Методика расчёта сложнонагруженных подшипников скольжения, работающих на неньютоновских маслах

Леванов, Игорь Геннадьевич

Машиноведение, системы приводов и детали машин

автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Методика расчёта сложнонагруженных подшипников скольжения, работающих на неньютоновских маслах

кандидата технических наук: Леванов, Игорь Геннадьевич
город: Челябинск
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.02.02
цена: 450 рублей

Диссертация по машиностроению и машиноведению на тему «Методика расчёта сложнонагруженных подшипников скольжения, работающих на неньютоновских маслах»

Автореферат диссертации по теме "Методика расчёта сложнонагруженных подшипников скольжения, работающих на неньютоновских маслах"

На правах рукописи

Леванов Игорь Геннадьевич

МЕТОДИКА РАСЧЁТА СЛОЖНОНАГРУЖЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ, РАБОТАЮЩИХ НА НЕНЬЮТОНОВСКИХ МАСЛАХ

Специальность 05.02.02 - «Машиноведение, системы приводов и детали машин»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 СЕН 2011

Челябинск-2011

4853049

Работа выполнена в Вузовско-академической лаборатории «Триботехника» им. докт. техн. наук, профессора В.Н. Прокопьева при кафедре «Автомобильный транспорт и сервис автомобилей» Южно-Уральского государственного университета.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Прокопьев Валерий Никифорович, доктор технических наук, профессор Рождественский Юрий Владимирович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Некрасов Сергей Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент Языков Анатолий Евгеньевич.

Ведущее предприятие - ООО «ЧТЗ-УРАЛТРАК», г. Челябинск.

Защита диссертации состоится 28 сентября 2011 г., в 15.00 часов, на заседании специализированного диссертационного совета Д 212.298.09 в ЮжноУральском государственном университете: 454080, г. Челябинск, пр. им. В. И. Ленина, 76, ауд. 1001.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просьба направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ЮУрГУ, на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «¿5» О^п^с^Сг 2011 г.

Ученый секретарь специализированного диссертационного совета Д 212.298.09, Ъ/а^^Л—

доктор технических наук, профессор ' Е.А. Лазарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Решение проблемы повышения надежности таких машин массового применения, как двигатели внутреннего сгорания (ДВС), турбокомпрессоры неразрывно связано с совершенствованием конструкции основных гидродинамических трибосопряжений (ТС): динамически нагруженных шатунных и коренных подшипников скольжения (ПС) коленчатого вала, ротора турбокомпрессора.

Значительный вклад в разработку методик расчёта подшипников скольжения внесли многие отечественные и зарубежные исследователи: А.К. Дьячков, С.М. Захаров, В.Г. Караваев, М.В. Коровчинский, В.Н. Прокопьев, О.И. Рабецкая, Ю.В. Рождественский, JI.A. Савин, В.И. Суркин, И.А. Тодер, Д.И. Фёдоров, H.H. Типей, T.W. Bates, J.F. Booker, P.K. Goenka, В.A. Gecim, S.D. Gulwadi, D.R. Chen, R.S. Paranjpe, H.K. Hirani и др.

Тем не менее, известные методики не полностью отражают физические процессы, происходящие в системе «шип - смазочный слой - подшипник», поскольку основаны на том допущении классической гидродинамики, что смазочный слой обладает свойствами ньютоновской жидкости, вязкость которой зависит только от температуры и давления.

Сегодня широкое распространение при эксплуатации ДВС получили все-сезонные моторные масла, загущенные вязкостными присадками. Главной целью введения таких присадок является получение улучшенной (пологой) вязкостно-температурной характеристики, повышение индекса вязкости всесезонных масел. То есть при низких температурах вязкость должна быть не слишком высокой, чтобы обеспечить прокачиваемость по системе смазки, доступ к узлам трения и минимальное сопротивление при проворачивании, а при высоких -достаточной, чтобы обеспечить смазочный слой в ТС способный нести нагрузку.

Реологическое поведение таких масел имеет особенности, называемые в литературе неньютоновскими свойствами. К наиболее известным неньютоновским свойствам загущенных масел относятся: зависимость их вязкости от скорости сдвига (псевдопластичность, временное снижение или аномалия вязкости), вязкоупругие эффекты (релаксация касательных напряжений, появление нормальных напряжений при сдвиге).

Благодаря зависимости вязкости от скорости сдвига, такие масла также называют «энергосберегающими», поскольку они позволяют снизить потери мощности на трение в двигателе, а, следовательно, и расход топлива.

А.Ю. Вовк, В.Н. Прокопьев, JI.A. Савин, В.А. Gecim, H.G. Elrod, A.V. Har-noy, H.K. Hirani, R.S. Paranjpe, и другие авторы предпринимали попытки учесть неньютоновское поведение смазочного слоя в методиках расчёта подшипников скольжения. Теоретические и экспериментальные исследования указывают на то, что неньютоновские свойства смазочных масел оказывают влияние на характеристики ПС, в частности псевдопластичность приводит к снижению минимальной толщины смазочного слоя, потерь мощности на трение; вязкоупругие эффекты способствуют увеличению толщины смазочного слоя.

Сегодня, очевидно, что особенности реологического поведения смазочных масел (СМ) необходимо учитывать на этапе проектирования ТС. В частности, эффективное применение всесезонных моторных масел в ДВС возможно только в том случае, если это допускает конструкция двигателя и его ТС (подшипники скольжения коленчатого вала).

Однако, использование теоретических положений и методик, учитывающих неньютоновские свойства СМ, в инженерной практике проектирования сложнонагруженных гидродинамических ПС ограничено. Прежде всего, это связано с недостаточным объёмом информации о реологическом поведении современных моторных масел при высоких температурах (до 150 °С) и скоростях

сдвига (до 106 с"1) в смазочном слое ПС; остаётся открытым вопрос о совместном влиянии неньютоновских свойств масел на характеристики сложнонагруженных гидродинамических ПС.

Таким образом, актуальность темы обусловлена, с одной стороны, ростом объёмов производства масел, обладающих неньютоновскими свойствами; с другой стороны, потребностью обоснованного выбора класса вязкости смазочного масла при проектировании сложнонагруженных трибосопряжений поршневых и роторных машин.

В работе рассматривается влияние на работу сложнонагруженных подшипников скольжения основных наиболее значимых неньютоновских свойств моторных масел (далее неньютоновские свойства): зависимость вязкости от скорости сдвига, релаксация касательных напряжений.

Работа была выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 07-08-00554, 2007-2009 годы), а также Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)»; в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

Цель исследования заключается в разработке методического, алгоритмического и программного обеспечения для анализа динамики и гидромеханических характеристик сложнонагруженных ПС поршневых и роторных машин, смазываемых маслами с неньютоновскими свойствами, позволяющего при проектировании машин обоснованно подходить к выбору класса вязкости смазочного масла.

Задачи исследования сформулированы следующим образом:

1. Разработать математическую модель смазочного слоя сложнонагру-женного ПС, учитывающую не только зависимость вязкости смазочного масла от температуры и давления, но и наиболее значимые неньютоновские свойства: зависимость вязкости от скорости сдвига и эффект релаксации касательных напряжений.

2. Обосновать параметры реологического уравнения смазочного масла на основе результатов экспериментальных исследований реологического поведения загущенных всесезонных моторных масел.

3. Разработать алгоритмическое и программное обеспечение для анализа динамики и гидромеханических характеристик сложнонагруженных подшипников скольжения, учитывающее неньютоновские свойства смазочного масла, пригодное для инженерной практики и оценить адекватность математической модели.

4. Оценить влияние неньютоновских свойств загущенных моторных масел различных классов вязкости на динамику и гидромеханические характеристики шатунных и коренных подшипников коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

Объекты исследования. Процессы, происходящие в смазочном слое неньютоновской жидкости, разделяющей поверхности сложнонагруженных гидродинамических подшипников скольжения.

Предмет исследования. Взаимосвязь реологических свойств смазочного материала и гидромеханических характеристик сложнонагруженных гидродинамических подшипников скольжения.

Методы исследования. Методы гидродинамической теории смазки, численные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных, экспериментальные методы исследования реологических свойств смазочных материалов.

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель смазочного слоя сложнонагружен-ного ПС, учитывающая не только зависимость вязкости смазочного масла от температуры и давления, но и неньютоновские свойства: зависимость вязкости от скорости сдвига, эффект релаксации касательных напряжений.

2. Обосновано применение степенного закона для описания реологического поведения загущенных моторных масел. Установлены зависимости параметров закона от температуры, позволяющие с большей достоверностью моделировать реологическое поведение масел в подшипнике скольжения.

3. Разработан алгоритм расчёта динамики сложнонагруженных гидродинамических подшипников скольжения, с учётом неньютоновских свойств смазочных масел.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректной постановкой задач, обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, применением хорошо известных численных методов; подтверждается качественным и количественным совпадением полученных результатов решения тестовых задач с известными теоретическими и экспериментальными результатами отечественных и зарубежных авторов.

Практическая значимость.

ным знакам (РОСПАТЕНТ) зарегистрированы разработанные при участии автора комплексы программ «Неньютон-Н», «Микрополярность», «Подшипники скольжения многоопорных валов», «Гибкий ротор-П», «Микрореология», предназначенные для анализа гидромеханических характеристик сложнонагружен-ных подшипников скольжения, работающих на неньютоновских маслах.

2. Выполнена оценка влияния наиболее известных неньютоновских свойств моторных масел на гидромеханические характеристики шатунного и коренных подшипников скольжения коленчатого вала двигателя ЧН13/15, что позволило сформулировать рекомендации по подбору класса вязкости моторного масла для этого двигателя.

Реализация. Разработанные методическое и программное обеспечение внедрены и используются при проектировании подшипников скольжения двигателей внутреннего сгорания в ГСКБ «Трансдизель» г. Челябинск, а также в учебном курсе «Триботехника» при подготовке инженеров на автотракторном факультете ЮУрГУ.

