автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Неоднородный пористый подшипник конечной длины, питаемый смазкой под давлением через поры вкладыша

РОСТОВСКШ-НА-ДОНУ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи УДК-621.822.01.032

Прянишникова Любовь Ивановна

НЕОДНОРОДНЫЙ ПОРИСТЫЙ ПОДШИПНИК КОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ, ПИТАЕМЫЙ СМАЗКОЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ЧЕРЕЗ ПОРЫ ВКЛАДЫША

05.02.04 - Трение и износ в машина*

Автореферат

диссертаций на соискание уценой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 1991

Работа выполнена в Ростовском-наЧД(% ордена Трудового ' Красного Знамени институте инженеров'железнодорожного транопор!

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

К.С.АХВЕРДЙЕВ

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор

А.И.СНОПОВ,

кандидат технических наук Ю.И.ПУСТОВОЙТ

Ведущее предприятие - Производственное объединение

"Теряопольский Комбайностроительный заво;

Защита состоится 26 ноября 1991 года в 10.00 часов иа засе дании специализированного Совета Д.063.27.03 при Ростовском-на-- Дону ордена Трудового Красного Знамени институте сельскохозя! ственного машиностроения; ЭИ708, г.Ростов-на-Дону, ГСП -8, пл. Гагарина, 1.ТИСХМ, ауД.252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовской -на-Дону ордена Трудового Красного Знамени института сельскохозяйственного машиностроения.

Автореферат разослан / " октября 1991 года

\ Yr\ !• у

Ученый секретерь \ Ч Y > \ 1-Х-

специализированного Совета \ \j\V/

к.т.н., доцент B.C.ДМИТРИЕВ

Замеченные опечаям в автореферате дассергашш Сряшшякхово! ; •Неоднородны! порасти! подишше конечно! длины, питаемы! сказкой под давлепеи через поры выедаю".

Лр. 3

5 7

7

12

14

14

15

Схроха Напечатано

31 Предлагается

10 в постеяадоа

9 хядкося неодно-

родной 13 наяеХ

5 вынесена

6 доростодда 23 над

13 12. Дряшшмкова Л.И.,

Прянявднхов В.Й., Расчет налряженного состояния поржстого цилиндра под действием гидродинамического цилиндра под дейсхвжем гидроданешичес- давления кого расчета.

Следует читать Предполагается с постоянной жидкое» а неоднородном

поло! вынесена дорогостоящи в-Д

12. Прзннянккова Л. Пряциников в.И. Р! чет напряженного с< яагя иарисюго цшп дра под действием гидродинамического

iKjyая^ное_мы. Подшипники скольжения, выдерживающие ie силовые.моментные нагрузки, применяются в самых разно-■шх конструкциях. Важную роль в работе таких конструкций г трение.

Улучшение работы узлов трения может быть достигнуто совер вованием методов расчета и применением новых пощиипнико-атериалов. Одним из наиболее эффективных и дешевых замени дорогостоящих металлов.в подшипниках скольжения являются ты а материалы. Применение пористых материалов упрощает логический процесс изготовления подшипниковых узлов, зна-;ьно снижает их стоимость и повышает долговечность. Под-[щ с пористыми вкладышами работают с меньшим шумом, луч-:еплообменом, позволяют осуществить подачу смазки в зазор-давлением через поры вкладыша, Что обеспечивает устойчивый эстный режим трения,

Гидродинамическому расчету пористых подшипников посвящено аое количество исследований. Здесь следует отметить рабо-эргана, Камерона, Руло, Родса, Мурти, Кьюзэно, Коровчинско •В-., Никитина А.К,, Ахвердиева K.'G., Савченковой С.С., Тол кой Н.Б. и других. В этих работах либо рассматривается ра-пористых подшипников без учета подачи сказки, либо учиты-ся подача смазки, но подшипник считается однородным. Одна-как известно, если сделать вкладыш, обладающий переменной ¡ицаемостью, то сохранив благоприятные условия для поддер-1Я,.смазочного слоя, можно достичь большей, грузоподъемности шпника. Анализ опубликованных.работ позволяет сделать вы, что неоднородные пористые подшипники изучены недостаточно >льшинстве из них решатся задача для неоднородного пористо юдшипника бесконечной длины или додщипника, запресованно-з непроницаемый корпус (Нрасниченко Д^Б., Кривоносое В.К., юв А.И.). Для подшипника конечной длины с подачей смазки 53 тело пористого вкладыша под давлением решена задача для . чая, когда вкладыш состоит из двух составных частей разной ницаемости (Ахвердиев K.G,, Подрезов E.G.).

