автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Прогнозирование оптимальной опорной поверхности упорных и радиальных подшипников, обладающих повышенной несущей способностью

Введение.

1. Современное состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 Способы повышения несущей способности подшипников скольжения.

1.2 Постановка задачи исследования.

2. Математическая модель прогнозирования оптимального профиля опорной поверхности упорного подшипника скольжения.

2.1 Установившееся движение смазки в упорном подшипнике с псевдокруговым контуром опорной поверхности.

2.2 Основные уравнения и граничные условия.

2.3 Автомодельное решение задачи.

2.4 Определение поддерживающей силы.

2.5 Установившееся движение смазки в упорном подшипнике с псевдокруговым контуром опорной поверхности при экспоненциальной зависимости вязкости от давления.

2.6 Выравнивание и линеаризация плотности температурного поля рабочей поверхности упорного подшипника.

2.7 Постановка задачи. Основные уравнения и граничные условия.

2.8 Установившееся движение проводящей смазки в зазоре упорного подшипника с псевдокруговым контуром опорной поверхности, при наличии внешнего магнитного поля произвольной частоты.

3. Математическая модель прогнозирования оптимального профиля опорной поверхности радиального подшипника скольжения.

3.1 Установившееся движение смазки в подшипнике с квазикруговым контуром опорной поверхности.

3.2 Основные уравнения и граничные условия.

3.3 Автомодельное решение задачи.

3.4 Определение поддерживающей силы.

3.5 Гидродинамический расчет радиального подшипника с квазикруговым контуром опорной поверхности при экспоненциальной зависимости вязкости от давления.

3.6 Разработка радиального подшипника скольжения с температуровыравнивающим контуром опорной поверхности.

3.7 Постановка задачи. Основные уравнения и граничные условия.

3.8 Установившееся движение проводящей смазки в зазоре радиального подшипника с квазикруговым контуром опорной поверхности при наличии внешнего магнитного поля произвольной частоты.

3.9 Движение смазки в зазоре радиального подшипника с квазикруговым контуром опорной поверхности с частичным заполнением смазкой зазора.

3.10 Основные уравнения и граничные условия.

3.11 Определение поля скоростей и давлений и координат начала и конца свободной поверхности.

4. Экспериментальная оценка основных теоретических результатов.

4.1 Цель эксперимента.

4.2 Измерение момента сил трения.

4.3 Определение режима трения.

4.4 Измерение толщины смазочной пленки.

4.5 Измерение температур.

4.6 Экспериментальные подшипники и стенды для испытаний.

4.7 Анализ результатов эксперимента.

4.8 Разработка лабораторно-испытательного стенда для испытания подшипников с круговым и квазикруговым контуром опорной поверхности, работающих на проводящей смазке при наличии внешнего магнитного поля.

В современных машинах, как правило, проектируются рост скоростей вращающихся деталей, увеличение статических и ударных нагрузок, действующих на подшипники скольжения. Поэтому разработка подшипников, обладающих повышенной несущей способностью и работающих в устойчивом тепловом режиме является неизбежным фактором.

Анализ работ посвященных работе подшипников скольжения обладающих повышенной несущей способностью и работающих в устойчивом тепловом режиме показывает, что в этой области существует ряд нерешенных проблем. Прежде всего, это проблема, связанная с научно-обоснованным выбором размеров сужающегося и расширяющегося зазоров упорного и радиального подшипников двойного действия обеспечивающих устойчивый гидродинамический и тепловой режим их работы. Решению этой проблемы посвящена данная диссертационная работа. Общая цель диссертации путем прогнозирования оптимального профиля опорной поверхности, разработать конструкции упорных и радиальных подшипников обладающих повышенной несущей способностью и работающих в устойчивом тепловом режиме.

Основные научные положения диссертации выносимые на защиту :

Оценка влияния параметра пластичности на основные рабочие характеристики радиального подшипника при полном и частичном заполнении смазкой зазора.

- Метод выравнивания и минимизации плотности температурного поля на рабочей поверхности упорного и радиального подшипников.

