ % ]0

h=0

"08+

22


19/23

&ersamaan ini boleh ditulis semula seperti berikut dengan meukarkan susunan kamiran

dan pembe5aan

x0

h

u dy+

z0

h

dy (u )y=h h

x ( )y=h

h

z+[ % ]0

h=0

"04+

&ersamaan kesinambungan ini untuk elemen bentuk tiang diantara permukaan pepejal

ditunjukkan dalam rajah 0.'1. &ada terbitan persamaan "04+, formula matematik ini

mesti digunakan kerana limit kamiran h dalam persamaan "08+ adalah fungsi kepada H

dan 5 "apabila formula berkaitan H diberikan+

x

a (x )

b (x )

'(x " y " x ) dy=a (x)

b (x)

x'(x " y " z )dy+ '(x " b (x ) " z )

b (x ) x

'(x " a (x ) "

"0*+

&ersamaan "04+ boleh dituls seperti berikut dalam istilah halaju permukaan daripada

keadaan sempadan "andaian *+

(2

dy!2

h

y#

2

h

z+((

1)=0

u dy+

z0

h

x0

h

"0)+

23


20/23

Rajah 0.'1 Satah condong semasa pergerakan

2.3.! Ter/an persa)aan Re+n-lds

&ersamaan Reynolds pada dasarnya ialah persamaan kesinambungan.

#enggantikan halaju alran u dan @ yang diberikan masing-masing dalam persamaan "00+

dan "0+, kedalam persamaan kesinambungan "0)+ hasil persamaan Reynolds. Sebelum

melakukannya, pengkamiran "kadar alir+ dalam persamaan "0)+ dikira

!1

u dy=h3

12

p

x+

h

2(!2)

0

h

"0(+

#1

dy=h3

12

p

z+

h

2(#2)

0

h

"1+

24


21/23

dimana dan p diandaikan menjadi malr dalam arah y "andaian A dan 8+.

#enggantikan kedua-dua kamiran ini kedalam persamaan "0)+ memberikan persamaan

berikut

x( h3

p

x)+ z ( h3

p

z)=6[ (!1!2 )h x +h x(!1!2)+ (#1#2)"'+

Dalam banyak kes praktikal, paksi H boleh diambil sebagai arah pergerakan relati@e dua

permukaan, dimana(

1=#

1=#

2=0 . 9ika pekali kelikatan adalah malar

"andaian A+, persamaan diatas boleh dimudahkan seperti berikut

x(h3 p x )+ z (h3 p z)=6 [ (!1!2 ) h x+h x(!1!2 )+2(2]"0+

Bambahan pula, jika dua permukaan adalah tegar, istilah kedua sebelah kanan

menamdakan pengembangan dan penguncupan permukaan menjadi sifar, dan persamaan

diba!ah menjadi

x(h3 p x )+ z (h3 p z)=6 [ (!1!2 ) h x+2(2] "+ni adalah persamaan tekanan diterbitkan berdasarkan andaian Reynolds dan dipanggil

&ersamaan Reynolds. &ersamaan sebelumnya, "'+ dan "0+, boleh dipanggil persamaan

umum Reynolds kerana ianya diterbitkan tanpa andaian badan tegar dan andaian

iso@iskos masing-masing "pada arah H dan 5+. 9ika aliran adalah satu dimensi dan

!2=(2=0 , menjadikan persamaan diba!ah ini

)(h3 p x )=6 !1 h x"A+

25


22/23

ni adalah persamaan Reynolds dalam kes yang paling mudah.

2.! Kele/"an dan kekurangan peln&ran "dr-dna)k

Kelebihan utama kesan filem cecair sering dianggap sebagai kekurangan hubungan

antara bahagian-bahagian yang berputar dan dengan jangka hayat yang tidak terhingga.

Dalam erti kata sebenar, komplikasi lain membuatkan hal ini sebagai salah satu sebab

sekunder untuk menggunakan galas ini. &enggunaan galas jurnal juga merupakan

kelebihan dalam banyak aplikasi lain dari aspek penyelenggaraan "#alcolm $. %eader,

&.$, '()*+.


23/23

2.# Kes)pulan Kajan Leraur

Daripada kajian literatur ini, dapatlah disimpulkan baha!a untuk menganalisis

keju!udan taburan tekanan pelinciran hidrodinamik ini memerlukan pengetahuan paling

asas terhadap galas jurnal itu sendiri. /ntuk merekabentuk ujian pelantar bagi analisis

tekanan, perkara yang perlu diambil kira adalah jenis galas dan bahan galas kajian

literature menunjukkan bahan galas yang berpotensi digunakan untuk membuat galas

dan akan dipilih. Selain itu, bentuk geometri jurnal dan galas juga perlu diketahui.

nalisis taburan tekanan pada ujian pelantar pelinciran hidrodinamik ini

memerlukan pemahaman terhadap tekanan pada filem minyak ketika pelantar ujian ini

beroperasi. Kajian literatur ini menekankan informasi terhadap tekanan dan kajian yang

telah dibuat oleh penyelidik yang terdahulu seperti "=sborne Reynolds, '))4+ dan

"Do!son, '(()+. Bambahan pula, persamaan yang akan digunakan untuk menganalisis

taburan tekanan adalah persamaan Reynolds yang diterangkan secara terpeinci dalam

kajian literatur ini.

Dengan informasi yang terdapat dalam kajian literatur ini, ianya dapat membantu

keseluruhan kajian ini dengan memberikan pengetahuan dalam proses analisis pelinciran

hidrodinamik menggunakan simulasi ini.

27

literatur review hydrodynamic lubrication

Documents