Разработка расчетных моделей упругодеформируемых подшипников скольжения, работающих на неньютоновских смазочных материалах в устойчивом жидкостном режиме (стр. 3 )

Из этой таблицы следует, что:

1 При учете податливости неподвижной поверхности образца несущая способность и сила трения подшипника, работающего на неньютоновских смазочных материалах (микрополярных, вязкоупругих и вязкопластичных) на 3–5 % снижается по сравнению с случаем абсолютно жесткой поверхности образца.

2 Теоретические результаты достаточно хорошо согласуются с экспериментальными в том случае, когда результаты теоретических исследований получены с учетом податливости неподвижной опорной поверхности образца.

Следующим этапом экспериментальных исследований являлось исследование радиальных подшипников с нежесткой опорной поверхностью, работающих на неньютоновских смазочных материалах (закрытая пара трения).

Как известно, в условиях эксплуатации под воздействием нагрузки элементы подшипников подвергаются деформации, особенно при наличии на их опорных поверхностях специальных антифрикционных материалов. Для определения величин деформаций была разработана специальная экспериментальная установка, схема которой представлена на рис. 7.

1 – вал; 2 – образец из антифрикционного материала;

3 – индикатор; 4 – опоры

Рис. 7 Схема экспериментальной установки

Испытуемый образец из антифрикционного материала (2) закрепляется в неподвижных опорах (4). С помощью вала (1), установленного в образце, осуществляется нагружение. Диаметр сопряжения вала и образца был подобран и обработан таким образом, чтобы соединение осуществлялось в натяг. Разность диаметра вала и образца были не более 0,1 мм. Для измерения деформации используется индикатор часового типа (3), который неподвижно закреплен на неподвижном основании с помощью магнитной насадки. Исследования выполнялись для различных материалов, таких как маслянит, капролон Б, фторопласт, а также нанесении на поверхность подшипника из стали пористого покрытия.

Для каждого материала проводилась серия из 10 экспериментов. Эксперимент проводился следующим образом – на вал с обоих концов навешивались грузы с шагом 100 Н. При каждом нагружении фиксировались показатели на индикаторе часового типа. Результаты экспериментов показали, что средняя величина деформации наибольшая у антифрикционного материала – фторопласт. При значении нагрузки 1500 Н среднее значение величины деформации составляет 0,42 мм. Наименьшие средние значения величины деформации, наблюдаются у образца, на поверхность которого нанесено пористое покрытие. Максимальное среднее значение величины деформации при нагрузке 1500 Н составляет 0,191 мм.

Зависимость деформации от нагрузки N и модуля сдвига GT также определялись с помощью схемы полного факторного эксперимента.

Для анализа аппроксимационной точности полученной аналитической модели построим регрессионную зависимость по экспериментальным данным и сравним результаты численного анализа обеих зависимостей. Итак, ищем деформацию в виде

где – безразмерное давление; – безразмерный модуль сдвига.

В данном случае применяется регрессионный анализ для полного квадратичного полигона. Коэффициенты указанного регрессионного соотношения могут быть оценены при помощи варьирования факторов на трех уровнях. Верхний уровень для простоты обозначается +1 (или просто +), нижний –1 (или просто –). Средний уровень обозначен 0. Такой план содержит 9 точек и называется трехуровневым планом полного факторного эксперимента (ПФЭ3).

Здесь y и x – безразмерные факторы в нормированной системе координат, N0=100H, N=50H, G1=35ГПа, G0=32ГПа, G=1ГПа.

В каждой серии было проведено 9 экспериментов.

Рис. 8 Поверхности отклика

для пяти серий экспериментов

На рис. 8 представлена совокупность поверхностей отклика, которая позволяет сделать следующие выводы:

1 Поверхности отклика имеют достаточно большой разброс, что вызвано техническими условиями эксперимента, несовершенством измерительных приборов, антропогенным фактором.

2 Полученные результаты дают возможность сопоставить каждую из поверхностей отклика с аналитической моделью, что позволяет сделать вывод о допустимом совпадении значений исследуемой величины для эмпирической и теоретической моделей в пределах допустимой инженерной погрешности ~10 %.

Экспериментальное исследование по определению гидродинамической картины поведения испытуемых подшипников проводилось на специальном стенде конструкции . Исследуемые подшипники представляли собой втулки диаметром 100 мм, длиной 80 мм, изготовленные из стали, бронзы, а также из материалов с низким модулем сдвига и валом, изготовленным из стали.

