Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 15. 10 april 1948 - Kol för tätningar och lagerbussningar, av B H Lagerstedt - Vätskors ytspänning, av I Göransson
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
10 april 1948
237
metaller, varken smälter eller skär ihop då det utsättes för
friktion utan tillsats av smörjmedel, är det ett utmärkt
lagermaterial, där vanlig smörjning inte kan användas med
hänsyn till det material, som behandlas i maskinen. Kol
kan impregneras med metall eller andra material, så att
det blir synnerligen starkt och motståndskraftigt mot
slitning. Detta är ofta nödvändigt, där plötsliga belastningar
skall upptas av lagret eller där en relativt tunn sektion
är nödvändig på grund av begränsat utrymme. Kol har
även fördelen att lätt kunna bearbetas till mycket små
toleranser, vilket vanligen sker med hjälp av slipskivor
eller verktyg med mjuka, hårdmetallklädda skär.
Ett av kols största användningsområden för mekaniska
ändamål är som material för tätningsringar. Därvid
användes en stationär och en roterande ring, vilka är slipade
eller lappade till fin planhet. Dessa får sedan rotera mot
varandra, ofta vid mycket höga hastigheter och under
betydande tryck. Även om tätningen är omgiven av olja,
kan mycket litet om ens något nå ringarnas mot varandra
roterande sidytor, varför de nästan kunna sägas arbeta
oljefritt. Under liknande förhållanden skulle metaller skava
eller skära ihop, beroende på de synnerligen höga
temperaturer, som uppstår vid den starka friktionen mellan de
mot varandra glidande metallytorna. Vissa blybronser med
friktion mot järn eller stål används med relativt stor
framgång men de slits vanligen ner ganska fort, och ofta håller
de ej tätt på grund av den mindre goda yta, som uppstår
genom den starka slitningen. Kol kan tillverkas i nästan
varje önskad grad av porositet, från mycket poröst till
absolut ogenomträngligt. Ur oljesynpunkt är detta en
mycket värdefull egenskap. Då man i de flesta fall kan helt
bortse från kolringarnas slitning, har man alltså här en
tätning, vilken kan arbeta i hundratals timmar utan att en
enda droppe läcker ens vid höga tryck.
En amerikansk firma framställer nu oljefria
lagerbuss-ningar av kolgrafit, vilka bl.a., på grund av den ingående
grafiten, är självsmörjande vid alla hastigheter. Friktionen
är konstant lika låg under bussningens hela livslängd.
Följande exempel på användningen av en av dessa
självsmörjande kolgrafitbussningar visar deras möjligheter: för
en av sina nya flygplanstyper behövde USA marinflyg ett
lager, vilket skulle uppbära en belastning av 740 kp vid
en axelhastighet av 8 000 r/m; axelmaterialet var slipat
men icke härdat kromstål med 66 mm diameter.
Provningsresultaten visade att kolgrafitbussningar var mycket
överlägsna andra lagertyper i detta fall.
Kolets friktionsegenskaper, dess kemiska overksamhet,
låga temperaturutvidgningskoefficient, hållfasthet mot
plötsliga temperaturförändringar och beständighet mot
oxidering vid relativt höga temperaturer har gjort, att man
numera i USA tillverkar så vitt skilda saker som skövlar
till excenterpumpar och kompressorer, ventilsäten,
frik-tionsbromsbackar, hydrauliska plunger, vissa delar till
vätske- och gasmätare och många liknande kinkiga
detaljer av kol. B H Lagerstedt
Vätskors ytspänning. Genom talrika experiment har
man kunnat påvisa, att den fria ytan hos vätskor
befinner sig i ett tillstånd av dragpåkänning, men denna
ytspänning har aldrig nöjaktigt förklarats. Det är allmänt
känt, att vätskor ej har någon statisk skjuvhållfasthet och
ändå innebär en två-dimensionell ytdragspänning
skjuvspänningar i alla plan, som lutar 45° mot tangentplanet.