Технологические принципы усовершенствования конструкций упорных и радиальных подшипников, обладающих повышенной несущей способностью и работающих в устойчивом тепловом режиме.

Общие выводы

1. Разработана математическая модель прогнозирования оптимального профиля опорной поверхности упорного и радиального подшипников скольжения

2. Разработана конструкция упорного подшипника с псевдокруговым контуром ползуна, обладающего повышенной несущей способностью.

3. Разработана конструкция радиального подшипника с квазикруговым контуром опорной поверхности, обладающего повышенной несущей способностью при полном и частичном заполнении смазкой зазора.

4. Разработан метод минимизации плотности температурного поля на рабочей поверхности упорного и радиального подшипников.

5. Разработаны конструкции упорных и радиальных подшипников с температуровыравнивающими контурами их опорной поверхности.

6. Дан метод гидродинамического расчета радиального подшипника с квазикруговым контуром опорной поверхности, работающего на вязкопластичной смазке. Установлены оптимальные значения структурных параметров вязко-пластичной смазки при которых повышенная несущая способность сочетается с наименьшим трением.

7. Дана экспериментальная оценка основным теоретическим результатам по моменту сил трения, несущей способности, толщины смазочной пленки, распределения давления и температуры в радиальных подшипниках с квазикруговым контуром опорной поверхности при полном и частичном заполнении смазкой зазора.

8. Дан метод гидродинамического расчета подшипников: упорного с псевдокруговым и радиального с квазикруговым контуром опорной поверхности, работающих на проводящей смазке при наличии внешнего магнитного поля переменной частоты.

9. Разработан научно обоснованный метод оптимального выбора амплитуды и частоты внешнего магнитного поля, обеспечивающих повышенную несущую способность упорного и радиального подшипников.

10. Разработана методика проведения эксперимента по исследованию работы радиального подшипника с квазикруговым контуром опорной поверхности в случае проводящей смазки и при наличии внешнего магнитного поля. А так же разработана испытательная установка, удовлетворяющая следующим параметрам:

- создание радиального магнитного потока в зазоре подшипника с изменением частоты;

- создание изменяющейся нагрузки на подшипник;

- подбор привода, создающего вращающий момент вала и выполняющего сложную многофункциональную задачу: а) изменяющую скорость вращения вала в соответствии с реальными условиями; б) сравнительно линейную характеристику момента на фиксированной частоте; в) возможность изменения вращающего момента на фиксированной частоте вращения.

11. Дана оценка влияния частоты магнитного поля на коэффициент трения и на несущую способность подшипника.

12. Разработаны практические рекомендации для промышленного внедрения.

124

1. Этисон. Базовый упорный подшипник двойного действия -подшипники с высокой несущей способностью. Труды Американского общества инженеров - механиков,№1-1977

2. Проблемы трения и смазки» С. 93-100.

3. Хрущов М.М., Курицына А.Д. Исследование изменений в строении рабочих поверхностей высокословянистого баббита в процессе трения и изнашивания,- В сб.: Трение и износ в машинах, вып.5, изд. АН СССР, 1950.

4. Рыжов Э.В. Контактная жесткость деталей машин. М. «Машиностроение», 1966.

5. Крагельский И.В. Трение и износ. М.»Машгиз». 1968.,383 с.

6. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. М., «Машиностроение», 1968, 543 с.

7. Бартон. Влияние двумерной синусоидальной шероховатости на характеристики несущей способности слоя смазки,- «Техническая механика»,НЛ,1963,№ 2. с. 154.

8. Билик Ш.М. Макрогеометрия деталей машин, М.,»Машгиз», 1962.

9. Билик Ш.М. пары трения металл-пластмасса в машинах и механизмах. «Машиностроение». 1966.

10. Зайцев А.К. Основы учения о трении, износе и смазке машин,ч.1, «Машгиз», 1947,256 с.

11. Давыдов А.П. Резиновые подшипники в машиностроении. Л., «Машиностроение»,1976,с.200.

12. Дьячков А.К. Трение, износ и смазка в машинах. Изд.АН СССР. 1958.