Оснастка и аппаратура стенда позволяет определить все основные рабочие параметры подшипника скольжения, достаточные для надежного анализа и объективной оценки их работоспособности, такие как: нагрузку, приложенную к подшипнику; скорость скольжения; давление поступающего в подшипник масла; температуру масла на входе и выходе из подшипника в нескольких точках; количество пропускаемого через подшипник масла; коэффициент трения, распределение давления по окружности и длине подшипника; профиль зазора рабочей зоны с определением минимальной толщины смазочного слоя hmin; смещение центра вала, коэффициента нагруженности; угол между действием нагрузки и линией центра и другие параметры. Осциллограмма изменения давления и толщины смазочного слоя приведены на рис. 9.

1 – изменение давления по окружности в подшипнике с жесткой опорной поверхностью;

2 – изменение давления по окружности в подшипнике с вкладышем с низким модулем упругости; 3 – изменение толщины смазочного слоя в подшипнике с жесткой опорной поверхностью;

4 – линия окружности подшипника

Рис. 9 Осциллограммы изменения гидродинамического давления и толщины смазочного слоя в радиальном подшипнике

Из приведенных осциллограмм видно, что в случае вкладыша с низким модулем упругости пик давления в области минимального зазора выравнивается по сравнению с вкладышем с жесткой опорной поверхностью, что способствует устойчивости движения шипа в подшипнике.

Общие выводы и рекомендации

Результаты работы можно представить следующими основными выводами:

1. Разработана методика расчета упорных и радиальных подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, работающих на микрополярной смазке.

2. Решены задачи об устойчивости упорных и радиальных подшипников с податливой опорной поверхностью, работающих на микрополярной смазке.

3. Дана оценка влияния микрополярных характеристик смазки, а также упругогидродинамического параметра на основные рабочие характеристики упорных и радиальных подшипников и на устойчивость их работы. Установлены наиболее рациональные по несущей способности, силе трения и устойчивости работы значения параметров микрополярной смазки и упругогидродинамического параметра M.

4. Разработаны математические модели вязкоупругой гидродинамической смазки упорных и радиальных подшипников с податливой опорной поверхностью.

5. Решена задача об устойчивости работы упорного подшипника с податливой опорной поверхностью, работающего на вязкоупругой смазке. Найдены рациональные (по несущей способности, силе трения и устойчивости работы подшипников) значения параметров вязкоупругой смазки и упругогидродинамического параметра.

6. Разработан метод расчета радиального подшипника с податливой опорной поверхностью, работающего на вязкопластичной смазке.

7. Дана оценка влияния параметра пластичности и упругогидродинамического параметра на основные рабочие характеристики подшипника.

8. Установлены рациональные по несущей способности, силе трения подшипников и устойчивости их работы значения параметров N, N1, M, , b, A, где N и N1 – параметры микрополярной смазки (N2Î[0,95–0,99], N1>20); M – упругогидродинамический параметр (M³50); – конструктивный параметр, характеризующий отношение толщины пленки при входе и выходе (=3,5); b – число Дебора, характеризующее вязкоупругую смазку (b-1 ³ 40); A – параметр, характеризующий вязкопластичную смазку, обусловленный предельным напряжением сдвига (А»1).

9. В случае турбулентной смазки для параметра, характеризующего эффективность по несущей способности, или отношение нагрузки, которую несет подшипник к величине потребляемой мощности, установлено, что максимальное значение этой характеристики имеет место при =3,5. В этом случае, по сравнению с ламинарной смазкой подшипники можно сделать меньших размеров (площадь можно уменьшить на 25-30%, что в результате приводит к уменьшению мощности на 14%).

10. Разработана методика формирования точных автомодельных решений задач гидродинамического расчета подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, работающих на вязкоупругой и вязкопластичной смазках при наличии свободной поверхности в смазочном слое.

11. Найдены явные многопараметрические зависимости, определяющие область устойчивости работы подшипников скольжения, позволяющие с использованием пакетных средств компьютерной математики визуализировать поведение сложной системы при изменении параметров в области устойчивости.

12. Дана экспериментальная оценка полученным аналитическим зависимостям для основных рабочих характеристик подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, работающих на неньютоновских смазках (микрополярной, вязкоупругой и вязкопластичной).

13. Рекомендуется конструкторско-проектным организациям при проектировании подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, работающих на неньютоновских смазочных материалах в качестве научной базы использовать значения режимных и конструктивных параметров, приведенных в п. 9 и 10.

