На основе численного анализа (рис. 2–5) при широком диапазоне изменения функциональных параметров подшипников установлены области изменения параметров микрополярной смазки и упругогидродинамического параметра, обеспечивающие рациональный по несущей способности, силе трения и расходу смазки режим работы упорных и радиальных подшипников скольжения.
Из зависимостей, приведенных на рис. 2–5, следует, что:
1 При значениях параметра N1
несущая способность подшипника и сила трения существенно снижается, а при 
стремятся к соответствующим значениям для случая ньютоновской смазки.
2 С увеличением значения параметра связи N несущая способность подшипника и сила трения возрастают.
3 При значении упругогидродинамического параметра М = 40 для несущей способности подшипника наблюдается ярко выраженный локальный максимум.
4 При значении упругогидродинамического параметра 
несущая способность подшипника и сила трения резко уменьшается. При 
несущая способность и сила трения возрастают, оставаясь меньше от соответствующих значений для случая ньютоновской смазки.
Далее в этой главе приводится математическая модель микрополярной смазки радиальных подшипников с податливой опорной поверхностью. Методика формирования точного автомодельного решения рассматриваемой задачи такая же, как и в случае упорного подшипника, с той лишь разницей, что уравнения движения микрополярной смазки и уравнения Ламэ используются в полярной системе координат. Граничные условия для определения поля скоростей и компонентов вектора перемещений такие же, как и в случае упорного подшипника, а для гидродинамического давления требуется замкнутость смазочного слоя.
В заключение этой главы решены задачи об устойчивости работы упорных и радиальных подшипников. Дана оценка влияния микрополярных характеристик смазки, упругогидродинамического параметра, а также конструктивного параметра 
(отношение толщины пленки при входе и выходе) на устойчивость работы этих подшипников.
Таким образом, полученные в этой главе результаты позволяют аналитически прогнозировать значения параметров микрополярной смазки N и N1 (N2 = 0,95, N > 20), значения упругогидродинамического параметра М (М > 50), а также конструктивного параметра = 3,5 обеспечивающие повышенную несущую способность и устойчивый режим работы упорного подшипника с податливой опорной поверхностью.
Рис. 2. Зависимость безразмерной несущей способности от параметра N1 при различных значениях параметра связи N при M®¥ |
Рис. 3. Зависимость безразмерной силы трения от параметра N1 при различных значениях параметра связи N при M®¥ |
1 – 
, = 3,5;
2 – 
, = 3,5
Рис. 4. Зависимость безразмерной несущей способности от параметра М
1 – 
, = 3,5;
2 – , = 3,5
Рис. 5. Зависимость безразмерной силы трения от параметра М
В третьей главе разработаны математические модели вязкоупругой смазки упорных подшипников скольжения с жесткой и нежесткой опорной поверхностью, работающие в турбулентном режиме трения. Здесь вначале на основе уравнений движения вязкоупругой смазки и уравнения неразрывности решена задача о гидродинамическом расчете упорного подшипника с нелинейной жесткой опорной поверхностью, работающего в стационарном турбулентном режиме трения с учетом влияния вязкости от температуры. В качестве исходных уравнений использована следующая система безразмерных уравнений
(6)
где 
– число Дебора 
Система уравнений (6) решается при следующих граничных условиях
(7)
Здесь размерные величины 
cвязаны с безразмерными 
по формулам
где L – длина ползуна, 
– скорость скольжения направляющей, 
– компоненты вектора скорости, р ׳ – гидродинамическое давление; jµ ׳ – эффективная вязкость; 
; τ – касательное напряжение; 
– уравнение толщины пленки; 
– температура; Т0 – характерная температура.
Кроме граничных условий (7) для гидродинамического давления получим дополнительное условие в предложении существования определенного состояния жидкости в момент входа в подшипник. Для случая, когда смазка поступает в подшипник при полной релаксации упругого компонента деформации, дополнительные условия запишутся таким образом
(8)
Когда смазка находится в ненапряженном состоянии и внезапно подвергается сдвигу с определенной скоростью в момент входа в подшипник, имеем
(9)
Точное автомодельное решение задачи (6)–(7), связанное с определением поля скоростей, также ищется в виде (3), где 
где 
. Для определения гидродинамического давления вначале с использованием выражения для скорости диссипации энергии находим эффективную вязкость, а затем гидродинамическое давление.