Таким образом, гидродинамический расчет неоднородного сотого подшипника конечной длины, питаемого смазкой под давнем через поры вкладыша, является актуальной задачей.

Дель_ра_б_отУ. состоит в теоретическом и эксперименталы исследовании неоднородного пористого подшипника конечной ; ны, питаемого(мазкой под давлением через тело вкладыша и } новление законов изменения коэффициента проницаемости в ш ном, радиальном и осевом направлениях, обеспечивающих наде режим работы.

Научная новизна работы заключается в том, что' разрабс научно-обоснованный метод решения одной из основных задач родинамичесной теорий смазки, состоящей в создании с учете нелинейных факторов новых методов расчета пористых подшилн неоднородных в осевом, радиальном и окружном направлениях, этого:

.- впервые решена нелинейная задача об установившемся чении вязкой несжимаемой жидкости в неоднородном по окружи пористом подшипнике конечной длины, работающем под давлени питания;

- аналитически найдены основные характеристики подшил: ка, установлены области изменения режимных и конструктивны: параметров, в том числе коэффициента проницаемости материа. вкладыша, обеспечивающих оптимальней гидродинамический рею работы подшипника;

- решена нелинейная задача гидродинамического расчета шипника бесконечной длины переменной пористости .в радиальн< и окружном направлениях. Установлена закономерность изменег проницаемости,- обеспечивающая надежный жидкостный режим ра( ты подшипника;

- разработан метод расчета подшипника неоднородного в вом направлении. Установлена закономерность распределения I фициента проницаемости-вкладыша вдоль оси, при котором отсу вует утечка смазки из торцов вкладыша.

Практач_еская_ценн.остьл_ В результате теоретического исс дования. и проведенных экспериментов разработана математичес модель прогнозирования надежной работы пористых подшипников неоднородных в окружном, радиальном и осевом направлениях, тающих под давлением питания. Установлены режимные и констр тивные параметры, а также коэффициент проницаемости, обейпе вающие жидкостный режим работы подшипников.

Реализ£1^я_резул^таго1в_рабо1ты. Разработанные рекоменда-нашли применение и могут быть широко использованы при премировании неоднородных пористых подшипников, применяющихся урбинах;, мощных электромашинах, металлообрабатывающих шли-альных станках, кузнечно-прессовоч и литейном производстве, акже в подъемно-транспортом оборудовании.

Апробация даботьи Основные положения и результаты диссер-,ионной работы докладывались на:

Всесоюзной научно-технической конференции "Надежность ро-1ных систем с опорами на газовой смазке" (Новороссийск, 1990 ; Всесоюзной научно-технической конференции "Износостойкость 1ин" (Брянск, 1991 г.); на научно-технической конференции >фессорско-преподавательского состава РИШГа (1989, 1990 г.).

Работа в полном объеме доложена на совместном заседании [•едр высшей математики и путевых и строительных машин Ростов-зго-на-Дону института инженеров железнодорожного транспорта на заседании кафедры технологии конструкционных материалов зтовского-на-Дону института сельскохозяйственного машиностро-ля, •

Публмации^ По результатам выполненная исследований опуб-ковано 12 статей. -

Объем работы. Диссертация состоит иъ введения, трех глав, щих выводов, списка использованной литературу и приложений, а содержит 207 страниц, включающих в себя 50 рисунков, 26 блиц, библиографию из 65 наименований, ¿оде£жание_раб оты.

Во_вв,едении кратко излагается современное- состояние вопроса обосновывается актуальность рассматриваемой темы.

В пе£вой_главе рассмотрена нелинейная задача »6 установив-моя течении вязкой несжимаемой жидкости в не одно родно» порис->м подшипнике конечной длины, питаемом смазкой под давлением ;рез вкладыш , Предлагается, что смазка заполняет асе пространно между шипом, вращающимся с постоянной углееок скоростью, неподвижным подшипником (рис. I). Температуру смазки и ее мкость считаем постоянной.

Течение жидкости в смазочном слое удовлетворяет полной ейе-э'ле нелинейных уравнений Навье-Сгокса и уравнении неразрывности

Рис. I. Схема пористого подшипника

Рассмотрим случай, когда пористый подшипник имеет прс цаемость изменяющуюся по окружности. В теле пористого вкла,п течение смазки подчиняется закону Дареи. С учетом уравнения неразрывности, получаем, что давление в порах вкладыша удое воряет уравнению:,.