Апробация. Содержание основных результатов работы докладывалось и обсуждалось на ежегодных научно-технических конференциях, проводимых в ЮУрГУ (Челябинск, 2007-2011 гг.); на Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития Евроазиатских транспортных систем» (ЮУрГУ, Челябинск, 2009 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Разработки Российской Федерации по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники» (ЮУрГУ, Челябинск, 2009 г.); на Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (СГАУ, Самара, 2009 г.); на IV Всемирном трибо-логическом конгрессе World Tribology Congress (Japan, Kyoto, 2009 г.); на Международном Конгрессе двигателестроителей (Украина, Рыбачье, 2010 г); на Юбилейной научно-технической конференции, посвященной 180-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана «Двигатель - 2010» (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана); на Международной научно-технической конференции «Трибология-машиностроению» (Москва, ИМАШ, 2010 г.); на международных научно-технических конференциях, проводимых в Челябинской агроинженерной академии «Достижения науки - агропромышленному производству» (ЧГАА, Челябинск, 2010-2011 гг.); на научно-технических конференциях аспирантов и докторантов ЮУрГУ (Челябинск, 2009-2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, включая 6 статей в научных сборниках рекомендованных ВАК РФ, 5 тезисов докладов, 5 свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и 7 приложений, изложена на 138 страницах машинописного текста, включая 54 иллюстрации, 16 таблиц, 39 формул и библиографический список, содержащий 135 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы, приведены сведения об апробации, реализации и структуре диссертации.

В первой главе рассмотрены наиболее известные неньютоновские свойства современных загущенных моторных масел (зависимость вязкости от второго инварианта скорости сдвига, эффект релаксации касательных напряжений, структурная неоднородность), реологические модели, описывающие эти свойства, а также существующие методики расчёта подшипников скольжения, учитывающие неньютоновское поведение смазочного материала. Выполнен обзор работ, посвященных экспериментальным исследованиям влияния реологических свойств моторных масел на работу подшипников скольжения коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания, а также программного обеспечения для расчёта гидродинамических подшипников скольжения.

Реологические модели условно делятся на три группы: структурновязкие, вязкоупругие, структурно-неоднородные. Под структурновязкими понимают модели, описывающие зависимость вязкости смазки от скорости сдвига. К вяз-коупругим относят модели, включающие время релаксации смазки. Структурно-неоднородными называют реологические модели, описывающие поведение смазок с твёрдыми, жидкими или газообразными фазами.

Методики расчёта подшипников скольжения, основанные на структурно-вязких реологических моделях, были предложены Элродом, Элкоу, Синхой, Ге-зимом, Paranjpe, Hirani, Taylor, Williamson, Yurusou и др. При этом многие авторы использовали для описания зависимости вязкости смазки от скорости сдвига степенной закон Оствальда-Вейла, имеющий наиболее удобную математическую форму, а также уравнения Гезима и Кросса, которые более реалистично отражают поведение загущенного моторного масла, однако имеют параметры, экспериментальное определение которых представляет определённые технические трудности.

Результаты теоретических исследований вышеназванных авторов показали, что учёт снижения вязкости смазки при сдвиге приводит к снижению потерь мощности на трение и температуры подшипника скольжения, что является, безусловно, положительным эффектом, однако происходит также снижение толщины смазочного слоя, что является негативным следствием применения загущенных масел.

В отдельную группу выделены работы, посвящённые исследованию влияния эффекта релаксации касательных напряжений на характеристики подшипников скольжения. Наиболее известной реологической моделью, учитывающей этот эффект является модель вязкоупругой жидкости Максвелла. Результаты расчётов Харноу, Paranjpe, Zhang и др. показали, что релаксация касательных напряжений в смазочном слое приводит к увеличению минимальной толщины смазочного слоя динамически нагруженных подшипников скольжения, неоднозначно влияет на гидродинамические давления. Общепризнанной стала точка

зрения о том, что вязкоупругие свойства масел положительно влияют на работу динамически нагруженных подшипников скольжения.

Значительный вклад в изучение влияния реологии масел на работу двигателей внутреннего сгорания и, в частности, подшипников скольжения коленчатого вала, внесли американские и европейские инженеры-исследователи. Результаты были учтены в международной вязкостной классификации SAE J300 введением понятия высокоскоростной, высокотемпературной вязкости (HTHS), измеряемой при температуре 150 °С и скорости сдвига 106 с-1.

На основании выполненного обзора отечественных и зарубежных литературных источников поставлены цель и задачи работы.

Во второй главе представлены основные допущения и положения методики для моделирования процессов смазки в сложнонагруженном гидродинамическом подшипнике скольжения с учётом неньютоновских свойств смазочного материала.

При разработке методики были приняты следующие допущения: трение в ПС обусловлено внутренним трением смазочного масла, которое «прилипает» к поверхностям шипа и подшипника и полностью заполняет пространство между ними; течение смазочного масла ламинарное, силы инерции не учитываются; поверхности шипа и подшипника считаются идеально круглыми, гладкими и жёсткими; перекосы осей шипа и подшипника не учитываются; теплоотдача от смазочного масла в шип и подшипник не учитывается.

Задача расчёта динамики сложнонагру-женного подшипника скольжения сводилась к построению траектории движения центра масс шипа (например, шатунной шейки) под действием внешней периодической нагрузки в системе координат XO\Y (рис. 1), закрепленной на втулке (вкладыше), и определению его гидромеханических характеристик (ГМХ), к которым относятся: мгновенные значения минимальной толщины смазочного слоя /гт,п (/) и максимального гидродинамического давления ртах (t) в момент времени t, а также их

экстремальные inf /zmin, sup pmax и средние , * *

"min> Ртах за Чикл нагружения ^величины, эффективная температура смазочного слоя Тэ, мгновенные и средние потери мощности на трение N(t), N*; расходы смазки Qß(t), Q*b■

Траектория движения центра шипа строилась по координатам, получаемым в результате решения уравнения равновесия:

Рис. 1. Схема шатунного подшипника

И0о)0

Здесь I/ =1//=(Х,У) - безразмерный вектор перемещений центра шипа; I/,и — производные по безразмерному времени I; Рц = (/^/у) — проекции на соответствующие оси внешней нагрузки; (£/,£/)- реакции смазочного слоя; И0 - радиальный зазор; <и0 = с1а1 ск - угловая скорость вращения шипа.

Эффект релаксации касательных напряжений в смазочном слое учитывался на основе подхода, описанного в работах Рагагуре. Этот подход заключается в замене внешней нагрузки, действующей на подшипник, на модифицированную

^ =^+Лш0 дР^/да, (2)

где Я - время релаксации смазочного масла.

Интегрирование уравнения движения (1) осуществлялось методом, основанным на формулах дифференцирования назад для уравнений второго порядка и описанным в работах В.Н. Прокопьева, Ю.В. Рождественского, К.В. Гаврилова и др.

Поле гидродинамических давлений, необходимое для вычисления реакции смазочного слоя Яц, определялось интегрированием уравнения Рейнольд-са:

д_ дер

2 А,

дер

+ -

д_ 5(р

«21 рк

.-Г

. Фо

Н3

дг

К;

-ар

д2

(3)

Здесь, р = {р~ра)у2/иоЩ> ¥=КД, г=г/г, -а<г<а, т = -безразмерные: плотность СМ, гидродинамические давления, относительный зазор, координата по ширине подшипника, время; а = В/0 - относительная ширина подшипника; - характерная вязкость СМ; ра - атмосферное давление; В,И = 2г, г- соответственно, ширина, диаметр, радиус подшипника; Ф2\ = (со2 - (')\ )/а>о ~~ безразмерная угловая скорость вращения шипа; безразмерная толщина смазочного слоя /г и её производная дк/дт, которые определяются формулами

И =1-£соз(р-£), дк/дт = -%со&{(р-8)-%5соб((Р-3), (4)

где % ~ относительный эксцентриситет; 5- угол относительного положения линии центров.

ОМ

где к = 0;1;2; /7 - вязкость СМ, являющаяся функцией скорости сдвига, температуры и давления; у— безразмерная координата поперёк смазочного слоя.

Уравнение (3) интегрировалось многосеточным методом, описанным в работах Е.А. Задорожной, Ю.В. Рождественского и др., при граничных условиях Свифта-Штибера с учётом наличия на поверхности шипа источников смазывания (отверстий, канавок):

р(<р, г = ±а) = 0;р(<р, I) = р((р + 2л, р(<р, I) > 0; р{(р, г) = р$ на

(р,г)е01,5 = 1Д...5*. (6)

Здесь - область источника смазки, в которой давление постоянно и

равно давлению подачи р5, Б - количество источников смазывания.

Зависимость вязкости СМ от скорости сдвига аппроксимировалась степенным законом Оствальда-Вейла; от температуры - трёхконстантной формулой Фогеля; от давления - формулой Баруса.

Таким образом, математическая модель вязкости СМ представлялась в

виде:

/2(л-,)/2 ■ С, • е(с2/(гэ+с3))+^(гэ).р _ (7)

Здесь /7 - безразмерный параметр консистенции (вязкость СМ при низ-

( ЗУ

кой скорости сдвига до 102 с-1); /2 = ——

V дУ

\2 +

/ 1 Ф )

- второй инвариант ско-

ростей сдвига; п — параметр, характеризующий степень неньютоновского поведения; Р(ТЭ) — пьезокоэффициент вязкости СМ, являющий функцией температуры; р - гидродинамическое давление; Тэ - эффективная температура смазочного слоя; С], С2, С3 - константы.

Градиенты скоростей сдвига определялись выражениями:

дУ^

—*

у-ЬЖ

Фо)д<р

:«+1

Эр й*

У-1

(8)

Для описания реологического поведения загущенных моторных масел предложено использовать следующую модель (рис. 2, где у = ^¡Т^). На участке 1 масло ведёт себя как ньютоновская жидкость с вязкостью (Тэ, р). Для участка 2 характерно снижение вязкости по степенному закону (?-). На участке 3 масло считается ньютоновской жидкостью с вязкостью (Тэ, р).

В такой постановке реологическая модель не противоречит представлениям о поведении загущенного моторного масла, не вызывает трудностей при программной реализации.

1 10z 10° у, с

Рис. 2. Зависимость вязкости от скорости сдвига

Для оценки теплового состояния подшипника скольжения использовался изотермический подход, основанный на уравнении теплового баланса:

4(0=4(0- (9)

отражающего равенство средних за цикл значений теплоты Адг, рассеянной в смазочном слое и теплоты Ад,

отведенной СМ, вытекающим в торцы подшипника скольжения.

