автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Метод расчета и исследование гидродинамического подшипника скольжения с вращающейся втулкой

Мб

^ б ■

На правах рукописи

ШИТИКОВ ИЛЬЯ АРТЕМЬЕВИЧ

МЕТОД РАСЧЕТА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ

С ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ВТУЛКОЙ

Специальность 03.02.02 — машиноведение и детали машин

А 3 Г О Р £ а г А 1 диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань—1996

Работа выполнена в Казанском ордена Трудово;о Красного Знамени государственной технологическом университете.

Научные руководители: Член-корреспондент АН Татарстана,

доктор технических наук, профессор Максимов В. А.,

кандидат технических наук, доцент Палладий А. В.

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки п

техники РФ,

доктор технических наук, профессор Шмепп В. Б.,

Заслуженный деятель науки и техники РТ,

кандидат технических наук, Репин В. А.

Ведущее предприятие: АО „КамАЗ"

Защита состоится . 2.8 « 1996 года в ^ часов

ыа заседании диссертационного совета К 063.37.05 в Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 63.

С диссертацией ыохгно ознакомиться в библиотеке КГТУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 68, диссертационный Совет К 063.37.05.

Автореферат разослан . ££ • о*г/??яг 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, К. 063.37.05, //

кандидат технических наук, доцент у ^ ^ Б. Хадиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Надежность, экономичность, а во многих с л у--, чаях габариты и масса проектируемых машин, в значительней степени определяются конструктивным исполнением подшипниковых узлов. Рост окружных скоростей, увеличение нестационарных нагрузок, работа в напря-тепком тепловом режиме ставят перед конструкторами и технологами актуальную задачу совершенствования существ;ущих конструкций опорных узлов и методов их расчета. Одним из эффективных способов снижения вибраций роторных машин и уменьшения потерь мощности в опорах является использование гидродинамических опорных подшипников скольжения с плавающей вращающейся втулкой (ППВВ). Они наили широкое применение в малоразмерных высокоскоростных турбокомпрессорах для наддува.двигателей автомобилей, а таюее используются в турбогенераторах и газовых турбинах, сепараторах и центрифугах, в опорных узлах редукторов и мультипликаторов, в качестве коренных и шатунных подшипников двигателей и т.д. 1ШВВ обладают рядом преимуществ перед другими типами подшипников скольке-шйг которые могут быть реализованы только при оптимальных конструктивных параметрах подшипника, полученных на основе многовариантных расчетов.

Известные методы расчета ППВВ не позволяют рассчитать весь комплекс выходных параметров, при произвольном характере силоеыл воздействий, заданных условиях подачи смазки и температурном ре-яимэ. Недостаточная разработанность методов расчета характеристик ППВВ приводит к тому, что на стадии проектирования роторных малин конструктивные параметры подшипниковых узлов выбирают без достаточного- обоснования, а процесс ия доводки растягивается и сопровождается длительными эксплуатационными испытаниями.

Настоящая работа посвящена разработке метода расчета.и исследованию характеристик гидродинамического подшипника скользхения с- плавающей вращающейся втулкой.

Дель работы. Разработать метод расчета ППВВ .позволяющий на этапе проектирования роторных малин получать.комплекс выходных параметров, характеризующих работоспособность и экономичность подшипника, моделировать нелинейные динамические и тепловые процессы в системе "вал-смазочные слои-вращадааяся втулка" и на этой оснсле .сокращать затраты времени и средств на создание, зспери-ментальные исследования и доводку конструкций опор с плавающими вращающимися втулками.

Задачи после докачий. Для достижения поставленной цели необходимо ро'цить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель, алгоритм и программу расчета на ЭВМ комплекса динамических характеристик ПЛВВ с учетом условий подачи смазки, а также тепловых эффектов в смазочных слоях и связанных с ниш явлений.

2. Разработан, и создать экспериментальный стонд, а также программу и методику проведения и обработки результатов экспериментальных исследований.

3. Выполнить расчетное параметрическое и экспериментальное исследования опор с вращающимися втулками в широком диапазоне изменения параметров, блшзких к эксплуатационным.

4. Провести сопоставление полученных теоретических к экспериментальных результатов, а также сраЕкснне с данными других авторов,

5. На основе решения практических задач разработать рекомендации по проектированию опор турбокомпрессоров с вращающимися втулками и выбору их оптимальных конструктивных параметров.