При записи граничных условий предполагалось, что

1) на поверхности вала выполняется условие прилипания;

2) на внутренней поверхности вкладыша скорость жидкост подчиняется закону Дарси;

3) давление на торцах подшипника равно давлению окружэ щей среды;

4)'при переходе через пористую границу давление непрерыв-

5) на внешней поверхности пористого вкладыша давление 13но давлению подачи смазки.

Решение задачи ищется в виде

и , V , Р - решение плоской нелинейной задачи для оплошно подшипника, и , V , и/ , р' - добавочные слагаемые, гйтывагацие конечность длины подшипника и подачу смазки через >ры вкладыша. Решение задачи для этих слагаемых найдено в ввде [дов по степеням малого параметра £ -относительного эксцент-юитета. Построенное решение выражено через модифицированные икции Бесселя.-Найдено воздействие смазки на шип и подшипник.

Предполагая, что безразмерный коэффициент проницаемости' меняется по такому же закону, .что и зазор определены основные фактеристики неоднородного пористого подшипника скольжения.

В случае малого зазора исследовано влйяние параметров непородного по окружности пористого подшипника на характерис-дси смазочного слоя: коэффициент нагруженности, коэффициент ¡противления вращению и коэффициент трения.< ■

Расчеты- были проведены на ЭВМ в широком диапазоне значений .раметров, охватывающих практически возможные,' рлучад, встре-.ющиеся в эксплуатации.

Отдельные результаты расчета представлена на графиках, 1С. 02,3).

/

м* /р" { V

Рис.-2 Графики зависимостей между, коэффшадентсш-

нагруженности и коэффициентом, проницаемости ;

Рис. 3 Зависимость коэффициента ¡трения от проницаемости ;

В заключение первой главы рассмотрена задача об установ шемся .течении несжимаемой вязкой жидкости между шипом и пор тым подшипником бесконечной длины с непроницаемой внешней ст кой. Подшипник находится в покое, а шип вращается в постоянн угловой скоростью. Пористый вкладыш неоднороден как по толщи так и по окружности. Смазка заполняет все пространство между шипом и пористым вкладышем.

Задача сводится к интегрированию полной системы нелине!1 уравнений Навье-Стокса, уравнения неразрывности"и уравнения,

зевающего течете смазки в теле пористого подшипника и под-тщегося закону Дарси.

Гидродинамическое давление, возникающее в зазоре неодно-чого по,толщине и .окружности пормстого подшипника мало от-ается- от гидродинамического давления в смазочном слое под-ника, если вкладыш состоит из трех составных частей раэлич-проницаечоети,

Во_втодий главе рассматривается установившееся течение кой несжимаемой жидкости неоднородном в осевом направлении истом подшипнике конечной длины. Предполагалось, что жид-ть заполняет все пространство между шипом, вращающимся с тоянной угловой скоростью и неподвижным пористым вкладышем с. I), Температуру смазки и ее вязкость считали постоянной, зка подается под давлением через поры вкладыша.

Течение жидкости в смазочном слое' удовлетворяет нашей сисе нелинейных уравнений Навье-Стокса (I) и уравнению неразрыв-ти (2)., В теле пористого вкладыша давление подчиняется зако-Дарси,-Граничные условия имеют тот же вид, что и в задаче, сматриваемой в первой главе диссертации.

Была поставлена следующая задача: установить такой закон пределения проницаемости вдоль оси, чтобы утечка смазки из цов пористого вкладыша отсутствовала, т.е. пористый вкладыш отал как уплотнитель.

Была установлена такая закономерность изменения козффици-а проницаемости вдоль оси, когда выше поставленная ц<5Л$> тигается. При атом удается найти точное решение задачи.

С помощью метода конечных разностей от системы дийфереальных уравнений с граничными условиями совершен переход истеме нелинейных алгебраических-уравнений. Полученная сйо-а была решена численными методами.

Найдено воздействие смазки на шип и подшипник и определе-основные характеристики подшипника. Исследовано.влияние па- . етров неоднородного в осевом направлении пористого подшипни- . на характеристики смазочного слоя: коэффициент нагруженности, ффициент сопротивления вращению и коэффициент трения.- Рас-тренные параметры, охватывают практически возможные случаи,

:тречащиеся й эксплуатации. Расчеты лроведййа на' ЭВМ. Отдель-№. результаты расчетов представлены на графзйкйх.'рис. 6, Г7).-

Рис. .6. Зависимости между коэффициентом нагру-ненности и коэффициентом, проницаемости

Третья_гла£а посвящена экспериментальным исследованиям »однородного пористого подшипника конечной-дйины, питаемого «азкой под давлением через поры'вкладыша, проведенным для юверки справедливости полученных теоретических результатов.