Приращение температуры в смазочном слое на каждом временном шаге расчёта траектории центра шипа (за цикл нагружения) определялось по формуле:

ЛГЭ=—-—; (Ю)

<2вР-со

где N, ()в, р, с0 - потери мощности на трение в смазочном слое, расход СМ через подшипник, плотность и теплоёмкость СМ, соответственно.

Использование такого подхода при решении задач динамики и смазки сложнонагруженных подшипников скольжения обосновано в работах В.Н. Прокопьева, В.Г. Караваева и др.

Потери мощности на трение определялись интегрированием диссипатив-ной функции рассеивания Д по объему смазочного слоя

N=BD_m« ff77

8а

(П)

Здесь Qa=Qa-Q<;,Q;

Wfldtpdz. "л

активная область смазочного слоя, где р > 0.

д = К

1 + (dK)

1 'ày ) 1 ^У )

dy.

Расход СМ в оба торца подшиышка определялся выражением

Qb =

BD2y/a>Q 27-з

2а I

2Л

ф2

Фо

Щ- dep.

(12)

(13)

Совокупность выражений (1) — (13) представляет математическую модель смазочного слоя, учитывающую зависимость вязкости от скорости сдвига и эффект релаксации касательных напряжений в смазочном слое.

В качестве тестовой была выбрана задача расчёта гидромеханических характеристик третьего коренного подшипника коленчатого вала двигателя V6 производства компании General Motors. Paranjpe, Tseregounis и Viola рассчитали с помощью программного пакета FLARE гидромеханические характеристи-

ки указанного подшипника, работающего на загущенном масле класса (Ш-ЗО, а также экспериментально ёмкостным методом определили толщину смазочного слоя подшипника. Сравнение результатов тестовых расчётов автора с теоретическими и экспериментальными данными американских исследователей показало хорошее качественное и количественное соответствие (табл. 1, рис. 3).

Из рис. 3 видно, что расчётная зависимость 2) минимальной толщины смазочного слоя от угла поворота коленчатого вала, полученная автором, хорошо согласуется с зависимостью 1) Рагагуре и др.

Расчётная зависимость 5), полученная без учёта неньютоновских свойств масла, располагается выше 2), при этом значение М Итт завышено (см. табл. 1) на 21 % относительно зависимости 2).

Таблица 1

Сравнение результатов тестовых расчётов_

Источник Характеристика Примечание: '' Рагащре и др. с учётом зависимости вязкости от скорости сдвига; 2) с учётом зависимости вязкости от скорости сдвига; 3) с учётом вязкоупругих свойств масла при Я = 5-10"4 с ; 4) с учётом зависимости вязкости от скорости сдвига и вязкоупру-гих свойств масла; 5) без учёта неньютоновских свойств масла. значение времени релаксации СМ взято по данным работы Рагап]ре и др.

inf/zmin, мкм град. Т, °С

Эксперимент 1,16 296,0 104-106

Расчёт FLARE " 1,25 285,0 102,3

Расчёт автора2) 1,43 294,0 102,9

Расчёт автора3) 1,82 290,7 105,8

Расчёт автора4) 1,44 288,2 102,8

Расчёт автора5) 1,81 296,7 106,1

Учёт вязкоупру-гих свойства масла при Л =5•1О-4 с приводит к незначительному, около 0,5 % увеличению Лт;п по отношению к 5); совместный учёт зависимости вязкости от скорости сдвига и влияния вяз-коупругих свойств масла приводит к снижению М Ьт1п на 20,4 % относительно 5). Отличие по величине температуры смазочного слоя не превышает 3 % относительно 3).

I Ре ¡ультаты экс! ¡теримента

Я /

Г к

' 1

2) if

0 180 360 540 а, град.'

Рис. 3. Минимальная толщина смазочного слоя в коренном подшипнике в зависимости от угла поворота коленчатого вала двигателя V6 GM

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям реологического поведения всесезонных моторных масел, являющимся важной составляющей предлагаемой методики. В ней представлены оборудование, этапы эксперимента и результаты измерений зависимости вязкости масел от скорости сдвига при различных температурах. Показана взаимосвязь параметра степенного закона с температурой.

Для измерения вязкости масел был использован сертифицированный комплекс Rheotest 4. IN, представляющий из себя ротационный вискозиметр с компьютерным управлением. Методика эксперимента включала следующие основные этапы: проверку показаний вискозиметра, термостатирование пробы масла, измерение вязкости в диапазоне скоростей сдвига от 102 до 6,58-Ю3 с'1 (максимально возможное значение для Rheotest 4. IN), обработку результатов.

Проверка показаний вискозиметра была выполнена при помощи государственного стандартного образца вязкости (ГСО-40) в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя и подтвердила заявленную точность (отклонение измеренных значений от нормы составило менее 5 %). Наряду с этим проверка включала измерение вязкости ГСО-40, моторного масла М8Г2к и химического вещества триэтаноламина при различных значениях скорости сдвига. Результатом проверки стали поправочные коэффициенты, предназначенные для корректировки показаний вискозиметра.

Для эксперимента были выбраны шесть всесезонных моторных масел: Castrol SLX 0W-30, GM 5W-30, Shell Helix Ultra 5W-40, Mobil XHP Delvac 10W-40, Shell Rimula R2 15W-40, Liqui Moly Molygen 5W-50, принадлежащих разным классам вязкости по SAEJ300.

На рис. 4 в качестве примера представлены результаты измерений зависимости вязкости масел Mobil XHP Delvac 10W-40 и Liqui Moly Molygen 5W-50 от скорости сдвига и аппроксимации по степенному закону (где R2- достоверность аппроксимации).

В табл. 2, 3 и на рис. 5 также представлены результаты обработки экспериментальных данных для масел Mobil XHP Delvac 10W-40 и Liqui Moly Molygen 5W-50 (данные для других иссле-

Mobil Delvac XHP10W-40

у2

R2 = 0,86

104

c-'lO6

0,006 0,005 0,004 0,003 0,002

Па-с 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002

10z 10J 104 105 c" 10° Рис. 4. Зависимости вязкости масел от скорости сдвига при температуре 150 °С, полученные автором: 1 - экспериментальная; 2- расчётная

► Л LIQUI MOLY

Molvee 15W-50

r2 = 0,91

дованных масел здесь не представлены).

Результаты экспериментальных исследований позволили сделать следующие выводы:

1. Снижение вязкости всесезонных моторных масел при увеличении скорости сдвига от 102 с"1 до 6,58-103 с-1 в зависимости от температуры составляет 3,5-41,2 % (табл. 2).

Таблица 2

Снижение вязкости всесезонных моторных масел (в %)

Масло Г = 40 °C Г = 100 °C T = 120 °C Г = 150 °C

Mobil ХНР Delvac 10W-40 5,1 6,4 21,5 41,2

Liqui Moly Molygen 5W-50 6,1 4,1 21,3 33,7

Этот факт подтверждает необходимость учёта реологического поведения масел при проектировании трибосопряжений.

Таблица 3

Параметры степенного закона

Масло Параметры Темпе оатура, Т °С

40 80 100 120 150

Mobil ХНР Delvac 10W-40 и Ч мПа-с 81,84 18,39 11,97 9,07 7,79

И 0,977 0,994 0,981 0,964 0,919

Liqui Moly Molygen 5W-50 ft, мПа-с 112,77 23,75 15,24 11,29 8,95

п1) 0,969 0,996 0,988 0,968 0,931

Примечание:параметр консистенции (вязкость при низкой скорости сдвига до 102 с 2) параметр, характеризующий степень неньютоновского поведения.

2. Степенной закон с достаточной точностью описывает реологическое поведение современных всесезонных моторных масел в диапазоне скоростей

сдвига от 10 с до

106 с"

0,980 0,960 0,940 0,920 0,900

К 9

У £

1 V

40 60 80 100 120 т; С Рис. 5. Зависимость параметра п от температуры: 1 - Mobil ХНР Delvac 10W-40; 2 - Liqui Moly Molygen 5W-50

Расчётные значения вязкости при температуре 150 °С и скорости сдвига 106 с-1 хорошо согласуются со значениями, указанными в международном стандарте вязкости SAE J300.

3. Параметр степенного за-

кона, характеризующий степень неньютоновского поведения, является функцией температуры (рис. 5).

В четвёртой главе содержится описание программного комплекса «Неньютон-Н», разработанного для расчёта и ана-

лиза гидромеханических характеристик сложнонагруженных подшипников скольжения, работающих на неньютоновских маслах. На примере шатунного и коренного подшипников коленчатого вала дизельного двигателя 4ЧН13/15 (ООО «ЧТЗ-УРАЛТРАК) показана одна из возможных областей применения комплекса. Выполнена оценка влияния неньютоновских свойств масел на гидромеханические характеристики шатунного и коренного подшипников. Сформулированы практические рекомендации по выбору класса вязкости масла для двигателя 4ЧН13/15.

Разработанная методика if алгоритм реализованы в комплексе программ «Неньютон-Н», который написан в среде Compaq Visual Fortran Professional Edition 6.6.0; имеет модульную структуру; ориентирован, прежде всего, на расчёт шатунных и коренных подшипников коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания с учётом неньютоновских свойств смазочного масла; конструктивных особенностей (источников смазывания), скоростного и нагрузочного режимов работы поршневой или роторной машины. Однако, наряду с этим, может быть использован для расчёта других динамически нагруженных подшипников скольжения.

Главные различия разработанного алгоритма от традиционной схемы решения заключаются в следующем:

1. Внешняя нагрузка, действующая на подшипник, до начала расчёта заменяется на модифицированную с учётом времени релаксации СМ. Тем самым учитываются эффекты релаксации касательных напряжений в смазочном слое.

2. Процедура вычисления градиентов скоростей сдвига предшествует решению уравнения Рейнольдса. Это обусловлено тем, что вязкость СМ является функцией скоростей сдвига.

На первом этапе расчётных исследований была выполнена оценка влияния зависимости вязкости масла Mobil ХНР Delvac 10W-40 от давления и времени релаксации на ГМХ шатунного подшипника. Установлено, что учёт зависимости вязкости масла от давления приводит к заметному увеличению и inf hmm на 18,5 % и 20,0 %, соответственно. Остальные ГМХ меняются незначительно - значение N* увеличивается на 3,3 %, Q*B и sup /?тах увеличиваются на 1,8 % и 2,7 %, соответственно. Увеличение времени релаксации СМ приводит увеличению N* и но к снижению inf/jmin.

