Введение к работе
Актуальность работы. Теория цилиндрического роликового подшипника (РП), применяемая в инженерных расчетах, базируется на допущении об отсутствии проскальзывания в контактах роликов с дорожками качения колец, а частоты вращения роликов и сепаратора принимаются постоянными. При этом исключается влияние нагрузки, радиального зазора, вязкости смазки, массы роликов и сепаратора, расположения направляющих бортиков на наружном или внутреннем кольце и т. д. на кинематику РП и теоретический анализ работы последнего не отражает многих происходящих в нем процессов. Долговечность авиационных РП определяется расчетом на усталостное выкрашивание, в то время как анализ статистики выходов из строя РП газотурбинных двигателей (ГТД) показывает, что в большинстве случаев выход РП из строя обусловлен износом дорожек и тел качения, причем особенно часто наблюдается заедание в контактах роликов с дорожками качения колец, вызываемое их относительным проскальзыванием.
Прогресс авиадвигателестроения связан с интенсификацией рабочих процессов, ужесточением режимных параметров ГТД. В последнее время резко возросли частоты зращения роторов, увеличился уровень теплонапряженности ГТД и рабочие температуры подшипников, снизились радиальные нагрузки на подшипники вследствие борьбы за уменьшение веса ГТД. Поэтому РП ГТД в основном подбираются не по воспринимаемой нагрузке, а по посадочному диаметру вала и зачастую работают недогруженными. Это часто приводит к снижению долговечности РП опор валов за счет проскальзывания, что является существенным препятствием на пути создания двигателей следующего поколения.
Теоретические и экспериментальные исследования кинематики высокоскоростных цилиндрических РП, проведенные в России и за рубежом, выявили некоторые закономерности в работе РП в условиях проскальзывания, но законченной теории проскальзывания в РП, удобной для применения в инженерных расчетах, пока нет. Поэтому разработка методов расчета РП на проскальзывание является важной и актуальной задачей.
Целью работы является разработка математической модели легко нагруженного высокоскоростного цилиндрического РП, используемого в качестве опоры ротора ГТД, и инженерной методики его расчета на проскальзывание и заедание.
Основными задачами работы являются:
- разработка плоской квазидинамической модели цилиндрического РП с
учетом неизотермического поведения смазки в контактах роликов с дорожками
качения колец, гидродинамического сопротивления вращению роликов и сепара
тора, а также влияния изменений геометрических параметров РП от условий на-
гружения и режима работы;
- разработка методики расчета РП на заедание;
теоретическое исследование проскальзывания в РП ряда ГТД;
экспериментальная проверка полученных при теоретическом исследовании зависимостей и применение результатов для анализа дефектов РП роторов ГТД.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теоретической механики, теории ГТД, эластогидродинамики, гидродинамики, теории вероятностей и математической статистики. Теоретической основой являлись работы Галахова М.А., Дроздова Ю.Н., Камерона А., Лойцянско-го Л.Г., Рамбаргера, Хэмрока и Даусона, Широбокова В.В., Шлихтинга Г. и др.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые разработаны:
плоская квазидинамическая модель легко нагруженного высокоскоростного цилиндрического РП ротора ГТД, позволяющая рассчитывать частоты вращения роликов и сепаратора в зависимости от условий нагружения и режима работы с учетом влияния нагрева смазки в контактах роликов с дорожками качения колец от скольжения и термоэффекта входной зоны, влияния сепаратора на трение в РП, неравномерности движения роликов и их трения по направляющим бортикам колец;
методика расчета РП на проскальзывание;
методика расчета РП на заедание;
методика определения диапазона допустимых радиальных зазоров в РП.
Автор защищает:
математическую модель высокоскоростного легко нагруженного цилиндрического РП;
методику расчета РП на проскальзывание;
методику расчета РП на заедание;
результаты исследования проскальзывания и заедания в РП, используемых в качестве опор роторов ГТД.
Практическая ценность работы заключается в повышении эффективности проектирования и доводки подшипниковых узлов ГТД за счет уменьшения времени и затрат на проведение этих работ, а также в повышении работоспособности подшипниковых узлов и, следовательно, повышении надежности и долговечности самих ГТД.
Достоверность полученных результатов подтверждается удовлетворительной согласованностью с результатами проведенных экспериментов как на специальном стенде, так и в составе ГТД.
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при доводке опор ротора свободной турбины ГТД НК-12СТ в Самарском конструкторском бюро машиностроения им. М.В.Фрунзе.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на IV Всесоюзной конференции "Контактная гидродинамика" (г.Куйбышев, 1986г.), Всесоюзной научно-технологической конференции "Со-
временные проблемы триботехнологии" (г.Николаев, 1988г.), Первой Всесоюзной школе-конференции "Математическое моделирование в машиностроении" (г.Куйбышев, 1990г.). V Всесоюзной конференции "Контактная гидродинамика" (г.Самара, 1991г.), VI Всероссийской конференции "Контактная гидродинамика" (г.Самара, 1996г.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 12 публикациях в центральной печати.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 163 страницы машинописного текста, 58 рисунков, 8 таблиц. Список литературы включает в себя 115 наименований.