Публикации. Содержание диссертации отражено в работах:

Статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях:

1. , , Семенко расчет упорного подшипника с вязкоупругой смазкой с учетом зависимости вязкости и модуля сдвига от температуры и определение условий устойчивости его работы // Вестник РГУПС. – 2008. – № 3. – С. 118––128 (перечень ВАК).

2. , , Семенко расчет радиального подшипника, работающего в нестационарном режиме на вязкопластичной смазке, обладающей микрополярными свойствами // Вестник РГУПС. – 2008. – № 4. – С. 131–138 (перечень ВАК).

3. , , Константинов расчет радиального подшипника, близкого к круговому, работающего на микрополярной смазке // Вестник РГУПС. – 2009. – № 1. – С. 148–153 (перечень ВАК).

4. , , Семенко расчет радиального подшипника скольжения, работающего в турбулентном режиме трения при неполном заполнении зазора вязкоупругой смазкой // Москва: Вестник Машиностроения – 2009. – № 7. – С. 11–17 (перечень ВАК).

5. , Семенко расчет упорного подшипника скольжения с нежесткой опорной поверхностью, работающего на микрополярной смазке // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. – 2011. – № 1(52). – С. 63–69 (перечень ВАК).

6. , , Семенко расчет упорного подшипника скольжения, работающего на вязкоупругой смазке в турбулентном режиме трения // Москва: Проблемы машиностроения и надежности машин – 2011. – № 4. – С. 69–78 (перечень ВАК).

7. , , Семенко модель микрополярной смазки упорных подшипников скольжения с нежесткой опорной поверхностью // Вестник РГУПС. – 2012. – № 2. – С. 200–204 (перечень ВАК).

Доклады и тезисы докладов на конференциях:

8. , , Семенко автомодельное решение линейной задачи гидродинамического расчета радиального подшипника, работающего на микрополярной смазке // Труды РГУПС. – 2006. – № 1(2). – С. 9–12.

9. , , Константинов расчет упорного подшипника, работающего на вязкоупругой смазке, обладающей микрополярными свойствами // Труды РГУПС. – 2008. – № 3(7). – С. 51–59.

10. , , Семенко расчет радиального подшипника скольжения, работающего на вязкоупругой смазке, с учетом деформации его опорной поверхности при наличии в смазочном слое свободной поверхности // Труды РГУПС. – 2011. – № 1(15). – С. 29–36.

11. Семенко расчет радиального подшипника скольжения с нежесткой опорной поверхностью, работающего в турбулентном режиме трения при неполном заполнении зазора вязкоупругой смазкой // Труды РГУПС. – 2011. – № 1(15). – С. 56–62.

12. Семенко расчет упорного подшипника скольжения с нежесткой опорной поверхностью, работающего на вязкоупругой смазке в турбулентном режиме трения // Труды РГУПС. – 2011. – № 1(15). – С. 62–68.

13. , , Константинов модель гидродинамической смазки упорного подшипника скольжения, работающего на вязкоупругой смазке в турбулентном режиме трения // «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта». Сборник научных трудов молодых ученых, аспирантов и докторантов. Посвящ. 80-летию РГУПС. – 2008. – С. 152–157.

14. , , Константинов модель гидродинамической смазки радиального подшипника, работающего на вязкоупругой смазке в турбулентном режиме трения // «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта». Сборник научных трудов молодых ученых, аспирантов и докторантов, посвящ. 80-летию РГУПС. – Ростов н/Д, 2008. – С. 199–206.

15. , , Семенко прогнозирование силы трения в подшипниках скольжения, работающих на смазках с различными реологическими свойствами в полужидкостном режиме трения // Труды Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство», посвящ. 80-летию РГУПС. – Ростов н/Д, 2009. – С. 16–18.

16. , Семенко расчет упорного подшипника, работающего на вязкоупругой смазке при наличии пористого слоя на одной из сопряженных поверхностей // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009» / РГУПС. – Ростов н/Д – Ч. 2, – С. 271–273.

17. Семенко расчет радиального подшипника, работающего на вязкоупругой смазке при наличии пористого слоя на одной из сопряженных поверхностей // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009» / РГУПС. – Ростов н/Д – Ч. 2, – С. 269–271.

Cеменко Инна Сергеевна

Разработка расчетных моделей упругодеформируемых подшипников скольжения, работающих на неньютоновских смазочных материалах в устойчивом жидкостном режиме

Подписано в печать ….04.2012. Формат 60´84/16.

Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1.

Уч.-изд. л. 3,59. Тираж 100. Заказ № ….

Ростовский государственный университет путей сообщения.

Ризография РГУПС.

Адрес университета: г. Ростов н/Д, пл. Народного ополчения, 2.