Затем была выполнена оценка совместного влияния неньютоновских свойств масел на ГМХ шатунного и второго коренного подшипников коленчатого вала двигателя 4ЧН 13/15.

На рис. 6, 7 и в табл. 4 в качестве примера представлены результаты расчёта ГМХ шатунного подшипника. Анализ результатов свидетельствует о заметном влиянии неньютоновского поведения моторных масел на гидромеханические характеристики шатунного подшипника двигателя 4ЧН13/15. В частности, в зависимости от марки и класса вязкости масла значения А^псни-

жаются на 8-12 %, N - на 15-25 %. Снижение значения inf hmin составляет 722 %. На 3-7 % уменьшается Q*B.

ГП1Г1

МКМ

1 -В

1 V \ \\

V 1 \\ V 1

\ 1 Л

У \ \ч

1) Л 4

2) Мо bilD elvac ХНР 10W-40 1 1

О 90 180 270 360 450 540 а, град. Рис. 6. Зависимость минимальной толщины смазочного слоя от угла поворота коленчатого вала:

1) -без учёта неньютоновских свойств;

2) - с учётом неньютоновских свойств.

13,31

15,55

Снижение потерь мощности на трение в шатунном подшипнике, работающем на загущенных маслах, относительно потерь, рассчитанных при работе подшипника на масле М8Г2к составляет от 1,5 до 15,5 % (рис. 7).

С позиции гидродинамического режима смазки такое снижение потерь мощности на трение можно назвать «энергосберегающим эффектом».

С учётом того, что для шатунного подшипника коленчатого вала двигателя 4ЧН13/15 допустимая минимальная толщина смазочного слоя составляет 1,9 мкм, то для надёжной работы необходимо использовать масла с вязкостью более 3 мПас (рис. 8).

Аналогичные расчёты были выполнены для второго коренного подшипника коленчатого вала двигателя 4ЧН13/15.

Результаты расчётных исследований позволили сформулировать практические рекомендации по выбору класса вязкости моторного масла для подшипников коленчатого вала двигателя 4ЧН13/15. В частности:

• Моторные масла классов вязкости БАЕ 5W-30, 5\У-40, 10\У-40, 15\У-40, 5Д¥-50 обеспечат надёжную работу подшипников коленчатого вала.

• Наиболее предпочтительными с позиции энергосбережения в двигателе 4ЧН13/15 являются масла классов 8АЕ 5\У-30, 5\¥-40, 10\\М0, поскольку обеспечивают достаточную минимальную толщину смазочного слоя при наибольшем снижении потерь мощности на трение в подшипниках коленчатого вала.

10,99

7,15

6,58

15 10

5 0

Рис. 7. Снижение потерь мощности на трение в шатунном подшипнике, работающем на загущенных маслах, относительно потерь, рассчитанных при работе подшипника на масле М8Г2к

1,59

• Моторные масла классов вязкости БАЕ 20, 0\\^-30 не обеспечивают допустимого значения минимальной толщины смазочного слоя, то есть не могут быть рекомендованы для смазки двигателя 4ЧН 13/15.

Таблица 4

Гидромеханические характеристики шатунного подшипника коленчатого __вала двигателя 4ЧН 13/15_

Масло Характеристика

inf/W MKM SUP Pmax' МПа N\ Вт h* ■ "min > MKM * P max' МПа Q*B, Ю'1 л/с T °C

М8Г2к (SAE 20) 1,724 " 303,6 565,2 4,897 64,70 0,2124 106,3

Castrol SLX 0W-30 2,046 " 1,886 2) 284,3 383,2 612,4 490,0 5,305 4,784 60,96 66,44 0,2049 0,1905 108,3 105,7

Mobil ХНР Delvac 10W-40 2,589 " 2,122 2) 282,9 363,0 675,5 524,8 5,597 5,088 59,07 62,99 0,2096 0,2017 109,7 105,9

Shell Rimula R2 15W-40 2,109 " 1,9192) 282,7 302,6 622,5 528,0 5,519 5,019 59,95 62,73 0,2038 0,1912 108,7 106,9

Liqui Moly Molygen 5W-50 2,660 " 2,080 2) 268,6 277,3 725,2 556,2 6,038 5,534 56,76 59,27 0,1872 0,1767 113,7 109,2

Примечание:

''без учёта неньютоновских свойств (вязкость - функция температуры и давления); 2' с учётом неньютоновских свойств (вязкость - функция температуры, давления, градиента скорости сдвига; время релаксации СМ X = 5-Ю^1 с).

мкм

R2 = 0,641

h. 1KM

/ ♦.

Таким образом, для наиболее достоверного моделирования работы сложнонагруженного подшипника скольжения с учётом неньютоновских свойств смазочного масла необходимо: экспериментально исследовать реологическое поведение предполагаемого масла (по возможности в условиях, близких к рабочим), подобрать аппроксимирующую зависимость и использовать при расчётах.

В заключении приводятся итоги выполненной работы. В приложении помещены нагрузки на подшипники, необходимые для решения тестовых примеров; некоторые результаты экспериментальных исследований реологического поведения моторных масел; свидетельства о регистрации разработанных комплексов программ; акты, подтверждающие использование и внедрение результатов работы.

inf h„ 3

2,5

1,5

1,0 2,0 3,0 4,0 И, мПа-с Рис. 8 . Зависимость расчётной минимальной толщины смазочного слоя шатунного подшипника от вязкости масла, измеренной при Т = 150 °С, у = 6,58-Ю3 с"1.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе гидродинамической теории смазки и предложенных подходов к описанию неньютоновских свойств смазочных масел разработана математическая модель смазочного слоя сложнонагруженного подшипника скольжения, учитывающая не только зависимость вязкости смазочного масла от температуры и давления, но и неньютоновские свойства: зависимость вязкости от скорости сдвига, эффект релаксации касательных напряжений.

2. Обоснованы значения параметров реологического уравнения, входящего в математическую модель вязкости. Экспериментальными исследованиями реологического поведения всесезонных моторных масел классов 0W-30, 5W-30, 5W-40, 10W-40, 15W-40, 5W-50 установлено, что снижение вязкости при изменении скорости сдвига в диапазоне от 102 до 6,58-Ю3 с"1 в зависимости от температуры составляет от 5 до 40 %. Показано, что степенной закон с достаточной точностью описывает реологическое поведение всесезонных масел.

3. Разработанный алгоритм расчёта динамики сложнонагруженных гидродинамических подшипников скольжения с учётом неньютоновских свойств смазочных жидкостей реализован в комплексе программ «Неньютон-П», зарегистрированном в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ). Алгоритм вошёл в состав других программных комплексов: «Микрополярность», «Подшипники скольжения многоопорных валов», «Микрореология», «Гибкий ротор-И».

4. С помощью комплекса программ «Неньютон-И» выполнена оценка влияния неньютоновских свойств масел на гидромеханические характеристики шатунного и коренного подшипников коленчатого вала двигателя 4ЧН13/15. В частности, показано, что учёт зависимости вязкости масел от скорости сдвига оказывает наибольшее влияние на гидромеханические характеристики шатунного подшипника и приводит к снижению толщины смазочного слоя на 7-22 %, потерь мощности на трение на 12-25 %, температуры смазочного слоя на 1-4 %, к повышению максимальных гидродинамических давлений на 2-35 %.

5. При малых значениях времени релаксации смазочного масла(Я =5-10 с) влияние эффекта релаксации касательных напряжений в смазочном слое на гидромеханические характеристики подшипников коленчатого вала указанного двигателя незаметно. Однако, увеличение Я (до 20-10""1 с) приводит к снижению толщины смазочного слоя шатунного подшипника на 29,5 %, а максимальные гидродинамические давления при этом повышаются на 58 %.

6. Даны рекомендации по выбору класса вязкости масла для двигателя 4ЧН13/15. Надёжную работу подшипников обеспечат масла с вязкостью более 3 мПа-с (при Т = 150 °С,у = 6,58Т03 с"1). Наиболее предпочтительными с позиции энергосбережения в данном двигателе являются масла классов SAE 5W-30, 5W-40, 10W-40, поскольку обеспечивают достаточную толщину смазочного слоя при наибольшем снижении потерь мощности на трение. Масла классов SAE 20,0W-30 не обеспечивают допустимого значения минимальной толщины смазочного слоя, следовательно, не могут быть рекомендованы для смазки двигателя 4ЧН 13/15.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОТЫ В изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Прокопьев, В.Н. Влияние неньютоновских свойств масел на нагружен-ность шатунных подшипников коленчатого вала / В.Н. Прокопьев, Е.А. Задо-рожная, И.Г. Леванов // Двигателестроение. - 2008. - № 3. - С. 40—42.

2. Влияние микрополярных свойств масел на динамику сложнонагружен-ных подшипников скольжения / Е.А. Задорожная, В.Г. Караваев, И.Г. Леванов, А.В. Чеснов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. -2009.-№3 (19),часть 1.-С. 329-337.

3. Совершенствование методики расчёта сложионагруженных подшипников скольжения, смазываемых неньютоновскими маслами / В.Н. Прокопьев, Е.А. Задорожная, В.Г. Караваев, И.Г. Леванов // Проблемы машиностроения и надёжности машин. - 2010. - № 1. - С. 63-67.

4. Леванов, И.Г. Обзор реологических моделей моторных масел, используемых при расчётах динамики подшипников скольжения коленчатого вала / И.Г. Леванов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». - 2010. - Выпуск 15,№ 10(186).-С. 54-62.

5. Леванов, И.Г. Экспериментальные исследования реологических свойств всесезонных моторных масел / И.Г. Леванов, Е.А. Задорожная // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». -2011.- Выпуск 17, № 11 (228). - С. 70-76.

6. Леванов, И.Г. Методика расчёта гидромеханических характеристик сложнонагруженных подшипников скольжения поршневых и роторных машин, смазываемых неныотоновскими маслами / И.Г. Леванов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». В печати.

В других источниках

7. Задорожная, Е.А. Применение энергосберегающих масел при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания / Е.А. Задорожная, И.Г. Леванов // Проблемы и перспективы развития Евроазиатских транспортных систем: материалы Международной научно-практической конференции, 12-13 мая 2009 г. -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009. - С.103-105.

