автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Метод расчета поля температур скользящего контакта в распределителях аксиально-поршневых гидромашин

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования . б

1.1. Условия работы деталей гидравлических приводов

1.2. Анализ процесса заедания в парах трения.

1.3. Влияние температуры на смазочный слой.

1.4. распределение тепловых потоков при трении

1.5. Выводы и задачи исследования

2. Аналитическое исследование тепловыделения в паре трения распределитель - накладной дцск блока цилиндров объемных гидромашин

2.1. Постановка задачи исследования

2.2. Решение нестационарной задачи

2.2.1. Постановка задачи

2.2.2. Метод решения задачи.

2.2.3. Численное решение задачи

2.2.4. Расчет тепловых потоков в паре трения распределитель-накладн$ диск блока цилиндров для случая нестационарного теплообмена

2.3. Решение стационарной задачи

2.3.1. Математическая модель процесса тепловыделения

2.3.2. Численное.решение задачи 2.4. Выводы

3. Экспериментальное исследование температуры на поверхности пары трения распределитель - накладной диск блока цилиндров.

3.1. Вопросы исследования.

3.2. Экспериментальное исследование температурного поля распределителя гидронасоса

3.2.1. Описание стенда экспериментальных исследований

3.2.2. Методы измерения контролируемых величин

3.2.3. Обработка экспериментальных данных.

3.2.4. Результаты экспериментальных исследований

3.3. Анализ результатов эксперимента

3.3.1. Постановка задачи анализа

3.3.2. Аппроксимация функции

3.3.3. Определение коэффициентов теплоотдачи для случаев нестационарного и стационарного теплообмена

3.3.4. Расчет тепловыделения на поверхности трения распределителя для стационарной и нестационарной областей нагрева.

3.4. Выводы.

4. Инженерный метод расчета температур на поверхности трения распределителя

4.1. Состояние рассматриваемого вопроса.

4.2. Определение температуры на поверхности трения распределителя с нестационарными условиями теплообмена

4.3. Определение температуры на поверхности трения распределителя со стационарными условиями теплообмена.НО

4.4. Выводы.

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года", принятых ХХУ1 съездом КПСС указывается, что одним из определяющих направлений развития машиностроения является повышение эффективности производства и качества выпускаемой продукции на базе внедрения машин повышенной единичной мощности и использования новых технологических процессов.

Важным направлением развития научно-технического прогресса транспортных машин является развитие и широкое внедрение объем -ного гидропривода. Объемный гидропривод обеспечивает при.малых габаритах большие энергопотоки рабочей жидкости. Однако, с ростом энергонапряженности гидронасосов возрастают натрузки-.на опоры скольжения, для обеспечения нормальной работы которых необходим постоянный жидкостной режим трения.

Успешное решение проблемыизносостойкости и задиростойкости трущихся опор скольжения затрудняется недостаточной, изученностью физико-механических и трибохимических процессов, протекающих, в зоне трения, огромное влияние на которые оказывает температура в зоне трения. .

Работа гидронасоса на расчетных режимах во многом зависит . от работы распределительного узла, обеспечения жидкостного режима трения между распределителем и накладным диском блока, цилиндров. Смешанный режим трения приводит к^повышенному износу рабочей поверхности распределителя и, как следствие, к снижению ресурса гидронасоса.

Настоятельная потребность в увеличении ресурса энергона-, пряженных гидронасосов привела к необходимости более детального исследования тепловых процессов в паре трения распределитель накладной диск блока цилиндров. Целью такого исследования и является создание метода расчета температуры на поверхности трения распределителя, который имеет сложную геометрию и различные условия нагрева участков поверхности трения.

В первой главе изложены основные задачи исследования и состояние вопроса о влиянии температуры на смазочный слой, разделяющий трущиеся поверхности; проведен анализ условий работы опор скольжения гидроприводов и процесса заедания, а также анализ вопроса о распределении тепловых потоков при трении.