Научная новизна. Разработана математическая модель, описывающая процессы в смазочных слоях ППВВ с учетом нестационарного нагружения, условий подачи смазки, а также тепловых эффектов. Предложен метод реализации предполагаемой математической модели, его алгоритмическое и программное обеспечение.

В параметрическом исследовании изучено влияние основных геометрических и режимных параметров ППВВ, в широком диапазоне . их изменения, на реким работы подшипника и его характеристики.

Впервые получены экспериментальные- характеристики игорного узла с ППВВ опытного турбокомпрессора для наддува двигать автомобиля. Исследования проведены на основе полученных экспериментальных осциллограмм колебаний.

Практическая ценность. Использование ' предложенного метода расчета опор с ППВВ, алгоритмов и программ расчета позволяет выработать рекомендации по Еыбору оптимальных конструктивных параметров подшипника и способствует созданию роторнцх машин повышенной надежности и экономичности. Выполнение разработанным методом мкоговарцантных расчетов сокращает затраты времени и средств на создание, экспериментальные исследования л доводку конструкций спор с ьраоуадкмиез втулками различных машин.

Геалкаацкя работы г, промкиденности. Методическое, алгоритми-•■■"кое и программное обеспечение расчета характеристик гидродина-

"~го опорного лодвапника с враааюгейся втулкой в виде комп-

екта прркл-лП'Шх программ внедрено на ДО "ГлмАЭ" и испольпоп.члос!. ри про?' д-нии параметрических исследований характеристик огсорно-о уо/;а турбокомпрессора ТКР7С-5. Сортированы рекомендации по ив<грм. '11- !■ ЧПМЫМ ГТПР-В.

Гаг-работай нне программа и методика проведения &ксь*римнпгб, етоднка обработки результате.1; экспериментальных исследований Р.нолрони И ОПЫТНО"ПрОМЫШЛСННОе ПООИЗВОДС1ЕО и иепо-.ьауктоя ри слитном определении характеристик л отработке конструкций чорпих узлов турбоксмлрессороз различных типоразмеров и мод.чфи-

Основное положения и результаты диссертационной рпбогь; докладывались на IX и X международных научно;тех-¡мческих конференциях но комгтрессороетроетпо (Казань, 1993, , (а яаучло-техилчсчжом семинаре "Внутрикамцрнке процессы. Струйная «„'стпка и диагностика" ь КБВКИУ ГВ им. Ы. Н. Чист,! ко в.т. (!'л-1ань,1994). на мездународноп научно-технической конференции "Мо-:ачика машиностроении" (Наберемте Чолни,199Ь), на международной 'аучно-технической конкуренции "Вакуум-96" (Козааь,19Уб), отчет-1ых научно-технических конференциях КГТУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь печатных ■>аСот.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из ведения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложит. Работа изломала на 176 страницах машинописного текста, содержащего 2 таблицы, 70 рисунков. Слисок литературы включает *0й наименования. В приложении представлены акты внедрения разработок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ •

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирснанэ цель исследований, описаны структура и объем работы.

Первая глава диссертации носит обзорно-поетаног>о<ший харик-тер и состоит из четырех разделов. В первом разделе рассматривается принцип работы и особенности конструкция ЛЛВВ, области их применения, приводятся характернее размеры и ."»нотруктилше соотношения опор. ППВВ (рис. 1) содер.тат два см'-йочних слоя: внутренний 1 и наружный 2. 'Тактически ППБЕ состоит '/я дьух подшипников. которые условно ¡жи?акт ьнутренним и наружна. Рабочими поверхностями подсипнаков являются поверхности вала 3, ьтулки -1 и корпуса б. В ГиТББ через сверление 6 подается масло -по:: давлением р0.Сно посту' лает е распределительную канаьку 7 и далее Через отг-ерстия Ь ■ ь

с

кольцевую канавку 9 и во внутренний смазочный слой.

При вращении вала с угловой скоростью внутренний масляный .слой .увлекает за собой втулк" 4.Угловая скорость вращения втулки £ зависит от геометрических и режимных параметров внутреннего и наружного подшипников, а также от физических свойств масла Все геометрические размеры внутреннего подшипника обозначены с индексом 1, наружного- - с иичексом 2, канавки - с индексом "к".Внутренний подшипник разбит кольцевой канавкой 9 на два полуподшпни-ка шириной Б,, наружный - распределительной канавкой 7 на два по-луподшшника шириной Вг, работающих с перепадом давлений на торцах. Средние радиальные зазоры во внутреннем'и наружном подшипниках обозначены и радиусы вала и втулки соответственно и Распределительная канавка имеет ширину В« во внетренкем и в нарумюи подшипнике и глубину и ЬКг соответственно.