Целью эксперимента явилось:

1) разработать методику проведения лабораторных испытаний провести, измерения коэффицента нагруженности, коэффицента )ения, толщины смазочного слоя, распределения давления;

2) разработать рекомендации для практического внедрения различные области народного хозяйства;

1С

Рис, 7 Зависимость коэффициента трения от ' проницаемости </ - 9$£)

3) провести натурные исследования пористых подшипников не однородных в ссевем-}! окружном направлениях.

Опыгы проведены на универсальном стенде с использованием устройства для определения формы смазочной пленки., а.также коэффициента ?рения (стенд и указанные устройства конструкции Ф.П. СнегойсКоГо),

Пористые вкладыши изготавливались из порошковых материало применяемых серийно б производственных условиях ПО "Роотсель-маш".

Были подготовлены к испытаниям образцы с кольцевыми секци ями рааличной проницаемости (неоднородный в осевом направлении Подшипника) и образцы с сегментными секциями различной проницаемости (подшипник неоднородный в окружном направлении).

Проводились измерения давления по окружности, момента сил трения, толщины смазочной пленки.

По экспериментальным данным были определены основные характеристики ..неоднородного пористого подшипника-: коэффициент напряженности, коэффициент сопротивления вращению и коэффициент трения. Построены графики зависимостей этих величин от относительного эксцентриситета для неоднородных вкладышей с различной проницаемости..

Сравнение результатов полученных теоретически и экспериментально, показывают их хорошее согласие (рис. 8, 9).

£ис. 8. Зависимость коэффициента нагруженности от относительного эксцентриситета;

0,998;

/ - теоретическая, экспериментальная.

. Рлс, 9, • Зависимость коэффициента трения от■ относительно;

эксцентриситету : , ^ ,

• Л - теоретическая, 2—экспериментальная

В приложена* вынвйена программы. составленные для решения систем нелинейных алгебраических уравнений, полученных в Тидро-динвмическом расчете'неоднородного, в осевом направления пористого подшипника. Кроме того}в приложении приводятся материалы внедрения.

ОЩйЕ-ШВОДЫ

На' основе результатов научных исследований, выполненных I диссертации можно сделать следующие выводы:

I. Решена нелинейная задача движения смазки для иеоднородн го по окружности пористого подшипника скольжения, питаемого смазкой под давлением через поры вкладыша, Решение найдено в . виде суммы решения плоской нелинейной задачи для подшипника из сплошного материала и добавочных слагаемых, учитывающих конеч^

10сть длины подшипника и подачу смазки "черев игристый вкладыш, Решение задачи получено в виде рядов по степейым малого параметра 3 - относительного эксцентриситета и выражено через модифицированные функций Бесселя.

2. Найдено"Воздействие смазки на шил и подшипник. Для злучая малого зазора и распределения проницаемости'по Окруж-юсти по тому же закону,что и зазор определены основные характеристики пористого подшипника скольжения,

3. "Установлена зависимость коэффициента нагруженности и соэффициента трения от коэффициента проницаемости и относитёль-юго эксцентриситета. При изменении значения безразмерного ко-)ффициента проницаемости в интервале (Ю-4, Ю-2) достигается ттимальный режим работы подшипника.

4. Решена плоская. Нелинейная задача об установившемся тернии смазки в подшипнике с непроницаемой внешней стенкой, юристый вкладыш которого неоднороден как по толщине, так.и

10 окружности. Установлено, что оптимальный режим работы та-юго подшипника достигается в случае, когда пористый вкладыш' ¡остоит из трех составных частей различной проницаемости.

5. Решена нелинейная задача об установившемся течении вяз-:ой несжимаемой жидкости в неоднородном пористом подшипнике :онечной длины, питаемом смазкой под давлением через тело вкла-¿ызпа. Проницаемость вкладыша меняется вдоль оси подшипника. 1адача решена численными методами.

6. Найдено воздействие смазки на шип и подшипник. Устано-1лена зависимость коэффициента нагруженности и коэффициента рения от коэффициента' проницаемости и относительного эксцент-иситета. При'изменении наименьшего значения коэффициента про-ицаемостй в области (10"^, Ю"2) коэффициент нагруженности меет ярко выраженный минимум, а коэффициент трения - максимум.

7. Установлен такой закон изменения коэффициента проницаемости в осевом направлении, при котором отсутствует утечка мазки из торцов вкладыша, а утечка из торцов смазочного слоя инимальна.