Во второй главе описана математическая модель расчета температуры на поверхности трения распределителя для участков со стационарными и нестационарными условиями теплообмена, описан алгоритм численного решения сформулированных задач.

В третьей главе изложены методика и результаты экспериментальных исследований по определению температурного поля распределителя. .

В четвертой главе рассматривается инженерная методика расчета температуры на поверхности. трения~ распределителя.,

В заключении подводятся итоги работы и даются основные выводы и рекомендации. . . .

Автор выражает благодарность профессору Игнатовичу А.М. за советы и рекомендации, высказанные.при работе над диссертацией.

Работа выполнялась в лаборатории "Передачи" при кафедре "Детали машин" МИИТа и на кафедре "Теория механизмов и машин и детали машин" ВЗИИТа.

Ч,4. Выводы

1. Предложена методика определения температуры на поверхности трения распределителя для участков со стационарными и нестационарными условиями теплообмена.

2. По результатам расчета на ЭВМ получены серии универсальных кривых, возволяющих рассчитать температуру для любого момента времени с учетом результатов, полученных в результате экспериментальных исследований по определению значений коэффициентов теплоотдачи с поверхности трения.

3. Полученная инженерная методика расчета температуры позволяет рассчитать температуру в любой точке потока поверхности трения распределителя в зависимости от температуры набегающего мае-ла Т0.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование температуры на поверхности трения распределителя аксиально-поршневых гидромашин позволило сделать следующие основные выводы:

1. На основании анализа научно-технической литературы установлено, что для обеспечения нормальной работы аксиально-поршневых гидромашин в составе гидрообъемной передачи и повышения их надежности и долговечности работы на форсированных режимах необходимо провести исследование распределения температуры в зоне трения распределитель - накладной диск блока цилиндров и разработать рекомендации для практического использования полученных результатов.

2. Разработанные математические модели, описывающие тепловые процессы, протекающие на различных участках поверхности трения распределителя гидронасоса как со стационарными, так и с нестационарными условиями теплообмена, позволяют аналитически решать задачу определения температуры на поверхности трения, а также распределение температуры по глубине.

3. Разработанные алгоритмы и программы численного решения сформулированных систем уравнений, с учетом распределения тепловых потоков между трущимися телами, выполненными иа разных материалов, позволили формолизовать задачу определения температуры. на поверхности трения.

4. Полученное распределение температуры для участков рабочей поверхности трения распределителя со стационарными и нестационарными условиями теплообмена, позволило установить, что перепад между этими зонами на форсированной глубине не превышает 30°С.

5. Для экспериментального исследования поля температур распределителя был создан экспериментальный стенд, позволяющий про водить испытания на различных режимах работы, и разработана методика проведения испытаний.

6. На основании испытаний гидронасоса в составе гидрообъемной передачи были выбраны режимы и проведены экспериментальные исследования распределения поля температур в распределителе.

7. На основании экспериментальных исследований установлена зависимость температуры от времени для различных точек поверхности трения распределителя, которая для расчетов на ЭВМ аппроксимирована некоторой функцией, с удовлетворительной для практических целей точностью описывающей результаты экспериментальных исследований.

8. Получены зависимости для определения коэффициентов теплоотдачи с участков поверхности трения распределителя со стационарными и нестационарными условиями теплообмена, которые позволяют рассчитывать температуру в различных точках поверхности трения на любых принятых режимах работы.

9. На основании проведенных исследований разработан инженерный метод расчета поля температур на поверхности трения распределителя на различных режимах работы и приведены методы расчета для наиболее характерных режимов работы.

1. Бочваров Ю.А., Прокофьев В.Н. Гидравлический привод кузнеч-но-прессовых машин. М.: Высшая школа, 1969. -243 с.

2. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машгиз, I96B. -230 с.

3. Прокофьев В. H. Машиностроительный гидропривод. М.: Машиностроение, 1978. 486 с.

4. Башта Т.М., Зайченко Й.З., Ермаков В.В., Хаймович Е.М. Объемные гидравлические приводы. М.: Машиностроение, 1969.- 628 с.