Hur är detta möjligt? Den trovärdigaste förklaringen har
hittills Bakker lämnat. Hans åsikter har nyligen
kann-stöpts av R C Brown, men Bakkers teori är ej
tillfredsställande, alldenstund den utgör ett försök att visa, att en
vätskeyta kan befinna sig i ett tillstånd av verksam
dragpåkänning utan att några skjuvspänningar uppstår. Den
haltande förklaringen har lett många författare till att
betrakta ytspänningen som overklig. Till dem som anser
ytspänningen vara en inbillad företeelse hör Laplace,
Rayleigh och N K Adam. Adam skriver även: "Ytspänningen
existerar ej som fysikalisk verklighet." J Rice har i sin
kommentar över Gibbs’ handlingar rörande ytfenomen
svårt att fria Gibbs från att ha den föreställningen, att
vätskeytor befinner sig i ett tillstånd av allsidig
dragspänning.
I anslutning till Gibbs’ termodynamiska betraktelsesätt
lämnas nedan en nöjaktig förklaring på dragspänningen i
ytplanen, vilken utredning även förefaller att ha vissa
nya åskådningsgrunder. Gibbs införde i termodynamiken
en storhet som han benämnde ämnets inre potential.
Senare författare har kallat denna storhet partiell, molär,
fri energi, kemisk potential osv. För jämvikt mellan faser
och mellan varje del av en heterogen fas visade Gibbs, att
den inre potentialen för områdena av varje ingående
ämne måste ha samma värde genom hela systemet. Den
inre potentialen är ett mått på molekylernas strävan att
förflytta sig och spridas. Molekylerna söker avlägsna sig
från områden med högt [i och utvandrar till regioner med
lågt [x. Jämlikhet i fråga om inre potential betyder, att
lika många molekyler av varje slag, som intränger till ett
område, strömmar bort därifrån. Detta är i fullständig
analogi med kontinuitetsekvationen i hydromekaniken. 1
termodynamiken har vi dock att göra med slumpvis
rörelse hos molekyler, under det att hydromekaniken
behandlar ordnad rörelse, dvs. strömning. Vid en given
temperatur beror den inre potentialen på molekylernas
gruppering och inbördes lägen. Molekyler vid en fri yta eller
vid en begränsningsyta mellan två olika ämnen har en
annan omgivning än molekyler i det inre, och därför
skulle de kunna väntas ha ett annat värde på den inre
potentialen, ehuru de för jämvikt dock måste ha samma
inre potential som de inre molekylerna. Hur kan då
jämvikt uppnås? Nu kan det vara fördelaktigt att ta ännu
ett fall av termodynamisk jämvikt i skärskådande.
Betrakta ett rent ämne, t.ex. bly, i jämvikt under
smältning. När mekanisk påkänning (tryck) ej tillkommer, är
det blott en enda temperatur, vid vilken sådan jämvikt
kan råda. Vid denna temperatur är de inre potentialerna
för fast substans och smälta lika. Vid rumstemperatur har
stelnat bly det lägre värdet på fi, och följaktligen är den
fasta fasen stabil. Hur skall vi kunna få fast och flytande
bly att vara i jämvikt vid rumstemperatur? Svaret är, att
mekanisk påkänning måste påsättas det fasta eller
flytande ämnet eller båda, tills deras inre potentialer är lika.
Åtminstone i princip kan vi överföra tryck på fast metall
och öka dess inre potential till samma värde som hos
tryckfri smälta, eller vi kan utsätta vätskan för
hydrostatisk dragpåkänning, så att dess inre potential blir
densamma som hos tryckspänningsfritt, stelnat bly. För
jämvikt mellan två faser gäller sålunda, att det existerar ett
samband mellan tryck och temperatur.
Genom att utgå från formlerna
d ju — du
= v och ——
c Pjn c i pn
(O
där p, T och n är tryck, temperatur och mängd av ämnet
resp., och v samt s betyder specifik volym och specifik
entropi, blir föi-hållandet mellan p och T för det fall, då
endast vätskan utsättes för tryck
dp
df
L
Tv
(2)
i vilket L betecknar bundet värme hos övergången fast—
flytande. Vätskans jämviktstryck ökar således med
temperaturen. Vid låga temperaturer (under den tryckfria
smältpunkten) är jämviktstrycket negativt. I princip kan
vi därför ha fast och flytande bly i jämvikt vid
rumstemperatur, genom att smältan underkastas hydrostatisk
dragning.
Det är nu endast ett litet steg till förklaringen på
drag-spänningen i en vätskas fria yta. I frånvaro av spänning
har ytmolekyler ett högre (i än inre molekyler. För att
jämvikt skall uppnås måste spänning uppstå i ytan eller
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