Бо втором разделе рассмотрены экспериментальные исследования ППВВ, проведенные различными авторами. Экспериментально установлено, что ПЛЕВ имеет низкие потери мощности ка трение и высокую демпфирующую способность, по сравнению с другими типами подшипников екольхения. При этом ШШВ могут удовлетворительно работать в

H'.-yeT'iVmi.oi':, с точки ¡зрения линейной теории, области и подавлять рог?энаН<:ш!" пибрацш: роторов.

В третьем разделе приведен литературный обзор известных мо-тодон. р.чсч>'т» ГЛВВ. Покччшю, что расчо-.'н и ксозэдоланкл гтптпчес-ких характеристик подшипника представлены в работах Ч.-рн.чвокого, Орката и Нг, Танпки и Хори, Уилкока ч других авторов. Динамический Xbp-'iKTfpnoTi'KH riTTB'j исследованы и работах Годе, /и, одна-

ко. в принятых математических моделях не учитывались услокня подачи смазки, а такм тепловые зф^кты в сказочных слоях н связанные l ним;; явлча/я. Гидродинамические р?акшш сказки определялись приблкхошшми методами под&икпостл и имподаьса, а протяженность см-чзочных слоев принималась заданной и равной О-К и О-'1ТС..С це • лом, рассмотрении:' методы расчета позволяют,в лучшем случи-, лпщъ качественно оцеш;ть раооту ПШ?В л из могу? язллтея основой шгхе-нернь'Х расчетов.

В четвертом раздел« даются выводы, n которых отмечаются актуальность разработки математических моделей и методов расчета 11ГШЗ, полнее и точнее отражтш конструктивные особенности опор и реальные условия их работы. Анализ отечественны^ г заруйемшх публга-йцнй показал рост с начала 80-х годов интереса к отой проблеме. Известные математические модели и методы расчета не позвеля-ют определить весь комплекс выходных параметров ШШ с учетом реальных условий их работы. Исходя к? приведенного пн:и ниаш'За сформулированы цели и задачи исследования.

LTopaq глава посвящена разработке математической модели гид-роппнамичеокого ППЬР.

Совместное рекение уравнений дзихенля вязкой жидкости. полученных на основе общепринятых допущений гидродинамической теории смазки из уравнений Навь«-Стоке а и ураз^енкя неразрывности. позволяет получить обобщенно4» уравнение Гейнольдса для давлений о,, которое для случая течения несхимаомон уидкос-ги во внутреннем смазочьом слое имеет вид:

д / ti dp, \ , А/ h< Щ - Ri,U 4-19 , < ч

Rjp.ljr,W2 -{l)

где lPt, Zt -координаты а окрулком v осевом направлении, .Д/ -коъ^-и-ииент динамической вязкости смазки, h, -толгяча смазочного слоя, Ut. U{ -скорости движения поверхности .чала к ьнутр'>.'1Н"^ поверхности stулки. t -время.

Принимая _ео внимание то, что применяемые а технике П2В i••."¡~ ет относительную сирину -Б, /R,, нэ прег^са/чуп 1, раау/ко ;;•'

пользовать основное уравнение короткого подпипник-и, которое в безразмерной форме имеет вид:

а, г>2\ • р., дг, I 1 ' б'р, ах

Аналогично получаем уравнение Рейнольдса для давлений р4 в наружном смазочном слое:

1 ±(МШ = и-ф + %>

.'А, дгг\Яг дгг) * д<рг ох

те 21 - ; д» д а 6,У)10Ц В,Я,;^ Ъ^Ъ/б,;

Фс^ЧЬ/Вц Л-их/^ ¿-/,2.'

Для решения уравнений (2) и (3) использовались следующие граничные условия: _ ^ ■

г,«2¿-О, рг-,ов| 7 (4)

> А~0 , /

где '12~Вг/В1> Р0-Давление подачм смазки.

При этом на функцию давления накладывалось дополнительное условие, исключающее.из ресекия область разрыва смазочного слоя:

Р£(ФгДг)'

ГйФ»»*). р1>рпб,

[рна , Рс^риВ, (5)

где р^ -давление разрыва смазки.