5. Гамынин H.C., Каменир Я.Н., Коробочкин Б.Л. Гидравлический следящий привод. М.: Машиностроение, 1968. -563 с.

6. Прокофьев В.Н., Борисов Б. П., Лазариди А.П. Пути совершенствования гидропривода строительно-дорожных машин. Ашхабад. Республиканский институт научно-технической информации и пропаганды Госплана Туркменской СССР, 1975. -22 с.

7. Вдвг Н .VezschEeL&tebensdauez (MTBF-Wezte) vox Hydzopumpen und Hudzomotozen. SchmLeztechnLcCe TzLbotogle; л/6, 1973, p. 49

8. Руднев С.С., Покатов Д.Н. Перспективы развития гидромашиностроения. Известия вузов, сер.: Машиностроение, 1970, М, с. 7-8. .

9. Дроздов Ю.Н., Арчегов В,Г. Определение условий возникновения задира при скольжении тел.-Машиностроение, 1981,№3,с.105-108.

10. Безбородько М.Д. Методы оценки противоизносных свойств смазочных материалов в тяжелонагруженных механизмах. В книге: Методы оценки противозадирных и противоизносных свойств смазочных материалов. М.: Наука, 1969. -с.100-116.

11. Надежность и долговечность машин./Под ред. Б.й.Костецкого. Киев, 1975.-237 с.

12. Буше Н.А., Копытько В.В. Совместимость трущихся поверхностей,1. U. i Наука, I98I.-I27 с.

13. Шевченко B.C., Бетхер В.Н., Лапотко О.П. Долговечность гидравлического оборудования станков. Минск.: Наука и техника, 1973. 192 с.

14. Панчина М.А. Развитие и применение гидравлики и пневматики в машиностроении Англии. Киев.: Технология и организация производства, 1972, №6, с.75.

15. Эрнст В. Гидропривод и его промышленное применение. М.: 1963.- 96 с.

16. Btock Н. Les tempezntuzBs du suzfase dans conditions ae gzaissaye sons extreme pzessLDn.-Conoz.mondLat du petzote, m.3.PazLs, i9S7} s. W-486.

17. Дроздов Ю.Н. Тепловой аспект проблемы заедания катящихся со скольжением тел. -М.? Машиноведение, 1972, &2,с.71-79.

18. Дроздов Ю.Н. Новый ме;тод исследования и расчета противоза-дирной стойкости, функциональность контакта. В кн.: Методы оценки противозадирных и противоизносных свойств смазочных материалов. М.: Наука, 1969, с. 153-165.

19. Дроздов Ю.Н., Смирнов В.И. Влияние размера тел на противо-задирную стойкость при трении. Вестник машиностроения,1976, *9, с. 15-18.

20. Крагельский Й.В., Добнчин М.Н., КомбаловВ.С. Основы расчета на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

21. Алексеев Н.М., Крагельский И.В. К вопросу о заедании при трении. М,:. Машиностроение, М, 1971, с.98-102.

22. Голего Н.Л. Схватывание в машинах и методы их устранения. Киев: Техника, 1965. 231 с.

23. Лихтман В.Н. О природе схватывания твердых тел. М.: Наука, 1967, о. 30-32.

24. Семенов А. П. Схватывание металлов. М.: Машгиз, 1958.-280 с.

25. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах, Киев, 1970,- 395 с.

26. Ыаи Р.у. Jntezpzetations of the jzictlon and weaz bmtln behavior of me tats in sliding contact. 1981, vot.лЧ p.

27. Рылакин H,H., Шоршов M.X., Крагулин Ю.Л. Физические и химические проблемы соединения различных материалов. -АН СССР,: Неограничеокие материалы, 1965, т.I, с.29-36.

28. Шамшур А.С., Яковлев Г.М. О механизме схватывания металлов и сплавов при трении скольжения. -Сб. Прогрессивная технология машиностроения, вып. У, Минск, 1974.