В результате получим аналитические выражения для основных рабочих характеристик подшипника, прежде всего для несущей способности, силы трения, а также для важной характеристики турбулентного режима трения – эффективность по несущей способности, или отношение нагрузки, которую несет подшипник к величине потребляемой мощности. Эту характеристику подшипника можно выразить в следующей форме 
где 
– коэффициент нагрузки; 
– коэффициент мощности.
Полученные выражения для выше указанных характеристик упорного подшипника существенно зависят от числа Дебора β, от теплового параметра
, который является функцией свойств смазки, соотношением между числом Рейнольдса и эффективной вязкостью, длины подшипника, скорости движущейся поверхности направляющей и коэффициента расхода.
Здесь u* – скорость скольжения направляющей; jµ ׳ – эффективная вязкость; σ – экспериментальная постоянная, входящая в зависимость вязкости от температуры; ср – теплоемкость при постоянном давлении.
На основе численного анализа полученных аналитических выражений установлены рациональные по несущей способности и силе трения, значения параметра β–1 > 60, а также конструктивного параметра = 3,5 и теплового параметра К = 10.
Далее в этой главе аналогичная задача решается для случая, когда подшипник работает в стационарном турбулентном режиме трения при учете не только зависимости вязкости от температуры, но и модуля упругости.
В заключение этой главы в начале решение рассматриваемой задачи приводится для подшипника, работающего в нестационарном режиме трения. Решение ищется в виде суммы двух решений. Одно из них решение стационарной, а другое (возмущенное) решение нестационарной задачи. В результате получены аналитические выражения для основных рабочих характеристик подшипника. Результаты численного анализа показывают:
1 При стационарном режиме трения вязкоупругие свойства смазки по сравнению с ньютоновской смазкой ухудшают работу подшипника, нагрузочная способность подшипника снижается, а сила трения возрастает.
2 При нестационарном режиме трения вязкоупругие свойства смазки по сравнению с ньютоновской смазкой улучшает работу подшипника, нагрузочная способность подшипника возрастает, а сила трения уменьшается.
3 Как в стационарном, так и не в стационарном режимах трения с увеличением значения теплового параметра несущая способность подшипника и сила трения значительно снижаются.
4 При турбулентном режиме трения по сравнению с ламинарным несущая способность подшипника увеличивается на 10–12 % по сравнению с ламинарным режимом.
Это означает, что для машин, упорные подшипники в которых всегда работают в турбулентном режиме трения на вязкоупругой смазке, эти подшипники всегда можно сделать значительно меньших размеров по сравнению с номинальными конструктивными, работающими в ламинарном режиме (площадь подшипника можно уменьшить на 30 %, что в результате приведет к уменьшению мощность на 14 %).
В четвертой главе дается гидродинамический расчет радиального подшипника скольжения с жесткой и нежесткой опорной поверхностью, работающего в турбулентном режиме трения с учетом зависимости вязкости и модуля упругости от температуры. Здесь в начале рассмотрен случай полного и неполного заполнения зазора вязкоупругой смазкой.
По аналогии как это сделано в главе 2, здесь также разработан метод формирования точных автомодельных решений рассматриваемых задач. Результаты численного анализа для рассматриваемого радиального подшипника в виде зависимостей несущей способности и силы трения от параметра β–1 при разных значениях теплового параметра К (К = 2, К = 6) в случае, когда протяженность нагрузочной области подшипника равно π, полностью согласуются с аналогичными результатами для упорного подшипника, работающего на вязкоупругой смазке, приведенными в главе 3.
Далее в этой главе рассматриваемая задача решается в случае, когда в качестве реологической модели смазки используется модель вязкопластичной смазки, полученной на основе уравнений Генки-Ильюшина методом оценок. В результате дана оценка влияния параметра вязкопластичной смазки, а также упругогидродинамического параметра на основные рабочие характеристики радиального подшипника с податливой опорной поверхностью.
Таким образом, полученные теоретически результаты на основе аналитического решения выше указанных задач позволяют:
1 Дать оценку влияния характеристик упорных и радиальных подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью на основные рабочие характеристики подшипников, работающий на неньютоновских смазочных материалах.
