Введение к работе
Актуальность исследования. Работа машин и механизмов, их долговечность, экономичность и надежность зависит в значительной степени от конструкции и качества подшипниковых узлов. Одним из важным конструктивных элементов подшипников скольжения является смазочная среда. Смазочные материалы с присадками с высоким молекулярным весом приводят к появлению микрополярных, вязкоупругих и вязкопластичных свойств смазки. В области подшипников с неньютоновской жидкостной пленкой в настоящее время широко используются подшипники с нежесткой опорной поверхностью. Естественно возникает необходимость при расчете подшипниковых опор учитывать неньютоновские свойства смазки и податливость их опорных поверхностей. Пренебрежение этими свойствами при расчетах подшипников скольжения может привести к неправильной оценке их работоспособности. Хотя разработке математических моделей неньютоновских смазочных материалов в качестве гидродинамической смазки подшипников скольжения посвящено большое количество работ (К.С. Ахвердиева, И.А. Журбы, М.А. Савенковой, А.Ю. Вовка и др.), однако анализ существующих работ показывает, что в этих исследованиях не учитывается податливость опорных поверхностей рассматриваемых подшипников. Кроме того, здесь не рассматривается влияние значений параметров неньютоновских смазок и упругогидродинамического параметра на устойчивость работы подшипников скольжения. Несомненно, построение аналитической модели, учитывающее указанные аспекты функционирования трибологических систем, является актуальным. Данная диссертационная работа посвящена решению этой актуальной проблемы.
Цель и задачи исследования. Разработка расчетных моделей упругодеформируемых подшипников скольжения, работающих на неньютоновских смазочных материалах в устойчивом жидкостном режиме.
В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:
1 Разработка методики гидродинамического расчета упорных и радиальных подшипников скольжения, работающих на микрополярной смазке, с учетом в отличии от существующих методик, податливости их опорных поверхностей.
2 Разработка методики гидродинамического расчета упорных и радиальных подшипников скольжения, работающих на вязкоупругой и вязкопластичных смазках, с учетом в отличие от существующих методик податливости их опорных поверхностей.
3 Методика гидродинамического расчета радиальных подшипников скольжения при полном и частичном заполнении смазкой зазора, с учетом в отличие от существующих методик, наличия турбулентного режима трения.
4 Оценка влияния значений параметров неньютоновских смазок (микрополярной, вязкоупругой и вязкопластичной) на устойчивость работы подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, отличающаяся от известных оценок для подшипников с жесткой опорной поверхностью.
5 Экспериментальная оценка основных теоретических результатов.
Предмет и объект исследования. Подшипники жидкостного трения с податливой упругой поверхностью и неньютоновской смазочной средой.
Методологическая база – формирование автомодельных решений и их использование для определения основных рабочих характеристик подшипников скольжения.
Теоретическая база – уравнения Навье-Стокса, уравнение Ламэ и реологические уравнения неньютоновских жидкостей.
Эмпирическая база – гипотезы механики жидкости и газа, механики сплошной среды и теории упругости.
Основные положения, выносимые на защиту:
- по специальности 05.02.02 «Машиноведение, системы приводов и детали машин»:
1. Методика расчета упорных и радиальных подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, работающих на микрополярной смазке.
2. Результаты аналитического прогнозирования условий устойчивости работы упорных и радиальных подшипников с податливой опорной поверхностью, работающих на микрополярной смазке.
3. Методика расчета упорных и радиальных подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, работающих в турбулентном режиме трения на вязкоупругой смазке при полном заполнении смазкой радиального зазора и наличия свободной поверхности.
4. Оценка влияния параметров вязкоупругой и вязкопластичной смазки на устойчивость работы подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью.
– по специальности 05.02.04 «Трение и износ в машинах»:
1. Математические модели микрополярной смазки упорных и радиальных подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью.
2. Математические модели вязкоупругой и вязкопластичной смазки подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью.
3. 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.
4. Определение условий устойчивости работы подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, работающих на микрополярной, вязкоупругой и вязкопластичной смазках.