8. Methodology of Calculation of Dynamics and Hydromechanical Characteristics Complex-Loaded Tribounits, Greased Structurally-Heterogeneous and Non-Newtonian Fluids / V. Prokopiev, J. Rogdestvensky, A. Boyarshinova, E. Zadorozhnaya, V. Karavaev, K. Gavrilov, N. Hozenjuk, I. Levanov // IV World Tri-bology Congress, September 6- 11,2009. - Kyoto, Japan - P. 58.

9. Методология расчёта сложнонагруженных трибосопряжений поршневых и роторных машин / Ю.В. Рождественский, Е.А. Задорожная, В.Г. Караваев, К.В. Гаврилов, А.К. Бояршинова, И.Г. Леванов, Н.А. Хозенюк // Сб. науч. тр. международной конференции Двигатель - 2010, посвященной 180-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. - С. 115-119.

10. Применение неньютоновских моделей смазочных жидкостей при расчёте сложнонагруженных узлов трения поршневых и роторных машин / Е.А.

Задорожная, Ю.В. Рождественский, И.В. Мухортов, И.Г. Леванов // Трибология-машиностроению: тезисы докладов науч.-техн. конференции, 7-9 декабря 2010 г. - Москва, ИМАШ 2010. - С. 65-66.

11. Задорожная, Е.А. Методика расчёта сложнонагруженных узлов трения, смазываемых неньютоновскими жидкостями / Е. А. Задорожная, И. В. Мухортов, И. Г. Леванов // XV Международный конгресс двигателестроителей, 14-19 сентября 2010 г. - Харьков, ХАИ, 2010.- С. 40-41.

12. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2007613507. Комплекс программ анализа динамики и гидромеханических характеристик подшипников скольжения, работающих на неньютоновских маслах «Неньютон-И» / В.Н. Прокопьев, А.К. Бояршинова, Е.А. Задорожная, И.Г. Леванов; заявитель и правообладатель: Южно-Уральский государственный университет. - заявка № 2007612488; заявл. 20.06.07; зарегистр. 17.08.07.

13. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009610348. Комплекс программ анализа динамики и гидромеханических характеристик подшипников скольжения, смазываемых микрополярными жидкостями «Микрополярность» / В.Н. Прокопьев, В.Г. Караваев, Е.А. Задорожная, И.Г. Леванов, C.B. Чернейко; заявитель и правообладатель: Южно-Уральский государственный университет. - заявка № 2008615348; заявл. 17.11.08; зарегистр. 14.01.09.

14. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2009610350. Комплекс программ анализа динамики и гидромеханических характеристик неавтономных подшипников скольжения коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания «Подшипники скольжения многоопорных валов» / В.Н. Прокопьев, Ю.В. Рождественский, К.В. Гаврилов, H.A. Хозенюк, И.Г. Леванов, A.A. Мыльников, Д.С. Бобин; заявитель и правообладатель: Южно-Уральский государственный университет. - заявка № 2008615350; заявл. 17.11.08 ; зарегистр. 14.01.09.

15. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010612188. Программа исследования характеристик статически нагруженных подшипников скольжения «Микрореология» / И.В. Мухортов, Е.А. Задорожная, И.Г. Леванов, В.А. Кузнецов, A.B. Чеснов; заявитель и правообладатель: Южно-Уральский государственный университет. - заявка № 2010610346; заявл. 25.01.10 ; зарегистр. 24.03.10.

16. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010612189. Комплекс программ анализа динамики и гидромеханических характеристик подшипников скольжения гибкого ротора, смазываемых неньютоновскими жидкостями «Гибкий ротор-И» / Е.А. Задорожная, И.Г. Леванов, П.А. Тараненко, C.B. Чернейко; заявитель и правообладатель: ЮжноУральский государственный университет. - заявка №2010610347; заявл. 25.01.10 ; зарегистр. 24.03.10.

Леванов Игорь Геннадьевич

МЕТОДИКА РАСЧЁТА СЛОЖНОНАГРУЖЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ, РАБОТАЮЩИХ НА НЕНЫОТОНОВСКИХ МАСЛАХ

Специальность 05.02.02 — «Машиноведение, системы приводов и детали машин»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Издательский центр Южно-Уральского государственного университета

Подписано в печать 20.07.2011. Формат 60x84 1/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 252/459.

Отпечатано в типографии Издательского центра ЮУрГУ. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Леванов, Игорь Геннадьевич

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Реологические модели моторных масел.

1.2 Экспериментальные исследования.

1.3 Программное обеспечение для расчёта подшипников скольжения.

1.4 Постановка цели и задач исследования.

2 ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА СМАЗКИ НЕНЬЮТОНОВСКИМИ ЖИДКОСТЯМИ СЛОЖНОНАГРУЖЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

2.1 Уравнение движения центра шипа.

2.2 Описание реологических свойств смазочного масла.

2.3 Обобщенное уравнение Рейнольдса для радиального подшипника, смазываемого неньютоновской жидкостью.

2.4 Модель вязкости.

2.5 Тепловое состояние подшипника.

2.6 Интегральные гидромеханические характеристики.

2.7 Результаты решения тестовой задачи.

2.8 Выводы по второй главе.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ВСЕСЕЗОННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

3.1 Измерительное оборудование.

3.2 Методика эксперимента.

3.3 Выводы по третьей главе.

4 КОМПЛЕКС ПРОГРАММ АНАЛИЗА ДИНАМИКИ И ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОЖНОНАГРУЖЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ, РАБОТАЮЩИХ НА

НЕНЬЮТОНОВСКИХ МАСЛАХ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ 74 4.1 Общая характеристика комплекса программ «Неньютон-П».

4.2 Алгоритм расчёта гидромеханических характеристик подшипников скольжения.

4.3 Результаты расчёта гидромеханических характеристик подшипников коленчатого вала.

Введение 2011 год, диссертация по машиностроению и машиноведению, Леванов, Игорь Геннадьевич

Решение проблемы повышения надежности таких машин массового применения, как двигатели внутреннего сгорания (ДВС), турбокомпрессоры неразрывно связано с совершенствованием конструкции основных гидродинамических трибо-сопряжений (ТС): динамически нагруженных шатунных и коренных подшипников скольжения (ПС) коленчатого вала, ротора турбокомпрессора.

Разработка более совершенных методик расчета для повышения надёжности динамически нагруженных (сложнонагруженных) ПС остается актуальной задачей, особенно на современном этапе развития инженерной деятельности, для которого характерно широкое применение электронно-вычислительной техники и специального программного обеспечения, позволяющих повышать качество проектирования и надёжность подшипников скольжения, и, в конечном итоге, увеличивать ресурс машины в целом.

Значительный вклад в разработку методик расчёта подшипников скольжения внесли многие отечественные и зарубежные исследователи: А.К. Дьячков, С.М. Захаров, В.Г. Караваев, М.В. Коровчинский, В.Н. Прокопьев, О.И. Рабецкая, Ю.В. Рождественский, JI.A. Савин, В.И. Суркин, И.А. Тодер, Д.И. Фёдоров, H.H. Типей, T.W. Bates, J.F. Booker, P.K. Goenka, В .A. Gecim, S.D. Gulwadi, D.R. Chen'; R.S. Paranjpe, H.K. Hirani и др.

Тем не менее, известные методики не полностью отражают физические процессы, происходящие в системе «шип — смазочный слой — подшипник», поскольку основаны на том допущении классической гидродинамики, что смазочный слой обладает свойствами ньютоновской жидкости, вязкость которой зависит только от температуры и давления.

Сегодня широкое распространение при эксплуатации ДВС получили всесе-зонные моторные масла, загущенные вязкостными присадками. Главной целью введения таких присадок является получение улучшенной (пологой) вязкостно-температурной характеристики, повышение индекса вязкости всесезонных масел. То есть при низких температурах вязкость должна быть не слишком высокой, чтобы обеспечить прокачиваемость по системе смазки, доступ к узлам трения и минимальное сопротивление при проворачивании, а при высоких — достаточной, чтобы обеспечить смазочный слой в ТС способный нести нагрузку.

Реологическое поведение таких масел имеет особенности, называемые в литературе неньютоновскими свойствами. К наиболее известным неньютоновским свойствам загущенных масел относятся: зависимость их вязкости от скорости сдвига (псевдопластичность, временное снижение или аномалия вязкости), вязко-упругие эффекты (релаксация касательных напряжений, появление нормальных напряжений при сдвиге).

А.Ю. Вовк, В.Н. Прокопьев, Л.А. Савин, В.А. Оеснп, Е1гос1, А. V. Наг-поу, Н.К. Нижи, 11.8. Рагагуре, и другие авторы предпринимали попытки учесть неньютоновское поведение смазочного слоя в методиках расчёта подшипников скольжения. Теоретические и экспериментальные исследования указывают на то, что неньютоновские свойства смазочных масел оказывают влияние на характеристики ПС, в частности, псевдопластичность приводит к снижению минимальной толщины смазочного слоя, потерь мощности на трение; вязкоупругие эффекты способствуют увеличению толщины смазочного слоя.

Однако, использование теоретических положений и методик, учитывающих неньютоновские свойства СМ, в инженерной практике проектирования сложнона-груженных гидродинамических ПС ограничено. Прежде всего, это связано с недостаточным объёмом информации о реологическом поведении современных моторных масел при высоких температурах (до 150 °С) и скоростях сдвига (до

10б с-1) в смазочном слое ПС; остаётся открытым вопрос о совместном влиянии неньютоновских свойств масел на характеристики сложнонагруженных гидродинамических ПС.

В работе рассматривается влияние на работу сложнонагруженных подшипников скольжения основных наиболее значимых неньютоновских свойств смазочных жидкостей (далее неньютоновские свойства): зависимость вязкости от скорости сдвига, релаксация касательных напряжений.

Работа была выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 07-08-00554, 2007-2009 годы), а также Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)»; в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

Цель исследования заключается в разработке методического, алгоритмического и программного обеспечения для анализа динамики и гидромеханических характеристик сложнонагруженных ПС поршневых и роторных машин, смазываемых маслами с неныотоновскими свойствами, позволяющего при проектировании машин обоснованно подходить к выбору класса вязкости смазочного масла.

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель смазочного слоя сложнонагруженного ПС, учитывающая не только зависимость вязкости смазочного масла от температуры и давления, но и неньютоновские свойства: зависимость вязкости от скорости сдвига, эффект релаксации касательных напряжений.

