авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Разработка математической модели гидродинамической смазки составных цилиндрических и конических подшипников, работающих в устойчивом жидкостном режиме трения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КОЧЕТОВА СВЕТЛАНА ФЕДОРОВНА

разработка математической модели

гидродинамической смазки составных

цилиндрических и конических подшипников, работающих в устойчивом жидкостном

режиме трения

Специальности 05.02.04 – «Трение и износ в машинах»,

05.13.18 – «Математическое моделирование, численные методы

и комплексы программ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону

2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС) на кафедре «Высшая математика-2»

Научные руководители – доктор технических наук, профессор

Ахвердиев Камил Самедович,

доктор физико-математических наук, доцент

Задорожный Анатолий Иванович

Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор

Рубанов Владлен Васильевич,

доктор физико-математических наук, доцент

Еремеев Виктор Анатольевич

Ведущее предприятие – Воронежская государственная технологическая

академия

Защита диссертации состоится « 22 » марта 2010 г. в 13.30 на заседании диссертационного совета Д218.010.02 при Ростовском государственном университете путей сообщения: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, конференц-зал.

Автореферат разослан « 18 » февраля 2010 г.

……

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУПС

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 218.010.02 доктор

технических наук, профессор И.М.Елманов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Работоспособность машин, их долговечность, экономичность и надежность, качество их работы в значительной степени зависят от конструкции подшипниковых узлов. Улучшение работы подшипников скольжения может достигаться применением вкладышей из спеченных пористых металлокерамических материалов. Такие подшипники значительно дешевле в процессе изготовления. Кроме того, наличие пористого слоя на поверхности шипа и подшипника играет роль демпфера, гася вибрации и пики возникших динамических нагрузок. Анализ известных нам работ, посвященных расчету цилиндрических и конических подшипников, показывает, что во всех этих работах рабочие поверхности подшипников являются либо сплошными, либо целиком пористыми. Известные конструкции сплошных цилиндрических и конических подшипников, работающих при наличии принудительной подачи смазки через источник смазки, не позволяют поддерживать их устойчивые жидкостный и тепловой режимы работы. Хотя, существующие конструкции подшипников, целиком состоящих из пористых вкладышей, позволяют поддерживать устойчивый жидкостный и тепловой режимы их работы, путем подачи смазки через пористое тело вкладыша, они не обеспечивают необходимую несущую способность подшипника. Поэтому возникает необходимость в разработке конструкций составных цилиндрических и конических подшипников, состоящих из совокупности сплошных и пористых втулок, запрессованных в непроницаемый или проницаемый корпус, обладающих одновременно повышенной несущей способностью и работающих в устойчивом жидкостном и тепловом режимах. Следовательно, разработка научно-обоснованного метода расчета составных цилиндрических и конических подшипников скольжения на основе всестороннего учета всех факторов, связанных с конструктивной особенностью этих подшипников, является актуальной проблемой. Решение этой проблемы является основной целью данной диссертационной работы.





Цель работы – разработка надежных методов расчета составных сложнонагруженных цилиндрических и конических подшипников скольжения и аналитическое прогнозирование устойчивости их работы.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- по специальности «Трение и износ в машинах» (05.02.04):

  1. Методика расчета сложнонагруженного составного радиального подшипника конечной длины, при осевой подаче смазки.
  2. Методика гидродинамического расчета составного радиального подшипника конечной длины, при комбинированной подаче смазки.
  3. Методика аналитического прогнозирования коэффициента передачи упругой опоры качения в демпфере, со сдавливаемой пленкой и составной пористой и сплошной обоймой.
  4. Методика гидродинамического расчета составного конического подшипника конечной длины при осевой подаче смазки.

- по специальности «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» (05.13.18):

  1. Методика решения нелинейных уравнений движения смазки в зазоре составного цилиндрического подшипника конечной длины и оценка влияния нелинейных эффектов на устойчивость его работы.
  2. Методика прогнозирования точных автомодельных решений задач гидродинамического расчета составных сложнонагруженных цилиндрических и конических подшипников, которые могут быть эталонными решениями при исследовании рассматриваемого класса задач численными методами.
  3. Математическая модель аналитического прогнозирования коэффициента передачи упругой опоры качения в демпфере со сдавливаемой пленкой и составной цилиндрической и конической обоймой.
  4. Методика решения уравнений, описывающих стационарное и нестационарное движение шипа.

Научная новизна:

- по специальности «Трение и износ в машинах» (05.02.04):

  1. Разработана методика гидродинамического расчета сложнонагруженного составного радиального подшипника конечной длины при осевой подаче смазки и проанализированы условия устойчивости его работы.
  2. Разработан метод аналитического прогнозирования коэффициента передачи упругой опоры качения в демпфере со сдавливаемой пленкой и составной пористой и сплошной обоймой.
  3. Разработан метод расчета составного конического подшипника конечной длины с однослойной и двухслойной пористой составляющей и при наличии пористого слоя на поверхности вала.
  4. Проанализированы условия устойчивости движения шипа в составном коническом подшипнике, являющиеся предпосылкой для надежного проектирования составных конических подшипников, работающих в устойчивом жидкостном режиме трения.