29. Алексеев Н.М., Крагельский И.В. К вопросу о заедании при трении.: Машиноведение, J64, 1971.30. bow den FP and Fa bos D. Fhe friction and (the cation of sofrds. „ CEavendon Oxfozd, ШН^р.ЗП.

30. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968.- 468 с.

31. Виноградов Г.В. О температурном методе оценки противозадир-ной характеристики нефтяных масел. Сб.: Проблемы трения и изнашивания, Киев, I97T.

32. Климов К.И., Кичкин Г.М. Трансмиссионные масла. М., Химия,1970. -232 с.

33. Дроздов Ю.Н. Уточненный метод расчета на задир пар тренияв тяжелонагруженных механизмах. Вестник машиностроения, $4,1971, с. 25-29.

34. Дроздов Ю.Н. Заедание катящихся со скольжением тел в масляной среде. Сб.: Исследование по трибологии. НИИМАШ. М., 1975.

35. Генкин М.Д., Кузьмин Н.Ф., Мишарин Ю.А. Вопрос заедания зубчатых колес. М.: Изд. АН СССР, 1959. -147 с.

36. Richie? H. Tzibotoyisches Vez h ait en von Hunsts tojjen untez (rf!eLt beans pmchuntf- bet tip fen und ezhdhten Tempo

37. ZQ.tuzen-FozUchz.-Bez. K.5^54

38. Караваев В.Г. Расчет температуры смазочного слоя динамически нагруженного подшипника скольжения.- Темат. сб. нвгучн. тр./ Челяб. политехи, инст., 1981, Л254, с. 44-48.

39. Туманишвили Г.И. Расчет на заедание тяжелонагруженных механизмов.- Трение и износ, 1982, т.З, Л4, с.714-722.

40. Зиненко С.А., Карапетян С.С., Силин А.А. Определение температуры в зоне контакта двух металлов в процессе трения посред ством измерения термоэлектронной эмиссии. Трение и износ, 1982, т.З, с.5Г7-523.

41. Мышкин Н.К., Кончиц В.В. К определению температурной стойкости граничных смазочных слоев. Трение и износ, 1981,т.2, М, с. 725-728.

42. Ван, Чжэн. Численное определение динамической нагрузки, толщины смазочной пленки и температуры поверхности для прямозубых колес. Часть I. Исследование. Конструирование и технология машиностроения, 1981, т. 103, Л1, с.81-92.

43. Mmazogonas h.D., Michatopoufap D'. A compilation on heat dibtzibuiion pazametezg at sfiding contavth.-Tkibotyy1.tern., /Щ vol 14,N4jp. П5-Ш. 44. Bzende? H.^ztez &. Zahnzelbungskzafte bei untezchCed

44. Кинг, Лауэр. Обнажение поперечного градиента температурыи выравнивания молекул в УГД пленка при помощи инфракрасной спектроскопии. - Пробл. трения и смазки, 1981, т. 103,J&2, с, I03-II4.

45. Винтер, Вейс. Некоторые факторы, влияющие на усталостное выкрашивание, микровыкрашивание и низкоскоростной износ поверхностно-упрочненных зубчатых колес. Конструирование и технология машиностроения, 1981, тЛОЗ, Л2, с.135-143.

46. Линке X. К вопросу об определении несущей способности зубчатых зацеплений.- В кн.: Теоретические и прикладные задачи трения,износа и смазки деталей машин, М., 1982, СЛ44-152.

47. Противозадирная стойкость трущихся тел./ Ю.Н.Дроздов,В.Г.„ Арчегов, В.И.Смирнов.-М.: Наука, 1981. -139 с.49. dzichos И. Faituze czitezia in thin jtfm кЬнсаtton -the concept oj a jatiuze suface. Tztbofogy^ v.7, <9?4, V/, p. №-/31.

48. Бейбер, Андерсон E., Ky P. Влияние смазки, материала и окружающей среды на несущую способность зубчатых колес. Проблемы трения и смазки, 1968, ЛЗ.