Практическая значимость.

1. Создано программное обеспечение (ПО), позволяющее при проектировании сложнонагруженных гидродинамических подшипников скольжения оценивать влияние на их гидромеханические характеристики конструктивных, режимных и эксплуатационных факторов, обосновывать рекомендации по совершенствованию конструктивных параметров и подбору смазочного масла. В Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) зарегистрированы разработанные при участии автора комплексы программ «Нень-ютон-П», «Микрополярность», «Подшипники скольжения многоопорных валов», «Гибкий ротор-П», «Микрореология», предназначенные для анализа гидромеханических характеристик сложнонагруженных подшипников скольжения, работающих на неньютоновских маслах.

2. Выполнена оценка влияния наиболее известных неньютоновских свойств моторных масел на гидромеханические характеристики шатунного и коренных подшипников скольжения коленчатого вала двигателя 4ЧН13/15, что позволило сформулировать рекомендации по подбору класса вязкости моторного масла для этого двигателя.

Реализация. Разработанные методическое и программное обеспечение внедрены и используются при проектировании подшипников скольжения двигателей внутреннего сгорания в ГСКБД «Трансдизель» г. Челябинск, а также в учебном курсе «Триботехника» при подготовке инженеров на автотракторном факультете ЮУрГУ.

Апробация работы. Содержание основных результатов работы докладывалось и обсуждалось на ежегодных научно-технических конференциях, проводимых в ЮУрГУ (Челябинск, 2007-2011 гг.); на Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития Евроазиатских транспортных систем» (ЮУрГУ, Челябинск, 2009 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Разработки Российской Федерации по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники» (ЮУрГУ, Челябинск, 2009 г.); на Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (СГАУ, Самара, 2009 г.); на IV Всемирном трибологическом конгрессе World Tribology Congress (Japan, Kyoto, 2009 г.); на Международном Конгрессе двигателестроителей (Украина, Рыбачье, 2010 г); на Юбилейной научно-технической конференции, посвященной 180-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана «Двигатель - 2010» (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана); на Международной научно-технической конференции «Трибология-машиностроению» (Москва, ИМАШ, 2010 г.); на международных научно-технических конференциях, проводимых в Челябинской агроинженерной академии «Достижения науки - агропромышленному производству» (ЧГАА, Челябинск, 2010-2011 гг.); на научно-технических конференциях аспирантов и докторантов ЮУрГУ (Челябинск, 2009-2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, включая 6 статей в научных сборниках рекомендованных ВАК РФ, 6 тезисов докладов и получено 5 свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ.

На защиту выносятся следующие научные результаты.

1. Математическая модель смазочного слоя сложнонагруженного ПС, учитывающая не только зависимость вязкости смазочного масла от температуры и давления, но и неньютоновские свойства: зависимость вязкости от скорости сдвига, эффект релаксации касательных напряжений.

2. Результаты экспериментальных исследований реологических свойств загущенных всесезонных моторных масел классов 8АЕ 0ЧУ-30, 5ЛУ-30, 5ЛУ-40, 10^^ 40, 15^¥-40, 5W-50. Зависимости параметров степенного реологического закона от температуры.

3. Алгоритм расчёта динамики сложнонагруженных гидродинамических подшипников скольжения с учётом неньютоновских свойств смазочных жидкостей. Сравнение результатов решения тестовых задач с данными других исследователей.

4. Результаты исследований влияния неньютоновских свойств масел на динамику и характеристики шатунного и второго коренного подшипников коленчатого вала двигателя 4ЧН13/15.

5. Рекомендации по выбору класса вязкости масла для подшипников коленчатого вала двигателя 4ЧН13/15.

Заключение диссертация на тему "Методика расчёта сложнонагруженных подшипников скольжения, работающих на неньютоновских маслах"

4.5 Выводы по четвёртой главе

1. Для наиболее достоверного моделирования работы сложнонагруженного подшипника скольжения с учётом неньютоновских свойств смазочного масла необходимо: экспериментально исследовать реологическое поведение предполагаемого масла (по возможности в условиях, близких к рабочим), подобрать аппроксимирующую зависимость и использовать при расчётах.

2. Разработанный алгоритм расчёта динамики сложнонагруженных гидродинамических подшипников скольжения с учётом неньютоновских свойств смазочных жидкостей реализован в комплексе программ «Неньютон-П».

3. С помощью комплекса программ «Неньютон-П» выполнена оценка влияния неньютоновских свойств масел на гидромеханические характеристики шатунного и коренного подшипников коленчатого вала двигателя 4ЧН13/15. В частности, показано, что учёт зависимости вязкости масел от скорости сдвига оказывает наибольшее влияние на гидромеханические характеристики подшипников.

102

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

40, 15W-40, 5\\^-50 установлено, что снижение вязкости при изменении скорости

2 3 1 сдвига в диапазоне от 10 до 6,58-10 с в зависимости от температуры составляет от 5 до 40 %. Показано, что степенной закон с достаточной точностью описывает реологическое поведение всесезонных масел.

4. С помощью комплекса программ «Неньютон-П» выполнена оценка влияния неньютоновских свойств масел на гидромеханические характеристики шатунного и коренного подшипников коленчатого вала двигателя 4ЧН13/15. В частности, показано, что учёт зависимости вязкости масел от скорости сдвига оказывает наибольшее влияние на гидромеханические характеристики подшипников и приводит к снижению толщины смазочного слоя на 7-22 %, потерь мощности на трение на 12-25 %, температуры смазочного слоя на 1-4 %, к повышению максимальных гидродинамических давлений на 2-35%.

5. При малых значениях времени релаксации смазочного масла (Л = 5-10~4с) влияние эффекта релаксации касательных напряжений в смазочном слое на гидромеханические характеристики подшипников коленчатого вала указанного двигателя незаметно. Однако, увеличение Л (до 20-Ю-4 с) приводит к снижению толщины смазочного слоя шатунного подшипника на 29,5 %, а максимальные гидродинамические давления при этом повышаются на 58 %.

6. Даны рекомендации по выбору класса вязкости масла для двигателя

4ЧН13/15. Надёжную работу подшипников обеспечат масла с вязкостью более 3 о 3 1 мПа-с (при Т = 150°С,у = 6,58-10 с-). Наиболее предпочтительными с позиции энергосбережения в данном двигателе являются масла классов БАЕ 5W-30, 5\\МЮ, 10^^-40, поскольку обеспечивают достаточную толщину смазочного слоя при наибольшем снижении потерь мощности на трение. Масла классов 8АЕ 20, О'^ЗО не обеспечивают допустимого значения минимальной толщины смазочного слоя, следовательно, не могут быть рекомендованы для смазки двигателя 4ЧН 13/15.

Библиография Леванов, Игорь Геннадьевич, диссертация по теме Машиноведение, системы приводов и детали машин

1. Уилкинсон, У.Л. Неньютоновские жидкости / У.Л. Уилкинсон; пер. З.П. Шульмана. М.: Мир, 1964. - 182 с.

2. Беркович, И.И. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: Учебник для вузов / И.И Беркович, Д.Г. Громаковский; под ред. Д.Г. Громаковского. — Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2000. — 268 с.

3. Воскресенский, В. А. Расчёт и проектирование опор скольжения (жидкостная смазка): Справочник / В. А. Воскресенский, В.И. Дьяков. М.: Машиностроение, 1980.-224 с.

4. Луканин, В.Н. Двигатели внутреннего сгорания. В 3-х книгах. Кн. 2. Динамика и конструирование: Учебник для вузов / В.Н. Луканин, И.В. Алексеев, М.Г. Шатров и др.; под ред. В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова. 3-е изд. перераб.- М.: Высш. шк., 2007. - 400 с.

5. Колчин, А.И. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. 3-е изд. перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2002.-496 с.

6. Типей, Н.Н Подшипники скольжения. Расчёт, проектирование, смазка / Н. Типей, В.Н. Константинеску, А. Ника, О. Бицэ. Бухарест, 1964- 457 с.

7. Каплан, С.З. Вязкостные присадки и загущенные масла / С.З. Каплан, И.Ф. Радзевенчук. JL: Химия ,1982. — 136 с.

8. Savage, M.W. Radioactive Tracer Measurements of Engine Bearing Wear / M.W. Savage, L.V. Bowman / SAE Trans. 1957. - V. 65. - P. 635.

9. Okrent, E.H. The Effect of Lubricant Viscosity and Composition on Engine Friction and Bearing Wear. Part I / ASLE Trans. 1961. - V. 4. - P. 97-106.

10. Bates, T.W. A Correlation Between Engine Oil Rheology and Oil Film Thickness in Engine Journal Bearings / T.W. Bates, B. Williamson, J.A. Spearot, C.K. Murphy // SAE Paper 860376 Society of Automotive Engineers, Detroit. 1986.

11. Spearot, J.A. Measuring the Effect of Oil Viscosity on Oil Film Thickness in Engine Journal Bearings / J.A. Spearot, C.K. Murphy, R.C. Rosenberg // SAE Paper 831689 Society of Automotive Engineers, Detroit. — 1983.

12. Бакунин, В.Н. Высокоэффективные модификаторы трения на основе на-норазмерных материалов/ В.Н. Бакунин, Г.Н. Кузьмина, О.П. Паренго // Трение, износ, смазка. 2009. - Том 12. - № 40. - С. 10-15.

13. Кузьмин, В.Н. Смазочные материалы с добавками (проблемы и перспективы)/ Кузьмин В.Н., Погодаев Л.И // Трение, износ, смазка. — 2009. Том 11. — № 1.-С. 1-9.

14. Ходаков, Г.С. Реология суспензий. Теория фазового течения и её экспериментальное обоснование/ Г.С. Ходаков// Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2003. - т. XLVII. - № 2. - С.33-44.

15. Yousif, А.Е. Hydrodinamic Behavior of Two-Phase (Liquid-Solid) Lubrication / A.E. Yousif, S.M. Nacy // Wear. 1981. - V. 66. - P. 223-240.

16. День, И.К. Обобщенное стационарное уравнение Рейнольдса для неньютоновских жидкостей и его применение к подшипникам скольжения / И.К. День, Х.Г. Элрод // Проблемы трения и смазки. 1983. - № 3. - С.73-79.

