Введение к работе
Актуальность исследования. Возрастание скоростей в машинах вращательного движения, а также увеличение нагрузок, действующих на их подшипниковые узлы трения, требуют от подшипников больших площадей. Так как размеры подшипников в узлах трения ограничены, то возникает необходимость исследовать конструкции подшипников, которые способны выдерживать максимальную нагрузку при их малых размерах.
Естественно возникает необходимость разработки методов расчета малогабаритных подшипников повышенной несущей способности с учётом особенности взаимодействия смазки с твёрдой адаптированной поверхностью подшипников скольжения, заключающейся в формировании слоя смазки с собственными свойствами.
Анализ существующих работ, посвященных данной проблеме, показывает, что влияние твёрдой поверхности на структуру граничных слоев смазки в основном рассматривалось в тех случаях, когда в качестве модели гидродинамической смазки в подшипниках скольжения использовались микрополярная смазка, смазка с расплавом, а также вязкоупругая смазка.
Существенным недостатком принятых здесь моделей гидродинамической смазки является то, что они не отражают специфику стратифицированного слоистого течения смазочных жидкостей в зазоре упорного и радиального подшипников скольжения, поскольку в этих моделях смазочная жидкость считается единой. Кроме того, опорные поверхности рассматриваемых подшипников имеют традиционный профиль (линейный - в случае упорного и круговой - в случае радиального) и не обеспечивают их повышенную несущую способность.
В работах Ахвердиева К.С., Воронцова П.А., Семенова А.П., где в качестве модели гидродинамической смазки используется двухслойная. смазочная жидкость, учитывается лишь расслоение смазки вблизи круговой неподвижной опорной поверхности подшипника. Предложенная в этих работах методика расчёта не учитывает наличие расслоения смазки вблизи подвижной поверхности подшипника, кроме того, опорная поверхность подшипника считается круговой и не обеспечивает подшипнику повышенную несущую способность, а также подшипник не обладает демпфирующими свойствами. Данная работа посвящена решению этой актуальной проблемы.
Цель и задачи исследования. Разработка научно-обоснованных конструктивных расчётных моделей малогабаритных подшипников скольжения с учётом особенностей взаимодействия смазки с твёрдыми адаптированными профилями их опорных поверхностей.
В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:
1. С использованием уравнений Навье-Стокса и уравнения Дарси разработать конструктивные расчетные модели малогабаритных упорных и радиальных подшипников скольжения при многослойной смазке, обладающих демпфирующими свойствами.
-
Разработать методики аналитического прогнозирования адаптированных профилей упорнБтХ'й'''радйалБНьгх подшипников, обеспечивающих, в отличие от традиционных профилей, их повышенную несущую способность.
-
Дать оценку влияния нелинейных факторов, а также анизотропии проницаемости пористого слоя на основные рабочие характеристики подшипника.
4. Дать экспериментальную оценку основным теоретическим результатам.
Предмет и объект исследования - подшипники жидкостного трения.
Методологическая база - формирование автомодельных решений.
Теоретическая база - уравнения Навье-Стокса и уравнение Дарси для
вязкой несжимаемой жидкости.
Эмпирическая база - гипотезы механики сплошных сред и предположения,
выдвинутые в постановочной части моделей; численный анализ. Основные положения, выносимые на защиту: - по специальности 05.02.04 - Трение и износ в машинах:
-
Методика гидродинамического расчёта упорного подшипника с адаптированньш профилем опорной поверхности, работающего на стратифицированной двухслойной и трёхслойной смазках, обладающего повышенной несущей способностью и демпфирующими свойствами.
-
Методика гидродинамического расчёта радиального подшипника бесконечной и конечной длины с адаптированным профилем опорной поверхности, работающего на стратифицированной двухслойной и трёхслойной смазках, обладающего повышенной несущей способностью и демпфирующими свойствами.
-
Результаты аналитического прогнозирования адаптированных профилей и областей изменения структурных и всех функциональных параметров упорных и радиальных подшипников, обеспечивающих их повышенную несущую способность и демпфирующие свойства.
-
Оценка влияния анизотропии проницаемости пористого слоя на основные рабочие характеристики подшипника на основе гидродинамического расчёта с использованием полных нелинейных уравнений Навье-Стокса и уравнения Дарси.
-но специальности 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин:
-
Разработка математической модели стратифицированного течения двухслойной и трёхслойной смазки в упорном и радиальном подшипниках, обладающих повышенной несущей способностью и демпфирующими свойствами.
-
Методика гидродинамического расчёта упорных и радиальных подшипников с адаптированными профилями их опорных поверхностей, работающих на двухслойной и трёхслойной смазках. Доказательство существования слоистых стратифицированных течений в зазоре этих подшипников.
-
Оценка влияния значений вязкостных отношений слоев и теплопроводящих слоев смазки, а также протяжённости этих слоев на интенсивность отвода тепла из нагруженной области подшипника с адаптированным профилем его опорной поверхности.
4. Разработка методики построения точных автомодельных решений, которые' значительно упрощают математический анализ- рассматриваемого класса плоских задач гидродинамической теории смазки.
Научная новизна результатов исследования:
- по специальности 05.02.04 - Трение и износ в машинах:
-
Разработаны конструктивные расчётные модели малогабаритных подшипников скольжения с учётом особенностей взаимодействия смазки с твёрдыми адаптированными профилями их опорных поверхностей, обладающих демпфирующими свойствами.