49. Розенберг Ю.А. Влияние смазочных масел на надежность и долговечность машин, М.: Машиностроение, 1970.

50. Арчегов В.Г. Исследование противозадирной стойкости пар трения при скольжении, Дис. канд. техн. наук. М.: ИМАШ АН СССР, 1978. 198 с.

51. Бочваров Ю.А., Прокофьев В.Н. Гидравлический привод кузнеч-но-прессовых машин. М.: Высшая школа, 1969. -243 с.

52. Богданович Л.Б. Объемные гидравлические приводы. Киев.: Техника, 1971. -250 с.

53. Гавриленко Б.А., Минин В.А. Гидравлический привод. М.: Машиностроение, 1968. -234 с.

54. Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины. М.: 1970, 118 с.

55. Денисенко В.В. Применение трудновоспламеняемых рабочих жидкостей в гидросистемах литейных машин,: Литейное производство, 1970, ЛИ, с.II-12.58. ktinhaidt A. Stand dezEtfahzung mlt Schvezentj-fomenbazen

56. Hudzau & fyfussig hi ten in Dzuc fyidmaSDhinen. foejse^'/щ P.553-5%.

57. Музыкин Ю.Д., Примяков B.H. и др. Пожаробезопасные жидкости для гидроприводов литейных машин.: Литейное производство, 1978, ЛИ, с. 32-33.

58. Климов К.И., Кичкин Г.И. Трансмиссионные масла. М.: Химия, 1970. -232 с.

59. Виноградова И.Э. Противозадирные присадки к маслам. М.: Химия, 1972. -272 с.

60. Климов К,И. Противозадирные свойства масел функция скорости их разложения.в зоне трения. Доклады Академии наук СССР, Механика J&I67, JII, с. 45-48.

61. МосЬ Н. Tweet lead study, of tempezatuze else at sufaceg of actaaf contact undez oifinest lubricating conditi -on$. Ргос. G-en. Disc, of Lubzicatton and LubzicawtZ, Intt. meek Eng. №?, a/I

62. Матвеевский P.M. Температурный метод оценки предельной смазочной способности машинных масел. Изд. АН СССР, М., 1956. 143 с.

63. Хрущов М.М., Матвеевский P.M. Новый вид испытания смазочных масел. М.: Вестник машиностроения, $1, 1952.

64. Шиманский в.Г. Испытание смазки ЦЙАТИМ-20 температурным методом на машине КТ-2. Сб.: Методы оценки противоизносных и про-тивозадирных свойств смазочных материалов. Наука, 1969.-230с.

65. Pannet д.1.} Camezon А. ЕуЙШоп of iu&ucity рк&; Otitic at tern-pezatuzp and fuSticlty. BsAtimental method In ttifatyy,.1.s. mech. En£.y London, Ш, p. 125.

66. Буше Н.А. Подшипниковые сплавы для подвижного состава. М.: Транспорт, 1967. 222 с.

67. Буше Н.А., Двоскина В.А. Влияние различных антифрикционных сплавов на режим полужидкостного трения. Вестник Всесоюзного научно-исследовательского института жел.дор.транспорта, 1957, JH.

68. Лазовская О.В. Методика определения и исследования температурной стойкости граничных смазочных слоев при трении стали по медным и алюминиевым сплавам. Диссерт. на соиск. уч. степ, канд. техн. наук. М.: 1973. -169 с.

69. Щедров B.C. Температура на скользящем контакте. Сб. Трение и износ в машинах. Вып. X. Изд. АН СССР, 1955,с. 155-296.

70. Кудинов В.А. О некоторых закономерностях полужидкостного трения (приработка, заедание, устойчивость движения). Труды Ш-й Всесоюзной Конференции по трению и износу в машинах., т.П, Изд. АН СССР, М.: I960.

71. Ling F.Ftj Simfiiw Т.Е. tTleasusement ojpoint wlsp juncture condition of tempezatuZQ at the interface о/ two bodietf in stiding contact. Tvang, ASME, sez.J)., №3, //4, p. 85.