17. Элкоу, А.Ф. Инерционные эффекты в сдавливаемых плёнках неньютоновской жидкости / А.Ф. Элкоу // Проблемы трения и смазки. 1978. - №1. — С. 64-67.

18. Синха, П. Анализ смазки цилиндра на плоскости неньютоновской жидкостью с учётом кавитации / П. Синха, К. Сингх // Проблемы трения и смазки. — 1982. -Т. 104.-№2.-С. 19-23.

19. Williamson, В.P. The viscoelastic properties of multigrade oils and their effect on journal-bearing characteristics / B.P. Williamson, K. Walters, T.W. Bates, R.C. Coy, A.L. Milton // J. Non-Newtonian Fluid Mech. 1997. - V.73. - P. 115-126.

20. Yurusoy. Numerical method in the analysis of sider bearing with Power-law fluid / Yurusoy, Bayrakceken // Appl. math, and сотр. 2005. -V. 162. - P. 491-501.

21. Zhang, C. Effects of Surface Roughness and Lubrication Non-Newtonian Property on the Performance of 1С Engine Journal Bearings / C. Zhang, Z.G. Qiu // Chinese Internal Combustion Engine Engineering. 1995. - V. 16. - № 1. - P. 69-76.

22. Zhang, С. Transient Non-Newtonian Thermohydrodynamic Mixed Lubrication of Dynamically Loaded Journal Bearings / C. Zhang, H.S. Chang. // Transactions of the ASME. 2000. - V. 122.-P. 156-161.

23. Rustogi, A. Accounting for lubricant shear thinning in the design of short journal bearings / A. Rustogi, R.K. Gupta // J. Rheol. 1991. - V. 35. - P. 589-603.

24. Олож. Оптимальный расчёт одномерных подшипников с учётом неньютоновских свойств смазочных материалов / Олож, Буржен // Проблемы трения и смазки. 1979. - № 5. - С96-104.

25. Раялингхам, Г. Стационарные характеристики гидродинамического радиального подшипника с псевдопластической смазкой / Г. Раялингхам, Б.С. Прабху, В.А. Рао // Проблемы трения и смазки. 1979. - № 4. - С.117-124.

26. Wada, S. Hydrodynamic Lubrication of Journal Bearings by Pseudoplastic Lubricants / S. Wada, H. Hayashi // Bull. J.S.M.E. 1971. - Y.14. - P. 268-286.

27. Coy, R.C. Practical application of lubricants model in engines / R.C. Coy // Tribology Transactions. 1997. - V. 73. - P. 563-571.

28. Li, X.K. On the influence of lubricant on dynamics of two-dimensional journal bearings / X.K. Li, D. Rh. Gwynllyw, A.R. Davies, T.N. Phillips // J. Non-Newtonian Fluid Mech.- 2000. V. 93. - P. 29-59.

29. Taylor, R.I. Lubrication, Tribology & Motorsport/ SAE Paper 2002-01-3355 Society of Automotive Engineers, Detroit. 2002.

30. Gecim, B.A. Non-Newtonian Effect of Multigrade Oils on Journal Bearing Perfomance / B.A. Gecim // Tribology Transaction. 1990. - V. 3. - P. 384-394.

31. Paranjpe, R.S. Analysis of Non-Newtonian Effects in Dynamically Loaded Finite Journal Bearings Including Mass Conserving Cavitation / R.S. Paranjpe // Trans ASME Jour of Trib. 1992. - V. 114. - P. 736-746.

32. Hirani, H. Lubricant shear thinning analysis of engine journal bearings / H. Hi-rani, K. Athre, S. Biswas // Tribology Transactions. 2001. - V. 44. - P. 125-131.

33. Прокопьев, B.H. Термогидродинамическая задача смазки сложнонагру-женных опор скольжения неньютоновскими жидкостями / В.Н. Прокопьев, В.Г. Караваев // Вестник ЮУрГУ. Серия Машиностроение. 2003. - №1 (17), вып. 3. -С. 56-66.

34. Бернд, JI.X. Нормальные напряжения в растворе полимера при высоких скоростях сдвига / JI.X. Бернд // Проблемы трения и смазки. — 1968. № 3. - С. 45 -55.

35. Харноу, А. Анализ релаксации напряжений в упруговязкой жидкой смазке радиальных подшипников / А. Харноу // Проблемы трения и смазки. 1977— №2.-С. 159-168.

36. Burton, R.A. Analytical Investigation of Viscoelastic Effects in the Lubrication of a Rolling Contact /R. A. Burton // ASLE Trans. 1960. - V. 3. - № 1. p. 54 65.

37. Tanner, R.I. Non-Newtonian Lubrication Theory and its Application to the Short Journal Bearing / R.I. Tanner // Australian J. Appl. Sci. 1963. - V. 14. - P. 129.

38. Najji, B. New Formulation for Lubrication With Non-Newtonian Fluids // B. Najji / Journal of Tribology. 1989. - V. 111. - P. 29-34.

39. Zhang, R. Perturbation Solution of Non-Newtonian Lubrication With the Con-vected Maxwell Model / R. Zhang, H. Xueming, S. Yang, X. Li // Transaction of the ASME. 2005. - V. 127. - P. 302-305.

40. Тихи, Д.А. Исследование влияния вязкоупругости жидкости в подшипниках со сдавливаемой пленкой / Д.А. Тихи, В.О. Уинер // Проблемы трения и смазки.-1978.-№ 1. — С.5 8—68.

41. Харноу А. Течение в сдавливаемой плёнке упругой жидкости при стационарном движении и динамических нагрузках / А. Харноу // Проблемы трения и смазки. 1988 .- № 3. - С. 125 - 130.

42. Прокопьев, В. Н. Динамика сложнонагруженного подшипника, смазываемого неньютоновской жидкостью / В. Н Прокопьев, А.К. Бояршинова, Е.А. Задорожная // Проблемы машиностроения и надёжности машин. 2005. — №6 . — С. 108-114.

43. Chen, D.R. Modified Reynolds Equation for Non-Newtonian Fluid With Rheological Model in Frequency Domain / D.R. Chen // ASME J. Tribol. 2005. - V. 127.-P. 893-898.

44. Мукхерджи, А. Влияние двухфазных смазок на динамику жёстких роторов/ А. Мукхерджи // Проблемы трения и смазки. 1983. - № 1. - С. 19-28.

45. Хонсари, М.М. Термогидродинамический анализ радиальных подшипников скольжения со смазкой, содержащей твёрдые частицы / М.М. Хонсари, В. Эс-фанханян / Современное машиностроение. Серия А. 1989. - № 3. - С.137-144.

46. Eringen, A.C. Theory of micropolar fluids / A.C. Eringen // J. Math Mech. -1966.-V. 16.-P. 1-18.

47. Пракаш, Д. Теория сдавливания пленок микрополярных жидкостей / Д. Пракаш, П. Синха // Проблемы трения и смазки. 1976. - № 1. - С. 147-153.

48. Аллен, С.Д. Теория смазки для микрополярных жидкостей / С.Д. Аллен, К.А. Клайн // Проблемы трения и смазки. -1970. № 4. - С. 67-71.

49. Прокопьев, В.Н. Динамика радиальных опор скольжения, смазываемых микрополярными жидкостями / В.Н. Прокопьев, Н.В. Анисимова // Техническая эксплуатация, надежность и совершенствование автомобилей: Науч. тр. ЧПИ. -1982.-№ 276.-С.48-65.

50. Прокопьев, В.Н. Прикладная теория и методы расчёта гидродинамических сложнонагруженных опор скольжения: дис. . д-ра.техн.наук / В.Н. Прокопьев. Челябинск, ЧПИ. - 1985. - 455 с.

51. Прокопьев, В.Н. Гидромеханические характеристики сложнонагруженных подшипников скольжения, смазываемых микрополярными жидкостями / В.Н. Прокопьев, Е.А. Задорожная, В.Г. Караваев // Двигателестроение. — 2009. № 1. С. 39-44.

52. Типей, H.H. Анализ смазки подшипников микрополярными жидкостями и его применение к коротким подшипникам / H.H. Типей // Проблемы трения и смазки. 1979. - Т. 101. - № 3. - С.123-131.

53. Wang, X.L. Numeric analysis of journal bearings lubricated with micropolar fluids including thermal and cavitating effects / X.L. Wang, K.Q. Zhu // J. Tribology International. 2006. - V.39. - P. 227-237.

54. Кхейдер, M. С. Анализ влияния твёрдых частиц, содержащихся в смазке, на характеристики гидростатического подшипника / М.С. Кхейдер, Р.И. Вачон // Проблемы трения и смазки. —1973. № 1. — С. 114-130.

55. Huang, W. Analysis of finite width journal bearings with micropolar fluids / W. Huang, C. Weng, C. Chen // Wear. 1988. - V.123. - P. 1-2.

56. Khonsari, M.M. On the performance of finite journal bearing lubricated with micropolar fluids / M.M. Khonsari, D.E. Brewe // STLE Tribology Transaction. 1989. -V. 32.-P. 155-160.

57. Das, S. On the steady-state performance of misaligned hydrodynamic journal bearing lubricated with micropolar fluids / S. Das, S.K. Guha, A.K. Chattopadhyay // Tribology International. 2002. - V.35. - P. 201-210.

58. Rahmatabadi, A.D. Micropolar lubricant effects on the performance of noncir-cular lobed bearings / A.D. Rahmatabadi, M. Nekoeimehr, R. Rashidi // Tribology International. 2010. - V. 43. - P. 404-413.

59. Dai, F. A Theory of Hydrodynamic Lubrication Involving the Mixture of Two Fluids / F. Dai, M.M. Khonsari // Transaction of the ASME. 1994. - V.61. - P. 634641.

60. Bair, S. The Pressure-Viscosity Coefficient for Newtonian EHL Film Thickness With General Piezoviscous Response / S. Bair, Y. Liu, Q. J. Wang // Journal of Tribology.-2006.-V. 128.-P. 624-631.

61. Тодер, И.А. Гидродинамические опоры прокатных валков / И.А. Тодер и др. М.: Металлургия. - 1968. - 399 с.

62. Harnoy, A. Bearing Design in Machinery: Engineering Tribology and Lubrication / A. Harnoy. New York: Marcel Dekker, 2003. - 440 p.