13. Евдокимов Ю.А. Подшипник скольжения. Авт. Свид. № 185156,- Открытия, изобретения, пром. Образцы, тов. Знаки,№ 16, 1966. конференции РИИЖТа, Ростов-на-Дону,1966.

14. Евдокимов Ю.А. Подшипники скольжения с макроканавками. Тезисы докладов 35-й научно-технической конференции РИИЖТа, Росто-на-Дону, 1966.

15. Евдокимов Ю.А. Трение и износ пластмасс по металлу при граничной смазке. Автореферат докторской диссертации. Новочеркасск. НИИ, 1970.

16. Евдокимов Ю.А. Влияние шероховатостей поверхности трения и упрочнения стали на антифрикационные свойства пары металл-пласмасса,- В кн.: Применение материалов на основе пластмасс для опор скольжения и уплотнений в машинах, «Наука», 1968.

17. Евдокимов Ю.А. Моделирование процесса трения в подшипниках скольжения при несовершенной смазке. В кн.: Теория трения и износа, «Наука». 1965.

18. Евдокимов Ю.А. Приходько В.М. Влияние геометрической формы макроканавки на антифрикационные свойства подшипника скольжения. В кн.: Надежность и долговечность строительных и транспортных машин. Труды РИИЖТа , вып. 137. Ростов-на- Дону. 1977, с. 122-124.

19. Снеговский Ф.П., Тюрин Ю.Н. Гидродинамическая смазка манжетного уплотнительного узла. «Вестник машиностроения», 1976.№ 1, с. 27.

20. Снеговский Ф.П., Синяков Г.И. Исследование контактного взаимодействия цилиндра с поршнем. В кн.: Контактно- 2-й

21. Всесоюзной гидродинамическая теория смазки и ее практическое применение в технике. Материалы 2-й Всесоюзной научно -технической конференции, вып. 2. Куйбышев, 1978, с. 83-86.

22. Снеговский Ф.П. Виниченко И.В. Об оптимальных параметрах регулярного микрорельефа опор скольжения при полужидкостном трении. «Детали машин»,вып.30,с.104.

23. Шнейдер Ю.Г. Образование регулярных микрорельефов на деталях и их эксплуатационные свойства. JI., «Машинооооостроение», 1972, 240 с.

24. Шуллер. Экспериментальное исследование устойчивости различных гидродинамических радиальных подшипников скольжения постоянной геометрии с водяной смазкой и нулевой нагрузкой.- «Проблемы трения и смазки «, 1973, №;, с.38- 52.

25. Синг. Обобщенная теория узких канавок, применительная к вязкостным насосам со спиральными канавками,- «Проблемы трения и смазки»,1972,№ I.e. 38-52.

26. Синг. Аналитические решения для вязкостных насосов со спиральными канавками в случае несжимаемой жидкости.-«Проблемы трения и смазки», 1974,№ 3, е.67-73.

27. Бустма. Поверхность раздела жидкость газ и несущая способность радиальных подшипников с винтовыми канавками.-«Проблемы трения и смазки», 1973,№ 1, с. 104.

28. Бустма. Поверхность раздела жидкость газ в радиальных подшипниках со спиральным и канавками и ее влияние на устойчивость. - «проблемы трения и смазки2,1974,№ 3. с. 35- 46.

29. Дьюар. Анализ подшипников со спиральными канавками, смазываемых консистентной смазкой или маслом. «Проблемы трения и смазки», 1974, №2, с. 87-95.

30. Элрод. Некоторые уточнения теории вязкостных шнековых насосов «Проблемы трения и смазки», 1973. № 1, с. 91-103.

31. Элрод. Теория тонкого смазочного слоя для ньютоновской жидкости на поверхностях с бороздчатыми шероховатостями или канавками,- 2Проблемы трения и смазки»Д973, № 4,с. 91-97.

32. Мурд. Трение и смазка эластомеров (перевод с английского).М., «Химия», 1977,262 с.

33. Мурд. Основы и применения триботехники (перевод с английского). М., «Мир». 1978.

34. Старосельский А.А.,Гаркунов Д.Н., Долговечность трущихся деталей машин. М., «Машиностроение», 1967, с.395.