- по специальности «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» (05.13.18):

  1. Разработан метод решения нелинейных уравнений движения смазки в зазоре составного цилиндрического подшипника конечной длины.
  2. Разработана методика математического анализа нелинейных эффектов воздействия смазки на шип составного сложнонагруженного цилиндрического подшипника конечной длины и определены условия устойчивости его работы.
  3. Разработана методика построения точных автомодельных решений задач гидродинамического расчета составных цилиндрических и конических подшипников скольжения конечной длины, которые могут служить эталонными решениями при исследовании рассматриваемого класса задач численными методами.
  4. Определены условия гидродинамической устойчивости работы составных конических подшипников.

Практическая ценность работы:

- по специальности «Трение и износ в машинах» заключается в получении аналитических зависимостей для основных рабочих характеристик сложнонагруженных составных цилиндрических и конических подшипников и базы данных, необходимых проектно-конструкторским службам при проектировании составных цилиндрических и конических подшипников, обладающих повышенной несущей способностью и работающих в устойчивом жидкостном режиме трения;

- по специальности «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»: в создании аналитического метода для прогнозирования всех функциональных и конструктивных параметров, обеспечивающих рациональный (по несущей способности и силе трения) и устойчивый режимы работы составных цилиндрических и конических подшипников и разработке точных автомодельных решений задач плоской и пространственной гидродинамической теории смазки, которые могут служить эталонными решениями при исследовании рассматриваемого класса задач численными методами.

Реализация результатов работы. Согласно разработанной в диссертации методике расчета составных цилиндрических подшипников модернизированы коренной подшипник серии 2ТЭ-10, использующийся в тепловозах серии 2ТЭ-10 локомотивного хозяйства СКЖД и опора скольжения листоштамповочных полуавтоматов на заводе по выпуску КПО в г. Азове.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт–2005» (г. Ростов-на-Дону, 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт–2006» (г. Ростов-на-Дону, 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт–2008» (г. Ростов-на-Дону, 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт–2009» (г. Ростов-на-Дону, 2009 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство» (г. Ростов-на-Дону, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ. Из них 8 опубликованы в журналах и изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, приложения. Диссертация изложена на 171 странице основного текста, содержит 53 рисунка, 6 таблиц, библиографический список на 12 страницах, приложение на 2 страницах.

Содержание работы

Во введении содержится обоснование актуальности работы, основные научные положения, составляющие предмет работы.

В первой главе приводится анализ современного состояния вопроса, и ставится задача исследований. В основу этой главы положен анализ работ зарубежных ученых в данной области: Джозефа, Камерона, Кьюзано, Капоне, Моргана, Мурти, Типея, Шера и отечественных: Ахвердиева К.С., Бернадского С.М., Бялого В.А., Дьяченко С.К., Казанчяна О.Р., Коровчинского М.В., Красниченко Л.В., Кривоносова В.К., Машкова А.Д., Подрезова Е.С., Савченковой С.С., Сиренко Б.И., Снопова А.И., Толпинской Н.М., Шевченко А.И., и другиx.

Во второй главе дается метод расчета сложнонагруженного составного радиального подшипника. В начале рассматривается линейная задача об установившемся движении вязкой несжимаемой жидкости в подшипнике конечной длины при осевой подаче смазки. Предполагается, что составной вкладыш выполнен из двух рядов сплошных втулок и одной пористой, запрессованной в непроницаемый неподвижный корпус. В качестве исходных уравнений берется полная система линейных уравнений Навье–Стокса и уравнение Дарси. Асимптотическое решение задачи найдено в виде рядов по степеням относительного эксцентриситета. Найдено поле скоростей и давлений в смазочном и пористом слоях. Применив теоремы количества движения и моментов количества движения к массе жидкости, заключенной между шипом и подшипником, с учетом линейности задачи и установившемся движении жидкости, найдено воздействие жидкости на вал. В результате получены аналитические выражения для коэффициента нагруженности, коэффициента сопротивления вращению, коэффициента трения f и угла F между линией действия нагрузки и линией центров. Найдены рациональные значения (по основным рабочим характеристикам) коэффициентов проницаемости пористой втулки, длины и толщины пористой втулки и значения других конструктивных и функциональных параметров, обеспечивающих максимальную несущую способность при минимальном значении коэффициента трения. В данной главе решение рассмотренной задачи обобщается для случая, когда шип на рабочей поверхности содержит пористый слой. Дана оценка влияния пористого слоя на рабочей поверхности шипа на основные рабочие характеристики подшипника. Найдены рациональные значения (по основным рабочим характеристикам) проницаемости пористых слоев, протяженности и толщины пористого слоя на рабочей поверхности вкладыша. Далее в этой главе решается нелинейная задача гидродинамического расчета подшипника, конечной длины с вкладышем в виде ряда сплошных и пористых втулок. Предполагается, что шип с пористым слоем на рабочей поверхности вращается с угловой скоростью , а составной вкладыш, выполненный из двух рядов сплошных втулок и одной пористой (находящейся между сплошными втулками), неподвижен. Смазка подается через поры пористой втулки под давлением питания, а проницаемость пористой втулки в осевом направлении считается переменной величиной. В качестве исходных уравнений берется полная система нелинейных уравнений Навье–Стокса и уравнение Дарси. Асимптотическое решение задачи найдено в виде рядов по степеням относительного эксцентриситета. Для нулевого и первого приближения получена обыкновенная система дифференциальных уравнений, которая решается численно методом Гаусса–Зейделя. В результате дана оценка влияния нелинейных факторов на основные рабочие характеристики подшипника и установлена закономерность изменения проницаемости пористого слоя в осевом направлении.