63. Тодер, И.А. Термоэластогидродинамический расчёт тяжелонагруженных подшипников скольжения / И.А. Тодер, Е.С. Кренделев, Г.И. Тарабаев // Трение и износ. 2006. - Т. 27.- № 3. - С.269-278.

64. Gulwadi, S.D. Journal Bearing Analysis in Engines Using Simulation Techi-ques / S.D. Gulwadi, G. Shrimpling // SAE 2003-01-0245.

65. Schilowitz, A.M. Oil Film Thickness in a Bearing of a Fired Engine Part IV: Measurements in a Vehicle on the Road / A.M. Schilowitz, J.L. Waters // SAE Paper 861561 Society of Automotive Engineers, Detroit. — 1986.

66. Girshick, F. Oil Film Thickness in a Bearing of a Fired Engine—Part III: The Effects of Lubricant Rheology / F. Girshick, R.C. Craig // SAE Paper 831691 Society of Automotive Engineers, Detroit. 1983.

67. Deysarkar, A.K. The Bearing Oil Film Thickness of Single and Multi-Grade Oils-Part I: Experimental Results in a 3.8 L Engine / A.K. Deysarkar // SAE Paper 880681 Society of Automotive Engineers, Detroit 1988.

68. Duda, J.L. Capillary Viscometry Study of Non-Newtonian Fluids: Influence of Viscous Heating / J.L. Duda, E.E. Klaus, S.C. Lin // Industrial Engineering Chemistry Research. 1988. - V. 27. - № 2. - P. 352-361.

69. Lodge, A.S. Multigrade Oil Elasticity and Viscosity Measurement at High-Shear Rates / A.S. Lodge // SAE Paper 872043 Society of Automotive Engineers, Detroit.- 1987.

70. Olson, D.H. Engine Wear Protection of SAE 5W-30 Oils / D.H. Olson, G.A. Pullen // SAE Paper 852075, Society of Automotive Engineers, Detroit. 1985.

71. Olson, D. H. Relationship of Engine Bearing Wear and Oil Rheology / D.H. Olson // SAE Paper 872128, Society of Automotive Engineers, Detroit. 1987.

72. ASTM D4683-09. Simulator Viscometer at 150 °Ci Standard Test Method for Measuring Viscosity of New and Used Engine Oils at High Shear Rate and High Temperature by Tapered Bearing. — 2009. — 11 p.

73. Bates, T.W. Oil Rheology and Journal Bearing Perfomance: A Rewiew / T.W. Bates // Lubrication Since. -1987. P. 157-176.

74. Alexander, D.L. Temporary Viscosity Loss in Shear Stability Testing / D.L. Alexander, S.W. Rein // SAE Paper 801390 Society of Automotive Enginers, Detroit. -1980.

75. Alexander, D.L. Change of High-Shear Rate Viscosity of Engine Oils During Use: A Review / D.L. Alexander // SAE Paper 801391 Society of Automotive Enginers, Detroit. 1980.

76. Hutton, J.F. Effect of Isotropic Pressure on the High Temperature High Shear Viscosity of Motor Oils / J.F. Hutton, B. Jones, T.W. Bates // SAE Paper 830030 Society of Automotive Engineers, International Congress&Exposition, Detroit. — 1983.

77. Суркин, В.И. Смазка тракторных дизелей: Монография / В.И. Суркин, Челябинск. 2009. - 226 с.

78. ГОСТ 17479.1-85. Масла моторные. Классификация и обозначение. -Введ. 01.01.1987.- 14 с.

79. ГОСТ Р 52559-2006. Масла моторные. Метод определения кажущейся вязкости при температуре от минус 5 град. С до минус 35 град. С с использованием имитатора холодной прокрутки. Введ. 01.01.2007. - Москва: Стандартинформ. -14 с.

80. ГОСТ Р 51634-2000. Масла моторные автотракторные. Общие технические требования. Введ. 24.07.2000. - Москва: Стандартинформ. - 10 с.

81. ГОСТ 25770-83. Масла моторные для быстроходных дизелей транспортных машин. Введ. 01.07.1984. - Москва: Стандартинформ. - 5 с.

82. Goenka, Р.К. A Rewiew of Engine Bearing Analysys Methods at General Motors/ P.K. Goenka, R.S. Paranjpe // SAE Technical paper series 920489. P. 67-75.

83. Goenka, P.K. FLARE: An Integrated Software Package for Friction and Lubrication Analysis of Automotive Engines — Part I: Overview and Applications / P.K. Goenka, R.S. Paranjpe, Y. Jeng // SAE Technical paper series 920487. P. 67-75.

84. Рождественский, Ю.В. Связные задачи динамики и смазки сложнонагру-женных опор скольжения: дисс.докт.техн.наук / Ю. В. Рождественский. Челябинск, 1999.-347 с.

85. Прокопьев, В.Н. Влияние неньютоновских свойств масел на нагружен-ность шатунных подшипников коленчатого вала / В.Н.Прокопьев, Е.А. Задорожная, И.Г. Леванов // Двигателестроение. 2008. - № 3. - С. 40-42.

86. Самарский, А. А. Введение в численные методы Текст.: Учеб. Пособие для вузов / А. А. Самарский. М.: Наука, 1982. - 271 с.

87. Вержбицкий, В. М. Численные методы (математический анализ и обыкновенные дифференциальные уравнения) Текст.: Учеб. пособие для вузов /

88. В.М. Вержбицкий. -М.: ООО «Издательский дом «Оникс 21 век» Высшая школа, 2005.-400 с.

89. Ильин, В.П. Численные методы решения задач электрофизики / В.П. Ильин. М.: Наука, 1985. - 334 с.

90. Арушанян, О.Б. Численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений на фортране / О.Б. Арушанян, С.Ф. Залеткин. — М.: Изд-во Московского университета, 1990. -336 с.

91. Сальвадори, М.Д. Численные методы в технике / М.Д. Сальвадори; пер. с англ. О.В. Локуциевского; под ред. К.А. Семендяева. М.: Вузовская кника, 2007. - 264 с.

92. Гаврилов, К.В. Применение алгоритма сохранения массы при расчете гидромеханических характеристик и оптимизации конструктивных параметров сложнонагруженных подшипников скольжения. — Дисс. канд. тех. наук. Челябинск, 2006.- 157 с.

93. Прокопьев, В.Н. Модификации алгоритма Элрода и их применение для расчета гидродинамических давлений в смазочных слоях сложнонагруженных опор скольжения / В.Н. Прокопьев // Вестник ЮУрГУ. 2001. - № 6 (06). - С.52-61.

94. Прокопьев, В.Н. Динамика и смазка трибосопряжений поршневых и роторных машин: монография / В.Н. Прокопьев, Ю.В. Рождественский, В.Г. Караваев и др. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010. -Ч. 1. - 136 с.

95. Ли. Динамика роторов на подшипниках с плавающей втулкой / Ли // Проблемы трения и смазки. 1982. — №4. — С. 34-42.

96. Берковский, Б.М. Разностные методы решения задач теплообмена / Б.М. Берковский, Е.Ф. Ноготов. — Минск: Наука и техника, 1976. 144 с.

97. Вабищевич, П.Н. Монотонные разностные схемы для задач конвекции-диффузии / П.Н. Вабищевич // Дифференциальные уравнения. 1994. - Т 30. -С. 503-513.

98. Задорожная, Е.А. Совершенствование и расширение области применения метода расчета динамики и гидромеханических характеристик опор скольжения с плавающими втулками: дис. канд. техн. наук / Е.А. Задорожная Челябинск, 2002.-171 с.

99. Леванов, И.Г. Обзор реологических моделей моторных масел, используемых при расчётах динамики подшипников скольжения коленчатого вала / И.Г. Леванов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2010. - Выпуск 15, № 10 (186).-С. 54-62.

100. Караваев, В.Г. Методы термогидродинамического расчёта сложнонагруженных опор жидкостного трения. — Дисс. канд. тех. наук. — Челябинск, 1983 — 200 с.

101. Прокопьев, В.Н. Термогидродинамическая задача смазки сложнонагру-женных опор скольжения неньютоновскими жидкостями / В.Н Прокопьев, В.Г. Караваев // Вестник ЮУрГУ. Серия Машиностроение. — 2003. №1 (17). - В. 3. -С. 56-66.

102. Эззат. Исследование термогидродинамических характеристик ползунов конечной ширины / Эззат, Роде // Проблемы трения и смазки. — 1973. — №3. — С. 37-46.

103. Эззат. Нестационарные термогидродинамические характеристики ползунов конечной ширины / Эззат, Роде // Проблемы трения и смазки. — 1974. — № 4. — С. 13-19.

104. Knight, G.D. Analysis of Axially Grooved Journal Bearings with Heat Transfer Effects / G.D. Knight, L.E. Barrett // Transactions of the ASME. 1986. - V. 30. - P. 316-323.

105. Макколион, Г. Анализ тепловых эффектов в полном радиальном подшипнике / Г. Макколион, Ф. Юсиф, Т. Ллойд // Проблемы трения и смазки. 1970. - № 4.-С. 42-51.

106. Моес. Тепловые эффекты в динамически нагруженных упругоподат-ливых радиальных подшипниках скольжения / Моес, Тен Хове, Ван дер Хелм // Современное машиностроение. Серия Б,- 1989. — № 11. — С. 87-92.

107. Синельников, А.Ф. Автомобильный масла. Краткий справочник / А.Ф. Синельников, В.И. Балабанов. М.: ООО «Книжное издательство «За рулём», 2005.- 176 с.

108. Леванов, И.Г. Экспериментальные исследования реологических свойств всесезонных моторных масел / И.Г. Леванов, Е.А. Задорожная // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2011. - Выпуск 17, № 11 (228). - С. 70-76.

109. Прокопьев, В.Н. Пакет прикладных программ «ОРБИТА». Версия 4.3 / В.Н. Прокопьев, Ю. В. Рождественский, В.Н. Анисимов и др. — Зарег. В реестре программ для ЭВМ вРосАПО от 16.12.94 за № 940513.

110. Cho, M.R. Oil Film Thickness in Engine Connecting-Rob Bearing With Consideration of Thermal Effects: Comparison Between Theory and Experiment/ M.R. Cho, D.C. Han, J.K. Choi // Journal of Tribology. October 1999. - V. 121. - P. 901-907.

Похожие работы

Машиностроение и машиноведение
05.02.00