35. Вор, Чау. (Чжоу). Характеристики газовых радиальных подшипников с шевронными канавками. «Теоретические основы инженерных расчетов», 1965. № 3, с.37.

36. Сухов С.А. Исследование закономерностей сухого и граничного трения шероховатых поверхностей металлов. В кн.: Трение и износ в машинах, вып. 6. М., изд. АН СССР, 1950.

37. Чернавский С.А. Подшипники скольжения. М., «Машгиз», 1963., с. 243.

38. Честнов А.Л. Влияние скорости скольжения и шероховатости цапфы на износ подшипников скольжения. В сб.: Качество поверхностей деталей машин, вып. 4, изд. АН СССР, 1959.

39. Чукмасов С.Ф. Качество поверхностей трения и их износ. В сб.: Качество поверхностей деталей машин, вып.;, изд. АН СССР, 1952.

40. Кислик В.А. Влияние шероховатости поверхностей на трение и изнашивание в условиях частичной смазки. «Техника железных дорог», 1949, № 2

41. Тарг С.М. Основные задачи теории ламинарных течений. М-JL, Гостехиздат», 1951

42. Ахвердиев К.С., Приходько В.М., Евдокимов Ю.А. Установившееся течение вязко пластичной смазки в подшипнике скольжения. Изв. Вузов, Машиностроение, 1979, № 11, с. 29-30.

43. Слезкин H.A. К вопросу об уточнении решения уравнений Рейнольдса. ДАН СССР, т.4, № 2, 1946.

44. Лейбензон Л.С. Границы приложимости гидродинамической теории смазки. «Гидродинамическая теория смазки». М.-Л., ГИТТЛ, 1934.

45. Кудинов В.А. Гидродинамическая теория полужидкостногоч.трения. Труды 3-й Всесоюзной конференции по трению и износу в машинах, т. 2, изд. АН СССР, 1960.

46. Sommerfeld А. Zur Hydrodynamischen Theorie der Schmiemiittelreibng. Zeitschrift für Mathematik und Physik, Bd.50.1904. Русский перевод в сборнике « Гидродинамическая теория смазки.», ГТТИ, М-Л., 1934.

47. Sommerfeld А. Zur Theorie der Schmiernuttelreibunng . Zeitschrift für Technische Phusik, № 3,№ 4. 1921. Русский перевод в сб. «Гидродинамическая теория смази», ГТТИ, М.-Л., 1934.

48. Никитин А.К., Ахвердиев К.С. Остроухов В.И. Гидродинамическая теория смазки и расчет подшипников скольжения, работающих в стационарном режиме.

49. Коровчинский М.В. Теоретические основы работы подшипников скольжения. М: Машгиз, 1959, 403 с.

50. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1978, 736 с.

51. Огибалов П.М., Мирзаджанзаде А.Х. Нестационарные движения вязко пластичных сред. - М.: МГУ, 1970, с.55-65.

52. Ахвердиев К.С., Воронцов П. А., Черкасова Т.С. Гидродинамический расчет подшипников скольжения с использованием моделей слоистого течения вязкой и вязко -пластичной смазки. // Трение и износ. 1998, Т19, №6, с.698-707

53. Ахвердиев К.С., Воронцов П.А., Черкасова Т.С. Математическая модель стратифицированного течения смазки в зазоре радиального металлополимерного подшипника скольжения.// Проблемы машиностроения и надежности машин . !999, №3, с.93-101

54. Регирер С.А. Приближенное решение задачи о течении проводящей жидкости в канале прямоугольного сечения. МГИГ, 1970, №5, 33-40

55. Хожанков А.И. Нестационарное течение проводящей смазки в канале МГД генераторе при коротком внезапном замыкании ГИТФ, 1967, 37, №8, 1543-1545

56. Гордеев Г.В. Нестационарное вращение плазмы в магнитном поле ГИТФ 1961, 31, №3, 271-282

57. Зимин Э.П. Течение электропроводящей жидкости в магнитном поле линейного тока. Известия АН СССР, ОТН, М,М, 1962, №3, 15-18

58. Зимин Э.П. Течение электропроводящей смазки в плоском магнитногидродинамическом канале ПМТФ, 1961, №6, 108112