-
Разработана методика аналитического прогнозирования адаптированных профилей упорных и радиальных подшипников, обеспечивающих, в отличие от традиционных профилей, их повышенную несущую способность.
-
Дана оценка разработанных конструктивных расчётных моделей нагруженных малогабаритных подшипников скольжения при многослойной смазке на основе предельного перехода к результатам, соответствующим для случаев ненагруженных подшипников.
-
Разработана методика гидродинамического расчёта радиального подшипника, обладающего повышенной несущей способностью, обусловленной анизотропией проницаемости пористого слоя на поверхности вкладыша.
-
Предложен способ формирования автомодельных решений задач гвдродинамической теории смазки.
- по специальности 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и
детали машин:
-
Разработаны математические модели гидродинамической смазки упорных и радиальных подшипников скольжения с адаптированными профилями их опорных поверхностей, работающих на двухслойной и трёхслойной смазках.
-
Предложена новая теоретическая концепция расслоения смазки вблизи твердых опорных поверхностей подшипников скольжения. Разработана методика расчёта упорных и радиальных подпгипников скольжения с адаптированными профилями их опорных поверхностей, работающих на слоистых смазках и обладающих повышенной несущей способностью и демпфирующими свойствами. Найдены условия, обеспечивающие стратифицированное течение слоистой смазки з зазоре этих подшипников скольжения.
-
Разработаны методики построения точных автомодельных решений, которые могут служить эталонными решениями при исследовании рассматриваемого класса задач гидродішамическои теории смазки численными методами.
-
Разработана методика расчёта радиального подшипника с адаптированным профилем опорной поверхности, работающего на двухслойной смазке. Найдены условия, обеспечивающие повышенную несущую способность подшипника и его температурную устойчивость.
-
На основе полных нелинейных- уравнений Навье-Стокса и уравнения Дарси предложена методика расчёта радиального подшипника, обладающего повышенной несущей способностью, свойством подшипника «двойного» действия, обусловленного анизотропией проницаемости пористого слоя на поверхности вкладыша.
Достоверность полученных результатов. Достоверность научных положений и!""'%ыв6дов, сформулированных в диссертационной работе, обеспечивается использованием основных положений гидродинамической теории смазки, а также глубокими аналитическими исследованиями в строгой математической постановке решаемых задач. Проведенные экспериментальные исследования подтверждают теоретически установленные положения диссертационной работы.
Теоретическая значимость работы состоит в том, что полученные глубоко обоснованные результаты открывают новые возможности: надёжного расчёта малогабаритных подшипников скольжения с учётом особенностей взаимодействия смазки с их адаптированными опорными поверхностями; аналитического прогнозирования профилей адаптированных опорных поверхностей подшипников, обеспечивающих их повышенную несущую способность; оценки нелинейных факторов, а также анизотропии проницаемости пористого слоя на поверхности пиша на основные рабочие характеристики подшипника.
Практическая значимость работы заключается в том, что теоретические и экспериментальные исследования могут быть использованы в качестве научной основы для создания базы данных для конструкторско-проектных организаций при проектировании подшипников жидкостного трения различного технического назначения, обладающих повышенной несущей способностью и демпфирующими свойствами, работающих на слоистых смазочных материалах.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности непосредственно вытекает из целевой направленности диссертационной работы, заключающейся в разработке надёжных конструктивных расчётных моделей малогабаритных подшипников скольжения с демпфирующими свойствами, работающих на многослойных смазках; аналитическом прогнозировании профилей их адаптированных поверхностей, обеспечивающих повышенную несущую способность (05.02.С4 - пункты 4 и 12; 05.02.02- пункты 2 и 5).
Апробация и реализация результатов диссертации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на VIII Международной научно-практической конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатрснике (г.Новочеркасск, 2009г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство», посвященной 80-летию РГУПС (г.Ростов-на-Дону, 2009г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009» (г.Ростов-на-Дону, 2009г.), X Международной конференции «Трибология и надежность» (г.Санкт-Петербург, 2010г.), Международной научно-практической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (г.Брянск, 2010г.), Научно-технической конференции, посвященной 120-летию выдающегося триболога М.М. Хрущова «Трибология и машиностроение» (г.Москза, 2010г.).
Разработанный метод надёжного расчёта подшипников жидкостного трения различного технического назначения, работающих на слоистых смазках и обладающих повышенной несущей способностью и демпфирующими свойствами, был апробирован и "внедрён в техническую документацию СКБАЛМС, ЗАО
Специальное конструкторское бюро автоматических линий и металлорежущих станков г. Краснодар. ЗАО СКБАЛМС рекомендовал к внедрению разработанные конструкции подшипников при модернизации подшипниковых узлов редукторных систем различного технологического назначения. Результаты диссертации используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО РГУПС, а именно, при чтении специального курса «Повышение надёжности узлов трения».
Публикации. По теме диссертации опубликованы 17 научных работ, в том числе 8 публикаций в изданиях, утвержденных ВАК, и поданы 2 заявки на А.С.: №2011114448/11(021496) (приоритет от 13.04.2011г.) и №2011116879/11(025030) (приоритет от 27.04.2011г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка из 127 наименований и 4 приложений. Работа изложена на 156 страницах, содержит 60 рисунков и 8 таблиц.