Научная новизна:
– по специальности 05.02.02 «Машиноведение, системы приводов и детали машин»:
1. Методика гидродинамического расчета упорных и радиальных подшипников скольжения, работающих на микрополярной смазке, с учетом в отличие от существующих методик, податливости их опорных поверхностей.
2. Методика гидродинамического расчета упорных и радиальных подшипников скольжения, работающих на вязкоупругой и вязкопластичной смазках, с учетом в отличие от существующих методик податливости их опорных поверхностей.
3. Методика гидродинамического расчета радиальных подшипников скольжения при полном и частичном заполнении смазкой зазора с учетом в отличие от существующих методик наличие турбулентного режима трения.
4. Оценка влияния значений параметров неньютоновских смазок (микрополярной, вязкоупругой и вязкопластичной) на устойчивость работы подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, отличающаяся от известных оценок для подшипников с жесткой опорной поверхностью.
– по специальности 05.02.04 «Трение и износ в машинах»:
1. Математическая модель гидродинамической неньютоновской смазки подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью и методика формирования точных автомодельных решений, упрощающих математический анализ рассматриваемого класса задач гидродинамической теории смазки, отличающейся от известных моделей для подшипников с жесткой опорной поверхностью.
2. Методика аналитического прогнозирования гидродинамического воздействия неньютоновской смазки (микрополярной, вязкоупругой) на устойчивость движения направляющей в системе «ползун-направляющая», с учетом деформации опорной поверхности ползуна.
3. Методика аналитического прогнозирования гидродинамического воздействия неньютоновской смазки (вязкоупругой и вязкопластичной) на устойчивость движения шипа в системе «вал-втулка», с учетом деформации опорной поверхности втулки.
4. 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.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием основных положений гидродинамической теории смазки, механики сплошной среды, теории упругости и реологических уравнений при строгой постановке решаемых задач, кроме того, результатами экспериментальных исследований.
Теоретическая значимость работы. Работа с ярко выраженным теоретическим содержанием с результатами исследований, выполненных соискателем, несомненно, отражает возрастающую потребность в построении и развитии теоретической базы современных исследований в области трибологии. Ключевым моментом теоретической значимости работ является разработанная математическая модель, учитывающая различные аспекты функционирования трибосистемы (реологию смазочной среды, а также упругого слоя). Предложенная здесь расчетная модель упругодеформируемых подшипников, работающих на неньютоновских смазочных материалах, является универсальной и открывает новые возможности проведения прогноза поведения системы и анализа её адаптационных возможностей.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные здесь результаты на основе предложенной универсальной расчетной модели подшипников скольжения могут служить надежной базой данных для конструкторско-проектных организаций при проектировании подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, работающих на неньютоновских смазочных материалах в устойчивом жидкостном режиме трения.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности непосредственно вытекает из целевой направленности диссертационной работы, заключающейся в разработке расчетных моделей упругодеформируемых подшипников скольжения, работающих на неньютоновских смазочных материалах в устойчивом жидкостном режиме (05.02.02 – пункты 2 и 5; 05.02.04 – пункты 4 и 12).
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на Международной научной конференции «Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические» (г. Ростов-на-Дону 2004 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2005» (г. Ростов-на-Дону 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2006» (г. Ростов-на-Дону 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2008» (г. Ростов-на-Дону 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009» (г. Ростов-на-Дону 2009 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство» (г. Ростов-на-Дону 2009 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2012» (г. Ростов-на-Дону 2012 г.).
Эффективность разработанного метода расчета подшипников скольжения с податливой опорной поверхностью, работающих на неньютоновских смазочных материалах (микрополярных, вязкоупругих и вязкопластичных), получил экспериментальное подтверждение на базе специальной установки в г. Азове ООО «Завод по выпуску КПО» и рекомендован к внедрению при модернизации подшипниковых узлов рольгангового подающего механизма правильно-полировального комплекса.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 16 работ, в том числе 7 публикаций в изданиях, утвержденных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 118 наименований и 1 приложения. Работа изложена на 161 странице, содержит 45 рисунков и 9 таблиц.