Такой способ задания граничных условий позволяет учесть влияние давления подачи на про^я^нность смазочных слоев и хараю^о: отики

ппвв.

Тепловое состояние ШШВ описывается уравнениями теплового баланса в несущем внутреннем и нарудаом смазочных слоях:

При определении средних температур в смазочных слоях ППВВ t^s и £ общем случае учитываются тепловые потоки от вала С)ь, корпуса ркер, через вр_аа»«Еуася втулку $ва. При отом соответствующие коэффициенты теплоотдачи считаются заданными и определенными рас-чемкм или экспериментальным путем. Расходы смазки е осьеом нал-

(8)

ранл"чии ППБВ 0¿i определяются интегрированием скоростей течения смазки. Мощности тепловыделений в рссулътате вязкого трения а смазочных слоях подиитика и Ы2 вычислялись инт'егририиачием дис-оипатииной функции.

Зависимость динамической вязкости смазки в слое от температуры аппроксимируется экспоненциальной формулой Рейнольдса:

Дг=ехр (-пи), (?)

где JjJUü£J, B,/pCÓ'/ .J3 -температурный кооффициент вязкости.

Вырахеьия для определения толщины смазочных слоев в ППВВ записаны в следующем виде:

= 111 +Azt)íf-£z Щ Bi(cpr ,<y)),

где 8г ¡Si* £{ . c¿ - относительные эксцентриситеты центров шипа во внутреннем и втулки е наружном подшипниках ГЛШВ, , ^¿•соответствующие углы положения, Л ^ , Azt -относительные изменения зазоров вследствие температурных деформаций деталей подшипника.

Замыкает математическую модель система уравнений, описывающая дзижние центров ьала и втулки, -¿опора?, в системе координат, связанной с центром расточки корпуса, имеет вид:

х,~ ^ [А, Ри+ем Щгщх+ц>ю)}-i- f,J ,

£ = ^[Afiy-s», Фми^-Fvr ¿73; J, I

£~ si lЦ'^ггМс^у^ - ¿faj, '

í-átM). J

тдэ x^xi/^cjfsh2; i/^yi/é'^Sh2; sMí^eMi/^ • ro^mjm,;

ftbA»{SJ -Й- «к'Ш

A,-jUpBftf/т,ÍJ,S,3; A^iioBrfA/mrfu,; 1ВГгг1т/™1

X¿ , y i -проекции ускорений центров ¡zuma и втулки, SmL (PnL -;"'Ко-центрнситетк центров масс валя и ьтулга и фазовые углы эксцентриситете?, P¿x , , rix » Fiy -проекции гидродинамических реакций

смазки и внешних нггрузск. ГП^.Щ -приведенная массг- шипа / масса втулки. Хат-момент инерции массы втулки, М1,И2 -моменты сил трения, приложенные к внутренней и наружной поверхностям вравашейся втулки, 3 -ускорение свободного падения.^

Гидродинамические реакции смазки и Р^у , входящие в систему уранкений (9), определяются интегрированием соответствующих поле? давления, а моменты сил трения М( и - интегрированием полей касательных напряжений, полученных на основе закона, Ньютона-Петрова.

Таким образом, приведенная система уравнений (2), (3), (6)-(9) с учетом граничных условий (41, (5) описывает модель ШВВ «■учетом условий подачи смазки, а также тепловых эффектов з сма-. зочкых слоях и связанных с ними явлений.

В третьей главе приводится описание и обоснование методов реализации математической модели. Расчет ПШЗВ заключается в определении интегральных характеристик на основе полученных траекторий движения центров шипа и втулки. Определение траекторий движения производится интегрированием по времени от начальных условий системы уравнений (9).Систему уравнений движения (9) заменой переменных приводим к системе девяти нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка, разрешенных относительно производной. В таком виде си.стемз дифференциальных уравнений решалась неявным методом трапеций, обеспечивающим устойчивость численного решения. Реализация программы применительно к решению системы уравнений (9), а также проведенный численный эксперимент, показали высокую эффективность данного метода.