59. Ахеджак М.К., Ахвердиев К.С., Приходько В.М., Яковлев М.В. Упорный металлополимерный подшипник с волнистой рабочей поверхностью. «Повышение износостойкости деталей машин». Межвузовский сборник научных трудов г Ростов-на-Дону, 1999г. с. 134-136

60. Ахвердиев К.С., Ахеджак М.К., Приходько В.М., Яковлев М.В. Теплообмен при движении смазки в радиальном металлополимерном подшипнике с волнистой рабочей поверхностью. Межвузовский сборник научных трудов г Ростов-нв-Дону, 1999г. с 110-113

61. Ахеджак М.К. Гидродинамический расчет радиального подшипника с псевдокруговым контуром опорной поверхности при экспоненциальной зависимости вязкости от давления. Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения №1 2000г. с. 9 -12

62. Ахвердиев К.С., Приходько В.М., Черкасова Т.С., Ахеджак М.К., Яковлев М.В. Радиальный подшипник скольжения с квазикругловым контуром опорной поверхности. Заявка № 99110529/28. Приоритет 19.05.99 г.

63. Ахвердиев К.С., Приходько В.М., Черкасова Т.С., Ахеджак М.К., Яковлев М.В. Упорный подшипник скольжения двойного действия с псевдокруговым контуром ползуна. Заявка № 99110536/28. Приоритет 19.05.99 г.

64. Трение, изнашивание и смазка: Справочник / под ред. Крагельского И.В., Алисина В В М. Машиностроение, 1978. Кн 1 400 с.

65. Хрущов М.М., Беркович Е.С. Точное определение износа деталей машин. «Академиздат», 1953г.

66. Хрущов М.М. Развитие в СССР лабораторных методов испытания на изнашивание. «Заводская лаборатория», 1967г.,№10.

67. Елин Л.В. Прочность масляной пленки и износ металлов при несовершенной смазке в кн.: Трение и износ в машинах, вып.5, издательство АН СССР, 1950г.

68. Елин JI.B. Износ металлов в машинах при неполной смазке. Труды 3-й Киевской научно-технической конференции по повышению износостойкости машин, т.1, изд. АН УССР, 1960г.

69. Раевский H.H. Методы экспериментального исследования механических параметров машин Изд. АН СССР, 1952г.

70. Розенберг Ю.А. Влияние смазочных масел на надежность и долговечность машин. М., «Машиностроение», 1970,312с.

71. Ахматов A.C. Молекулярная физика граничного трения М., Гос. Изд. Физ.-мат. лит., 1963г.

72. Ахматов A.C. Физические свойства граничных смазочных слоев с точки зрения структурной механики образующих их молекул. Труды 3-й Всесоюзной конференции по трению и износу в машинах, т.2, изд. АН СССР, 1960г.

73. Коднир Д.С. Контактная гидродинамика смазки деталей машин. М., «Машиностроение», 1976, 304с.

74. Коднир Д.С., Медвинский М.Д., Зоммер Э.Ф. Определение формы зазора в неметаллических подшипниках трения. «Вестник машиностроения», 1955,№3.

75. Коднир Д.С. О методе решения контактногидродинамической задачи. Труды 3-й Всесоюзной конференции по трению и износу в машинах, т.З, изд. АН СССР, 1960г.

76. Кулаков М.В., Макаров Б.И. Измерение температуры поверхности твердых тел. М., «Энергия», 1969,142с.

77. Снеговский Ф.П. Опоры скольжения тяжелых машин. М., «Машиностроение», 1969,223с.

78. Русин П.И., Аначенко JI.H. определение оптимального числа измерений изучаемых параметров при экспериментальныхисследованиях. В кн.: Многопараметровый контроль в машинах. Ростов-на-Дону, 1969.

79. Смирнов Н.В., Дунин Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М. «Наука», 1969.

80. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М., Гос. Изд, физ,-мат. лит., 1958.

81. Заявка 53-7883 (Япония)- Опубл. 1978 г.

82. Заявка 54-39844 (Япония)- Опубл. 1979 г.