8. Сравнение зависимостей основных характеристик неодно-одного пористого вкладыша от относительного эксцентриситета ри различных значениях проницаемости, полученных теоретически

а 'эксперкменталььск пскаии.о -их хороибз согласие,

9. Результаты проведенного исследования дают возможность определить условия рационального использования неоднородных пористых материалов., для изготовления подшипников и поставить вопрос об их шир ком внедрении в народное хозяйство как полноценный заменитель доростоящих подшипниковых материалов.

Основные результаты диссертации.опубликованы в следующих работах:

1. Прянишникова Л.И. Определение давления в нелинейной задаче об установившемся движении вязкой несжимаемой жидкости в неоднородном пористом подшипнике конечной длину // Трение, износ и смазка в узлах машин, - Ростов н/Д: РИШТ, 1969. -

С. 7-12.

2. Ахвердиев К.С., Прянишникова Л.И. Неоднородный пористый подшипник скольжения. - Ростов н/Д, 1989, - 21 с. - Деп. в ЩИИТЭИ; автопром 18.05.89, № 1887. -ап. 89.

3. Ахвердиез К.С., Прянишникова Л.И. Об одном точном решении задачи гидродинамического расчета соосного пористого, подшипника конечной длины //Механика деформируемых тел. - Ростс н/Д: РИОСМ, 1990. - С. 77-80.

4. Прянишникова Л.И. Гидродинамический расчет неоднородного пористого подшипника // Механика деформируемых тел, - Ростов нЗд: ШСХМ, 1990. - С, 67-73.

5. Прянишнтшова :Д.И., Го;.овко И.В. Квазистационарное течение смазки в пористом подшипнике конечной длины,питаемом смазкой под давлением через тело вкладыша. - Ростов н/Д, 1990, - 15 с, - Деп. в ВИНИТИ 11.05.90, ¿«,2535- В90.. "

6. Ахвердиев К.С., Прянишникова Л.И. Нелинейная задача

сб установившемся течении смазки в. неоднородном пористом подшипнике бесконечной длины'.' - Ростов н/Д, 1990, - 10 с. - Деп, в ВИНИТИ II.05.90, № 2534-В90.

7. Прянишникова Л,И, Гидродинамический расчет пористого подшипника конечной длины с учетом нелинейных факторов. - Ростов н/Д, 1990. - 26 с. Деп.в ВИНИТИ 18,01.90, № 388-В90.

8. Шевченко А.И., Ахвердиев Д.С., Головко И.В., Пряшщни-,кова Л.И. Радиальное вытеснение газом несжимаемой жидкости из

кольцевой пористой области при квазистационарном режиме фильт-

>ации газа // Надежность роторных систем с' .ойдрами' на газовой ¡мазке: Тезисы докладов. - Новороссийск, 199СГ.С.28.

9. Ахвердиев К.С., "Прянишникова Л.И. Об одном точном ре-юнии задачи о радиальном пористом подшипнике конечной длины// !рение и износ.-- 1991. - Т. 12. - № I. С. 24-29.

10. Ахвердиев К.С., Прянишникова Л.И.; Прянишнико-й В.И. 1апряженное состояние неоднородного' пористого цилиндра под (ействием гидродинамического давления. - Ростов н/Д» 1991. -■ 12 е.- Деп.- в ВИНИТИ 3.01.91, № 54 - В91.

11. Ахвердиев К.С., Прянишникова Л.И. Неоднородный пористый лодшилник конечной длины // Износостойкость машин: Тезисы укладов. - Брянск, 1991.

12. Прянишникова Л.И., Прянишников В.И. Расчет напряженного состояния пористого Цилиндра под действием гидродинамического цилиндра под действием гидродинамического расчета // Численны. I аналитические методы решения задач строительной механики и геории упругости. - Ростов н/Д: РИСИ, 1991. - С. 23-33.

Замеченные опечахк» в автореферате рссврт&ци Пряишншово* Л "Неоднородный пориста! подошли* конечно! длмн, питаемый схазхоя под дандвиеи через поры выадиа*.

Следует читан Предполагаете* с постоянной хндеосхк в неоднородной

полно» вннесенн дорогостояцих

и-Д

12, Прянннннкова Л.1 Пряшишихов В.И., Расчет Прянишников В.И. Рги нгшрахенного состояния чех напряженного сос

ПОрНСХОГО ЦНЛИНДра под ЯНИЯ и^рисюго цили1

действием гндродината- дра под действием

ческого цилиндра вод гидродинамического

дейсгвжем гидродаиам,-"ес- давления, кого расчета.

Схроха Напечатано

31 Предлагается

10 в постоянное

9 ххдкосм неодно-

родвш

15 нааеЖ

5 вынесена

6 доросхоянкг 23 вЗд

13 12. Прянишникова Л.И.,