На каждом шаге решения необходимо определить гидрод.Шс ямес-кке реакции смазки и, следовательно, вычислить распределиле дав. лений в смазочных слоях подшипника. Распределение давлений в ППВВ получим, интегрируя аналитически уравнения Рейнольдса (2) и (3) с принятыми граничными условиями (4), (5), с использованием выражений для определения толщины смазочных слоев в подшипнике (8). Вычисление двойных интегралов при расчете гидродинамических реакций производилось численно, используя модифицированный метод прямоугольников. Разработан эффективный алгоритм расчета реакций смазки, сочетающий использование аналитических выражений и численного решения, основанный на результатах исследований формы смазочного слоя в коротком подшипнике с подачей смазки под давлением, полученных Пэном и Ибрагимом.При определении моментов сил трения, прило.-'.ен.чж к врацзкздейся втулке и Еалу, принималось допущение, что трение происходит во всем зазоре внутреннего и наружного пед-

~10

ы-шп'.коь, a так.*», что и области разриьч смазочного слоя преобладает течение Куэтта.

На начальном этане расчета ГТЛВВ не известна значения срсдних температур в см^эчних слоях подшипника its и tu , соответствуют им козМицненгн динамической'вязкости смазки Mi и Мг> а "'акте относительные изменения зазоров вследствие температурных деформаций йц иЛлг-Лля расчета этих величин составляется и решается система нелинейных алгебраических уравнений, включающая уравнения теплового баланса, уравнения для определения относительных изменений зазоров и уравнение ьрнш.энкя втулки в виде: М, - М^ -О.

Таким образом, сасчет ППБВ и определение его характеристик производится следующим образом. Осуществляется ввод исходных данных и перевод параметров в безразмерный вид.Определив из решения задачи теплового расчета предварительные значения величин t«-, ttf'Ut >jU-z'Ait -&zt и cL, а также задавшись начальными условиями по времен:; и координатам, находится значение правой части системы (9) и из решения этой системы дифференциальных уравнений вы числяются следующие по времени значения переменных. Решение продолжается до выхода на установившийся режим работы, либо в пределах заданного промежутка времени. Условием окончания расчета является сходимость с заданной точностью значений средних температур, предварительно принятых и вновь вычисленных. Расчет ППВБ в целом производится с помощью комплекта разработанных программ, реализованных на ПЗЗМ. Решением задачи расчета ППБВ является комп лекс выходных параметров, включающий траектории движения и развертки колёбаний центров вала и вращающейся втулки, суммарный объемный расход смазки в ГШВВ (Jzz, суммарную мощность тепловыделений ь смазочных слоях подшипника t¡i и потери мощности на валу Мэ. среднею относительную частоту вращения втулки oLj , средние tis и максимальные time* ( на выходе) температуры смазочных слоев и температуру смазки на сливе Ьсл , .а тага» двойные амплитуды перемещения центров шипа и втулки 2Al , величины минимальных зазоров h¿a¿n и значения максимальных эксцентриситетов шипа и втулки ¿L тех на рас -четных траекториях. Эти параметры непосредственно или косвенно характеризуют виброустойчивость ротора, ресурс тркбосопряж-иий, работоспособность и экономичность ППБВ. При необходимости могут быть рассчитаны и выведены на печать поля давлений, а также раслред'.'лр нне форма смазочных слоев в подшипнике'в зависимости от координат и времени и проведен спектральный анализ движения центров подвижных элементов.

В четвертой главе приводятся описание методики численного

И

исследования, а 'Гакли результаты выполненных' многовариантных расчетов. В качес-гве объекта исследований БЫбран ПЛЕВ, геометрические и режимные параметры которого характерны для условий работы подшипника ь качестве опоры редуктора, турбогенератора, коренного подшипника двигателя и т.д.

Мэтодика численного исследования предусматривала изучение влияния отдельных режимных и геометрических.параметров на выходные характеристики стационарно к нестационарно нагруженных подшипников, исследование работы ППБВ в области неустойчивого равновесного положения центров кипа я втулки, сравнение полученных ре-аультатов с теоретическими и экспериментальными данными других ачторов и аналиа полученных результатов.

Iii выходные характеристики стационарно нагруженных 1ШВВ существенное влияние сказывают режимный параметр S" 3tU-o Я//Рт ф? • а также соотношения геомегрических параметров g , (р/с. 2). При рзсчете ППВВ, работающих в области высоких значений 5 необходим учет реальных условий теплообмена смазки с валом, вращающейся втулкой, корпусом. По сравнению с цилиндрическим подшипником скольжения ППВВ может обеспечить пониженные до 50% потери мощности и при одинаковых значениях £у имзет белее высокую несущую способность. Теоретические и экспериментальные данные исследований, проведенных Оркатом, Нг, Ли, Роде удовлетворительно согласуются с результатами расчетов по предлагаемой методике г сопоставимых условиях (рис. 2).