83. Заявка 55-26696 (Япония)- Опубл. 1980 г.

84. Заявка 53-60309 (Япония)- Опубл. 1978 г.

85. Воронцов П.А. , Семенов А.П., Кацура A.A. О микрогеометрии поверхности трения металлоффторпластовых подшипников, работающих в условиях жидкостной смазки // Трение и износ. 1990. Т.11.4. с.709-716

86. Шеховцев В.А., Голубев Ю.М. Влияние базовой длины на точность контроля шероховатости и прогнозирования начальной износостойкости. В кн.: Новейшие методы обработки металлов. Новосибирск. НГУ-НЭТИ 1977, с. 73-82.

87. Евдокимов Ю.А., Приходько В.М. Влияние микро- и макротопографии контактирующих поверхностей на процессы трения с граничной смазкой // Вестник машиностроения 1984, 3, с. 10-11.

88. Снеговский Ф.П., Болюк Н.Г. Исследование смазки подшипников скольжения с микроканалами на валах. // Трение и износ. 1983. Т. 4,2 с. 322-329

89. Кудинов В. А. Гидродинамическая теория полужидкостного трения. // Тр.З Всесоюз. Конф. По трению и износу в машинах. М., Изд-во. АН СССР. 1960, Т. 2, с. 161-170.

90. Орлов П.И. Смазка легких двигателей М., ОНТИ, 1937.136

91. Снеговский Ф.П. Экспериментальные исследования влияния деформации шип-подшипник на размеры несущего нагрузку слоя и грузоподъемность подшипника. В сб. « Механообработка, надежность машин.» Вып 11. Краматорск, Изд. НИИПТмаш, 1971. С. 121-129

92. Маньковский В. А. Экспериментальное определение распределения давлений в подшипниках из полиамидов. В сб. «Детали машин» 21,1975. С.101-103.

93. Воронцов П. А. , Семенов А.П., Горкуша А.Е. Особенности образования слоя гидродинамической смазки в подшипниках из металлофторопластовой ленты. // Проблемы машиностроения и надежности машин. РАН. М., «Наука». 1996. 2. С. 33-36.

94. Снеговский Ф.П., Горкуша А.Е., Гуня А.П. Стенд для испытания подшипников. // Вестник машиностроения, 9,1980. с. 1517.

95. Непрерывное измерение давлений и толщин смазочного слоя в узлах трения. / Ф.П. Снеговский, А.Е. Горкуша, А.П. Гуня -Детали машин. Респуб. Межвед. Научн-технич. Сб. 1985. Вып.41, с. 93-96.

96. МПС-Р.Ф. КАВКАЗСКОЕ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЛОКОМОТИВНОЕ ДЕПО обособленно« подразделение Краснодарского отделения

97. СЕВЕРО КАВКАЗСКОЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОШ

98. Ьдлдшш-еки были я'спшовлеиьг в редукторы поворотных кругов типа Гй-О^ ьЗи. Указанные подшипники зксгьтуатггруются с марта 1999 года донастоящего времени.

99. ГЬедварительный осмотр поверхностей трения показал хорошее техшгческое состояние \олов. ИЗецэокоо внедрение этих подштепников даст значительный эконо>.я-гчеаа-ш эффект и повысит надежность узлов.

100. В. В. Гриниевич А В. Кириллов К Н Ахеджак

101. Утверждаю: Главный инженер Кавказского локомотивного депо К Т. Н Лутовской Б. К1. Г^Щ^-'. .2000 года.1. Российская федерация

102. ОАО открытое акционерное общество

103. ЭУМГ-ЮСК РУМС- ЮЖСТАЛЬКОНСТРУКЦИЯ

104. У 1 VI Vy"I vy V f-rn З^ПЛЯ 5 Pnrmna.u/r-JTnuv л in Тпл n npilfwrunu 7344065 г. Ростов-на-Дону ул. Троллейбусная 2. 9 52-64-50 52-31-04 "199 г.ъ(!рждаю инженер шруквдя шко Н.И. Э 2000т1. Акт

105. Замначальника «Южстальконструкция» jßij М.И. Рябухин Соискатель K.M. Ахеджак