В третьей главе приводится математическая модель гидродинамического расчета составного радиального подшипника, работающего на принудительной подаче смазки через отверстия, находящиеся в теле сплошной составляющей и через тело пористых составляющих составного подшипника. Вначале рассматривается случай, когда втулка состоит из двух пористых составляющих и трех сплошных, и смазка подается через отверстие, находящееся в теле сплошной составляющей, соответствующее началу координат.

Начало цилиндрической системы координат r, , z выбираем на оси подшипника в среднем сечении (рис. 1).

Рис. 1. Схема составного подшипника конечной длины с источниками смазки

Тогда поверхности шипа сплошной и пористой втулок определяются уравнениями:

r = (для шипа),

 (1) (для сплошных и пористых втулок), -2 (1)

(для сплошных и пористых втулок),

где e = OO1 – эксцентриситет.

Предполагается, что смазка в зазор подается через отверстие в теле подшипника. Центр отверстия задан координатами:

Пусть радиальная скорость смазки при выходе из отверстия задана формулой:

здесь характеризует максимальную скорость выхода смазки из отверстия.

Функция предполагается четной функцией, а зазор h=b–a малой величиной. Также предполагается, что смазка заполняет все пространство между шипом и подшипником, и что из торцов подшипника в единицу времени вытекает пренебрежимо малое количество жидкости.

Исходными уравнениями являются система уравнений Навье–Стокса и уравнение неразрывности:

(2)

где – плотность, – кинематический коэффициент вязкости, – компоненты вектора скорости, p – гидродинамическое давление в смазочном слое, – гидродинамическое давление в пористых слоях.

Решение нелинейной системы (2) найдено в виде суммы двух решений:

vr = U + u, v = V + , vz = w, p = P + p', (3)

где U, V и P – проекции скорости и давление, найденные при решении плоской нелинейной задачи для сплошного подшипника

(4)

с граничными условиями

U = 0, при (на шипе),

U = 0, V = 0 при r = b (1+H) (на подшипнике). (5)

Функции u, , p' – решение задачи, соответствующей подшипнику конечной длины при наличии источника смазки.

Вводится функция тока по формулам

и решение задачи представляется в виде (6)

Дается ссылка на доказательство теоремы существования и единственности решения рассматриваемой задачи.

С использованием метода оценок исходные уравнения для определения добавочных скоростей и давлений, обусловленных наличием источника смазки, сводятся к аналогу уравнения Рейнольдса для случая сплошного подшипника конечной длины при наличии источника смазки. В результате найдено поле скоростей и давлений и получены аналитические зависимости для основных рабочих характеристик подшипника. Дана оценка влияния источника смазки, проницаемости и протяженности пористых слоев и других функциональных параметров на эти характеристики. Далее в этой главе решение рассматриваемой задачи приведено для следующих частных случаев: подача смазки осуществляется через отверстие, имеющее форму прямоугольника и осуществляется комбинированная подача смазки одновременно через отверстие и через поры пористых составляющих. Полученные формулы позволяют осуществлять расчет подшипников со сложной формой отверстий.

В результате, для основных рабочих характеристик (коэффициента нагруженности, коэффициента трения, коэффициента сопротивления вращению шипа и угла между линией действия нагрузки и линией центров) получены аналитические выражения, существенно зависящие от следующих параметров:

протяженности пористой составляющей составного подшипника; проницаемости пористых составляющих; радиального зазора; относительного эксцентриситета; максимальной скорости выхода смазки из отверстия; толщины пористого слоя; динамической и кинематической вязкостей; угловой скорости вращения шипа; размера и местонахождения отверстия через которое подается смазка; давления подачи смазки через поры пористой втулки; длины составного подшипника; параметра, характеризующего скорость фильтрации смазки на пористой поверхности составного подшипника, прилегающей к смазочному слою.

Установлены области изменения вышеперечисленных параметров, обеспечивающие рациональный режим работы подшипника.

Затем в этой главе приводится математическая модель аналитического прогнозирования коэффициента передачи упругой опоры качения в демпфере со сдавливаемой пленкой и составной пористой и сплошной обоймой, состоящей из совокупности сплошных и пористой втулок, запрессованных в цилиндрический непроницаемый корпус (рис. 2).

 Схематическое изображение упругой-21

Рис. 2. Схематическое изображение упругой опоры качения в демпфере со сдавливаемой пленкой и составной пористой и сплошной обоймой



Pages:   || 2 | 3 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.