72. BPocfc И. ITieatuzmentg oj- Tmpczatuze Fia-sheg on G-eaz Teeth undez ExtzpmB Pzesswze ConditionJ Pzoc Gen. Ъ1щ, юл iLbnicatLng and Lihicauiz. Injsft. mech. Eng,., №?, 4oi //, Gzouf}; i} pp. tt-20.

73. T-C. moving souzceg of heat and the ternpezat иге of sliding con tact„ 9. and Paoc.Roy. Soc. ^w SouU WoCfs'^ mz, voi. s6j pt § tp. m.

74. Fio^uet A.j PlatjD. Contact tempezatuze in dzy beazings. Thzec dimentionrf thcozy- and vezij Lent ion. о J- Ll hi cation Tecfwotyy, 1981, vol. mjZ}p.243-Z5l

75. Дубинин А.Д. Энергетика трения и износа деталей. М.: Машгиз, 1963. 138 с.

76. Ftan с is MA. In tczfacial tmpezatuze dUizibu tionwithin a sliding He>tjian contact. /ISLE piepzintj NhM Ic -I, 1970, pp. 40-57

77. Осипов А.Ф. Объемные гидравлические машины. М.: Машиностроение, 1966. 160 с.

78. Гордеев А.С., Бурак ОЛ. Задачи исследования тепловых процессов в парах трения объемных гидромашин. Сб. научн. тр. ВЗЙИТ, 1981, вып. 114, с. 42-43.

79. Галахов М.А., Голубкин В.Н, Трение и температура в тяжелона-груженном упругогидродинамическом контакте качения со скольжением. М.: Машиностроение, 1975, Л6, с.73-77.

80. Гордеев А.С., Усов П.П., Бурак О.Л. К вопросу расчета температуры на поверхности пары трения распределитель блок цилиндров объемной гидромашины. - Тр. МИИТ, 1982, вып. 711, с. 4&-54.

81. Бурак О.Л., Майоров В.Е., Димитриев Ф.А. Расчет стационарного теплообмена на поверхности трения распределителя объемной гидромашины. ВИНИТИ, $ 8161-84 Деп.

82. Владимиров B.C. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1967. 512 с.

83. Кошляков Н.С., Глинер Э.Б., Смирнов М.Н. Уравнения в частных производных математической физики. М.: Высшая школа, 1970.- 622 с.

84. Верлань А.Ф,, Сизиков B.C. Методы решения интегральных уравнений программами для ЭВМ. Киев.: Наукова думка, 1978. -616 с.

85. Бурак О.Л. Расчет температуры на поверхности трения распределителя объемной гидромашины. ВИНИТИ, <№1493-84 Деп. -9 с.

86. Майоров В.Е., Бурак О.Л. Метод расчета тепловых потоков в паре трения распределитель накладной диск объемных гидромашин. ВИНИТИ, $1494-84 Деп.

87. Курош Л.Г. Лекции по общей алгебре. М.: Наука, 1973. -400 с»

88. Самарский А. А. Введение в теорию разностных схем. М.: Наука, 1983. 616 с.

89. Оден Дис. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. М.: Мир, 1976. 464 с.

90. Ошерман и др. Определение изотерм в упругогидродинамическом контакте методом инфракрасного.излучения.-ПТС,1976,Й2.

91. Дроздов Ю.Н., Рещинов Ю.Ф. О коэффициенте трения в толщине масляной пленки в контакте. Вестник машиностроения, 1968, Л12.

92. Зайдаль А.Н. Ошибки измерений физических величин. М.: Наука, 1974. 108 с.

93. Румшинский Л.Э. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971. 192 с.

94. Митропольский А.К. Техника статических вычислений. М.: Наука, 1971. -576 с.

95. Проведение испытаний новейших типов гидромашин, вспомогательных насосов и технологическая отработка элементов гидропередач. /Отчет по научно-исследовательской работе. МНИТ, тема 82-1/78. -64 с.