Характеристики нестационарно нагруженных ППВВ.в значительной степени определяются неуравновешенностью зала, задаваемой относительным эксцентриситетом масс £мь частотой вращения ротора f?j , соотношениями геометрических размеров J , ^ , £ и условиями теплообмена (сис.З).Б гюм релиме шип и втулка совершагл синхронную с. вращеьием вала прецессию по траектория« движения.

Изменение режимных и геометрических параметров ПГШВ определенным образом (увеличение частоты вращения n1t давления подачи смазки р0, снижение удельной нагрузки на подшипник рт и т. д.) приводит к том:', что равновесное положение центроз вала и втулки становится неустойчивым и они совершают прецессионное движение в пределах соответствующих зазоров (рис. 4). В даньых исследованиях о работе подшипника в этой области можно бьшо судить по возрастанию амплитуд "колебаний центров шпа и втулки. и, что более важно, по частоте колебательных движений. Выявлено несколько режимов работы иТКЗ в данной области. Введение и увеличение динамической нагрузки приводит к подавлению низкочастотных колебаний. Зо многих слу-

I"

j к.

ом ¡а

С.40

ОЛ)

ъзо -

.....

г ГО

| Ля. /

«да

•*>пХг и "

/5И

« • I

Ж

I ,

№

?7

4

<

! з :.

___41 ___ т» -- и> ~ (Л.Г, 'Р«и Ч П(рИМ| •оаии 5 3---1.3 ИТ ЛЯ к 5=1 ет. <«| И тп •л к) * Г 1 я др.

Г - Ч

у

✓ *

✓

у

¿я £ V N -$-0.7 -Г-'.з

. . ■.

м

Рис.2. Статические характеристики ШШЗ и сравнение (результатов, ргшчния

Ьщ.'л , »л , 1 1

•• • 1

2А)- 1

иттттт

4 пи

ам , «.и

„ 5 ои о*) 100 I.:

.'о

и,, •с

60

а 1.« 1.и ».ее ^ к 4-1

| (»,-7000^нЛ-И^^о}, е„,°5 Ю^м) Рис. 3. Динамический характеристики ППЗВ

чаях это сопровождается снижением амплитуд колебаний и положите щ.но отраулетсп на характеристиках 11ПВВ Качественное влияние отдельных факторов на режим работы П1ВВ подтверждается экспериментальными исследованиями Орката и Нг, Танаки и Хори.

Л пятой главе приводится описание экспериментального стенде, длл исследования характеристик ППГВ, изложена программа и методика проведения и обработки- результатов эксперимента, даэтся оценка погрешностей измерений, представлены результаты акспериментал! ных исследований в сравнении с расчетами данными, показана реализация результатов выполненной автором работы в опытно-промышленном производстве.

Экспериментальные исследования проводились из универсальном безмоторном стенде научно-технического центра АО "КамАЗ". Объектом исследований являлся опорный узел с двумя ПТТЛБ опытного турбокомпрессора ТКР7С-5 для наддува двигателей. В условиях, близких к натурным, проводились испытания турбокомпрессора с несколькими вариантами ПЛЕВ, отличаюиимкся геометрическими размерами и конструктивным исполнением. Экспериментальный стенд был оборудован необходимой контрольно-измерительной аппаратурой. Программа испытаний включала ь себя замеры следующих параметров работы узла подшипников и турбокомпрессора: температуры масла на линии подачи и на сливе, давления масла на линии подачи, расхода смазки через турбокомпрессор, частоты вращения ротора и врадашейся втулки, амплитуд и частот колебаний центра зала я двух сечениях и центра нраш^вдейся втулки. Варьируемыми величинами нвлалисъ частота вращения ротора, давление и температура подаваемой смазки.

Полученные экспериментальным путем значения расхода смазки в под-липниковсм узле 0„у, повышения температуры смазки лЬ, потерь ыо1цности на трение N п^ и относительной частоты вращения втулки сб « целом удовлетворительно еогласуклея с результатами расчетных исследований (рис.5).Расчетнье и экспериментальные, полученные на основе обработки осциллограмм колебаний, зависимости относительной частоты прецессии вала и мужи Пл=Пп/П< от частоты вращения ротора n^ того? удовлетворительно согласуются между собой (рис. 5). Это свидетельствует о том, что низкочастотные колебания ротора и вращающейся втулки обусловлены динамическими' процессами, происходящими в системе "ьал-ППРВ'-.

