Научная статья на тему 'УСТОЙЧИВЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ КЛИНОВИДНОЙ ОПОРЫ СКОЛЬЖЕНИЯ ПОВЫШЕННОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ, РАБОТАЮЩЕЙ НА СЖИМАЕМОМ СМАЗОЧНОМ МАТЕРИАЛЕ И НА СОБСТВЕННОМ РАСПЛАВЕ'

УСТОЙЧИВЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ КЛИНОВИДНОЙ ОПОРЫ СКОЛЬЖЕНИЯ ПОВЫШЕННОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ, РАБОТАЮЩЕЙ НА СЖИМАЕМОМ СМАЗОЧНОМ МАТЕРИАЛЕ И НА СОБСТВЕННОМ РАСПЛАВЕ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
11
3
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КВАЗИСТАЦИОНАРНОЕ ТЕЧЕНИЕ / ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ СЛУЧАЙ / МЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ / НЕСТАНДАРТНЫЙ ОПОРНЫЙ ПРОФИЛЬ / ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ / УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Куманин С.В.

В работе рассматривается квазистационарное движение вязкой сжимаемой жидкости в зазоре упорного подшипника с нелинейным контуром опорной поверхности ползуна. Предполагается, что ползун неподвижен, а направляющая с расплавленной поверхностью движется в сторону сужения зазора со скоростью, зависящей от времени. Для решения использованы общеизвестные уравнения: уравнение движения сжимаемой жидкости, уравнение неразрывности, уравнение состояния и уравнение, описывающее профиль расплавленного контура опорного кольца. Рассмотрен случай для экстремальной и не экстремальной ситуации, то есть, когда параметр удельной теплоты плавления стремится к бесконечности и наоборот. В результате точного автомодельного решения определены основные эксплуатационные характеристики - поля скоростей и давления, нагрузочная способность и сила трения. Также решена задача об устойчивости движения опорного кольца. Заключительным этапом теоретических методов расчета является численный анализ. Анализ его результатов показал, что модифицированная конструкция упорного подшипника скольжения с учетом дополнительных факторов имеет значение несущей способности, превышающее в диапазоне исследованных нагрузочно-скоростных режимов на 8 - 11 % стандартные конструкции. Коэффициент трения при этом снижается на 9 - 13 %.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Куманин С.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STABLE OPERATION MODE OF A WEDGE-SHAPED SLIDING SUPPORT WITH INCREASED LOAD-BEARING CAPACITY, OPERATING ON A COMPRESSIBLE LUBRICANT AND ON ITS OWN MELT

The paper considers the quasi-stationary motion of a viscous compressible fluid in the gap of a thrust bearing with a nonlinear contour of the support surface of the slider. It is assumed that the slider is stationary, and the guide with the molten surface moves in the direction of narrowing the gap at a time-dependent speed. Well-known equations are used for the solution: the equation of motion of a compressible fluid, the equation of continuity, the equation of state and the equation describing the profile of the molten contour of the support ring. The case is considered for the extreme and non-extreme case, that is, when the parameter of the specific heat of melting tends to infinity and vice versa. As a result of an accurate self-similar solution, the main operational characteristics are determined - velocity and pressure fields, load capacity and friction force. The problem of the stability of the movement of the support ring is also solved. The final stage of theoretical calculation methods is numerical analysis.The analysis of its results showed that the modified design of the thrust sliding bearing, taking into account additional factors, has a bearing capacity value exceeding the standard designs by 8-11% in the range of load-speed modes studied. The coefficient of friction is reduced by 9-13%.

Текст научной работы на тему «УСТОЙЧИВЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ КЛИНОВИДНОЙ ОПОРЫ СКОЛЬЖЕНИЯ ПОВЫШЕННОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ, РАБОТАЮЩЕЙ НА СЖИМАЕМОМ СМАЗОЧНОМ МАТЕРИАЛЕ И НА СОБСТВЕННОМ РАСПЛАВЕ»

�� (1 + а ) 1 + ^ + ^(созсо-1)

1 + оГ 1+а

Перепишем уравнение (18) в виде

йр

йх

■ = Л

(1 + а*) (1 + г|х - т|1 эт сох) р{ 1 + а* )3 (1 + трс - т|1 эт сох)

Интегрируя это уравнение, получаем:

р=1+Л| (■

(1 + а У (1 + т|х - т|1 эт сох)" р( 1 + а У (1 + трс - г|1 эт сох)

-)<Лх.