2 Оценить влияние характеристик неньютоновских смазочных материалов и упругогидродинамического параметра на устойчивость работы подшипников скольжения.
3 Создать научную основу базы данных для конструкторско-проектных организаций при проектировании подшипников жидкостного трения с податливой опорной поверхностью, работающих на неньютоновских смазочных материалах в устойчивом режиме.
4 В случае турбулентного режима установить значения функциональных параметров подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, обеспечивающих уменьшение мощности на 14 %, площади подшипника на 20–30 %, по сравнению с ламинарной неньютоновской смазкой.
В пятой главе приводятся результаты экспериментальной оценки основных теоретических результатов. В задачу эксперимента входило: дать экспериментальную оценку теоретически прогнозируемым рациональным (по несущей способности и силе трения) значениям параметров неньютоновских смазочных материалов (микрополярных, вязкоупругих и вязкопластичных) на основные рабочие характеристики подшипников скольжения при наличии упругого слоя на их опорных поверхностях; оценить влияние значения упругогидродинамического параметра на основные рабочие характеристики упорных и радиальных подшипников скольжения; проверить эффективность разработанного метода расчета упорных и радиальных подшипников с нежёсткой опорной поверхностью, позволяющего оценить влияние наличия упругого слоя на устойчивый гидродинамический режим работы подшипников скольжения.
Испытание подшипников для открытой пары трения выполнялось по схеме «диск-колодка». Образец-ролик диаметром 50 мм и колодка изготавливались из стали. Были рассмотрены следующие случаи: колодка была изготовлена из бронзы, а также материалов, обладающих низким модулем сдвига (рис. 6).
1 – Маслянит; 2 – Бронза;
3 – Капролон; 4 – Капролон-Г
Рис. 6 Экспериментальные образцы с низким модулем сдвига
В качестве смазочного материала использовались смазки, обладающие микрополярными, вязкоупругими и вязкопластичными свойствами (И-12; И-12 после доработки 60 часов; Фиол-1; Трансол-200; Унирол + LiPМoO6; Роботемп + LiPМoO6 – фосформолибден лития).
Исследование образцов, имитирующих смазку радиальных подшипников (в случае открытой пары трения), проводилось на серийной машине трения 2070 СМТ-1, имеющей устройство для нагружения образцов и устройство типа КСП-4 по ГОСТ 7164-78 для измерения и записи момента трения. Моменты трения замерялись с помощью бесконтактного индуктивного датчика, связанного с нижним валом.
Эксперимент проводился до тех пор, пока при очередной нагрузке не происходило резкое увеличение момента трения. Резкое повышение момента трения свидетельствует о том, что смазочный материал в сочетании с мягким покрытием утрачивает свои антифрикционные свойства и не обеспечивает разделение рабочих поверхностей. Результаты экспериментальных исследований для случая, когда колодка была изготовлена из фторопласта и маслянита, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Значения несущей способности пары трения «диск-колодка»
при различных неньютоновских смазочных материалах
и материалах колодки, обладающих низким модулем сдвига
Cмазка | Скорость скольжения, м/с | Несущая способность [кг/cм2] эксперим. | Несущая способность [кг/cм2] теоретич. | ||||
1 | 2 | 1 | 2 | ||||
M®¥ | M | M®¥ | M | ||||
I | 2 | 65 | 70 | 62 | 64 | 67 | 69 |
II | 2 | 70 | 75 | 67 | 69 | 72 | 73,5 |
III | 2 | 125 | 130 | 122 | 123,4 | 127 | 129 |
IV | 2 | 130 | 135 | 137 | 138,8 | 133 | 134,2 |
V | 2 | 100 | 108 | 96,7 | 98,2 | 105,6 | 106,8 |
VI | 2 | 110 | 115 | 107 | 108,9 | 113 | 114,2 |
VII | 2 | 115 | 120 | 112 | 113,8 | 117 | 118,9 |
VIII | 2 | 120 | 126 | 117,8 | 118,5 | 123,5 | 124,8 |
Здесь 1 – фторопласт; 2 – маслянит; I – И-12; II – после обработки 60 часов; III – Фиол-1; IV – Трансол-200; V – Роботемп; VI – Роботемп + LiPMoO6; VII – Унирол; VIII – Унирол + LiPMoO6.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