.кегодичеекое, алгоритмическое и программное обеспечение расчета гидродинамического опорного ШВВ в виде комплекта прикладных г огр:о.(м внедрено на АО "КамАЗ". Со заказам этого предприятия вы-.".!•.; ки ео-лирные параметрически исследования характеристик опор-

1.50

У

1.00

0.5 0

о.оо -: -о.ьо : -1.00 -i -1.50

1. 1 __ i : asa-,

!У :

/ ргул ч ■ п 1 -■п. \ Í

1 / / ' / ;

ч / -ara-'

X к'

1ГТТГТЛТ1 TI rtcitr ЩТГТГТГ 1 mirvn ! -ш j

-1.50-1.00 -О.ЬО 0.00 O.iO 1.00 no

X

f"- ?а 7? и if, ¡% a ta

T

Рио. 4. Гасч2тт;э траектории дииаинкя и ¡солоОпг.ия центов шла и втулки 3000oS/H:,n; 1,2; f. 0$,Л• t, 5,yVí i-fS'nj'-c) '

t,C

o , •'HT

тгй-u <

20 33 40 S3 eo . 70 ЕЭ so

' D^TKc.eä/yWfi

¿3 зэ , «3 í.3 «

л "CT v-V

«e • ta i. n^ruf <

Ч> 110

I I

5. Сраанекие расчеты* i! .окоперянеигахьних генных

ного узла турбокомпрессора ТКР7С-5. С целью снижения потерь мощности на трение в опорном узле и амплитуд колебаний ротора ь среднем па 20% Оыло мреддо.г^ио изменить соотношение радиусов % до 1,4... 1,5 и увеличить соотношение ширины 12 до 1,£. ..1,3 зе счет подрезки внутренней поверхности втулки. Рекомендации приняты к внедрению.

Приборное оснащение стенда, разработанные программа и методика проведения и обработки результатов экспериментальных исследований тага» внедрены в опытно-промышленное производство и используются при определении характеристик и отработке опорных узлов турбокомпрессоров для наддува двигателей различных типоразмеров и модификаций.

ОСНОВНЫЕ ГЕаУЛЬТАТЫ РАПОТН И ЕЫВОда

1. Анализ конструкций и современных методов расчета статически и динамически нагруженных гидродинамических опорных подшипников с плавающей вращающейся втулкой показал, что:

-ППБВ отличаются простотой конструкции, низкими потерями мощности на трение, высокой демпфирующей способностью и находят яирокое применение в качестве опорных углов различных роторных машин;'.

-игвестныа методы расчета нэ позволяют определить весь комплекс выходных параметров ПЛЕВ при произвольном характере ситовых воздействий при заданных условиях подачи смазки и. температурном режиме работы.

Разработана математическая модель, описывающая процессы ь смрвочш* слоях подшипнике. скольжения с плавающей ВВ. При этом учитывается нестационарный вид нагруженил, влияние условий подачи смэуки и тепловые эффекты в !ШВВ: зависимость динамической вязкости смакки от температуры и температурные деформации деталей подшипника.

Я Представлен аффективный метод реализации предлагаемой математической модели, разработано его алгоритмическое и программное обеспечение. Результатом решения гадачи расчета ППВВ являемся Kot.fi;леке выходных параметров, прямо или косвенно характеризующих виброуетопчиюсть ротора, работоспособность и экономичность подшипника. ' - .

4. Проведено «расчетное параметрическое исследование характеристик ППВВ в широком диапазоне изменения основных режимных и геометрических параметров, которое показ аде, что:

-существенное влияние на статические выходные характеристики подшипника оказывают режимный параметр 3 и геометрические параметры £ , ^ , r¿ . При высоких значениях S необходим учет реальных условий теплообмена смазки с деталями подшипника;

-на основные характеристики динамически нагруженных ГШВ существенно влияет частота вращения вала, его неуравновешенность, а также соотношения геометрических размеров J , и ~>¿ ;

-рассматриваемый подшипник может удовлетворительно работать з области неустойчивого равновесного положения центров вала и втулки. Выявлено несколько режимов работы 1ШВВ е этой области. К Еозникновению автоколебаний приводят повышение частоты вращения гц , снижение удельной нагрузки на подшипник р„,, повышение давления подачл ро и вязкости смазгси pL0 , а также изменение геометрических параметров подшипника. Увеличение динамической нагрузки приводит к подавлению низкочастотных вибраций;

- результат ь- параметрического анализа удовлетворительно согласуются с полученными в сопоставимых условиях расчетными и экспериментальными данными других авторов;

-при расчете динамической системы "Еал-ППВВ" необходим анализ режима работы и основных характеристик подгапника во всем диапазоне изменения входных режимных и геометрических параметров подшипника.

5. Экспериментальным путем получен 'комплекс выходных параметров и проведено исследование основных характеристик узла подшипников с ВВ опытного " турбокомпрессора для наддува двигателя ТКР7С-5. Экспериментальные и расчетные данные в целом согласуются удовлетворительно. Проведенный параметрический анализ опорного узла с ППВВ турбокомпрессора ТКР7С-5 позволил сформулировать рекомендации по выбору оптимальных конструктивных параметров подшипника.

6. Результаты выполненной работы в виде приборного оснащения стенда, разработанной программы и методики проведения и обработки результатов исследований, пакета программ расчета ПЛЕВ внедрены на АО"КамАЗ". Они используются при исследовании, отработке конструкций, расчетах и проектировании опорных узлов с ЕВ турбокомпрессоров для наддува двигателей различных типоразмеров и модификаций.

По теме диссертации опубликованы следующие работы: 1. Шитиков Л А. , Палладий А.Е, Максимов В. А. . vo'jo С. Л. Исследование характеристик подшипникового узла с tpasu»

втулкой с целью оптимизации его геометрических размера // Тез. докл. IX международной научно-технической конференции по компрес-соростроенкю. - Казань, 1333. - С. 148-149.

2, Хафкзов Р. X. , Гатауллки Н. А., Гаев Е. П., Палладий А. В., Йгеиков И. А., Красин В. £ Экспериментальное исследование подшипниковых узлоз турбокомпрессора ТКР7 для наддува двигателей // Тег докл. IX международной научно-технической конференции по компрес-соростроению. Казань, 1093. - С. 147-148.

3. Шитиков И. Л., Палладий Л. Е , !,£акспь:ов- В. А. Расчет динамических характеристик ' подагашксоБого узда с вращающейся втулкой турбокомпрессора для наддува двигателей // Компрессорная техника и пневматика, АСЖШл 1993. - N 2. - С. 31-34

4.. Х&Фкзов Р. XГатаудлин Е А., Гаев Е. К , Палладий А. В., Шитиков И. А.,' Крамин В. К Экспериментальное исследование подшипниковых узлов турбокомпрессора ТКР7С для каддува двигателей // Компрессорная техника и пневматика, АСКО.МП. 1993. - N 2. - с. 35-3?

Б. ¡Стеков И. А., Палладий А. Е , Максимов К А. Тепловой и гидродинамический расчет подшипникового узла с вращающейся втулкой // Тез. докл. ка научно-техническом семинаре "Внутрикамерные процессы. Струйная акустика и диагностика" в КЕБКИУ РВ км. IIЕ Чистякова. - Казань, 1294. - С.50-51.

6. Шитиков' НА., Максимов В.А., .Палладий А.К Термогидродинамическая смазка опорных подшк.шиков с плавающей втулкой высокоскоростных турбокашин // Тез. дом. X международной научно-технической конференции по компрессорной технике. - Казань! 1995. - С. 198-199.

7. Шитикоь И. А., Палладий А. В., Максимов Е А. Расчетные исследования подшипника скольжения с вращающейся втулкой // Тез. докл. международной каучко-те хничес кой конференции "Механика машиностроения" }.М-95. - Набережные Челны, 1995. - С. 123-124.,.

8. Шитиков К.&Л Палладий А.Е, Максимов В. А. Параметрическое исследование- характеристик подшипника скольжения с вращающейся Етулкой // Тез. докл. иеляународной научно-технической конференции "Вакуум-96". - Казань, 1996. - С. 53.

Соискатель . И. А. Шитиков

Заказ. Ц Тираж 92 экз.

Офсетная лаборатория КГТУ 420015, Казань, ул. К Маркса, 68