(14)

(15)

(16)

(18)

Решая это уравнение методом последовательных приближений, имеем

0

3

0

М Инженерный вестник Дона, №6 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n6y2022/7705

Po = 1, Pl = 1 + Л|[

Ас,

Рг= 1+ 1

(1 + а* )2

(1 + а* У (1 + цх - тц эт сохУ (1 + а* )3 (1 + цх - тц эт сох)3

~х" цх тг ц

г|----1- — (сое сох -1)--(сое со - 1)х

2 2 со со

(19)

Используя формулы (17) и (19) для несущей способности и силы трения получим выражение вида:

W = р ь

Ас,

* \2

(1 + а )

-----^эшсо-----(сое со — 1)—

6 4 ш ш ш 2

ци l

ь=т к

-6(1 + е)

Л

1-"П—- (соэсо — 1)

_А)_

2 р(1 +а *)

(

1 + а

1 — — -—(соэсо — 1) 2 ш

А

(

1 + а

А

1 — — -—(соэсо — 1) 2ш

.(20)

Решим задачу об устойчивости движения направляющей. Обозначим: Н - ширина направляющей; м* - масса направляющей; р

м* о ■ действующая сила; — = т; = <

1Н 1Н

Тогда деформированное уравнение движения направляющей имеет

вид:

ле д

Л' т тН

Запишем уравнение (21) в безразмерном виде:

= А1 - А2^1 ,

Л

(21)

(22)

где

4 =

А =-

ц,и

д1

ти к (1 + а* )тН

— (1 - ^ - —^-(совсо — 1))

р со

2 ш

К (1 + а )тН

1 — т]---(сое со — 1)

со

1-"

+ а

1 — — — — (С08 СО — 1)

2 ш

Л"

е1 = А (*" -1),

(23)

(24)

здесь р (Л) = 8ир р.

хе[0;1]

0

и

Результаты исследования и их обсуждение

Из результатов численного анализа, приведенных на рис. 2 - 3, а также из найденных аналитических выражений (9) и (20) следует, что:

1. Несущая способность предлагаемой клиновидной опоры, а также сила трения существенно зависят от параметра сжимаемости л и параметра а*, обусловленного наличием расплава на поверхности направляющей и нелинейности (адаптивности) опорной поверхности ползуна.

2. Установлено, что при значении ш = л представленная клиновидная опора скольжения по несущей способности обладает свойством опоры

к"

скольжения двойного действия. При определенных значениях К

к0

рассматриваемая опора скольжения может обладать аномально низким коэффициентом трения.

3. Из найденного решения (24) следует, что при г ^да скорость скольжения е достигает предельного значения (т.е. е1 ^ 0). При этом рассматриваемая система стремится к стационарному режиму. При

к

значениях ш = л, ф 0, К ф 0 рассматриваемая клиновидная опора скольжения

к0

на сжимаемом смазочном материале работает более устойчиво по сравнению

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

к*

с случаем, когда ш = 0, — = 0, к = 0.

к0

Заключение

Теоретическая значимость: сформирован комплекс уточненных расчетных моделей упорных подшипников скольжения с нестандартной адаптированной к условиям трения опорной поверхностью в условиях гидродинамического смазывания смазочными материалами и расплавом металлического покрытия при учете сжимаемости смазочных материалов и устойчивого движения опорного кольца, позволяющий оценить основные

эксплуатационные характеристики (величину гидродинамического давления, несущую способность и силу трения.).

Научная новизна результатов исследований заключается в получении расчетных моделей для проектировочных и проверочных расчетов упорных подшипников скольжения, позволяющих определить величину несущей способности и силы трения, а также устойчивость движения направляющей при квазистационарном течении жидкости, смазываемой жидким смазочным материалом и расплавом металлического покрытия при учете сжимаемости смазочного материала и адаптированного к условиям трения опорного профиля.

Условные обозначения.

W - компоненты вектора скорости; p' - гидродинамическое давление; ц -

динамический коэффициент вязкости; p' = ^"f (формула Вейсбаха-Дарси);

2h0

р ' - плотность; х - коэффициент потерь на трение; L - длина ползуна; L' -удельная теплота плавления на единицу объёма; функция H ' (х ') характеризует профиль расплавленного контура покрытия.

Литература

1. Gao G.Y., Yin Z.W., Jiang D., Zhang X L. Numerical analysis of plain journal bearing under hydrodynamic lubrication by water // Tribol. Int. 2014. V. 75. P. 31. DOI: 10.1016/j.triboint.2014.03.009.

2. Wang Y.C., Lin F.Y., Jiang H.Z., Yuan W.M. Investigation on frictional characteristic of deep-groove ball bearings subjected to radial loads // Advances in Mechanical Engineering. 2015. V. 7 (7). P. 114. DOI: 10.1177/1687814015586111.

3. Krishna U.G., Auradi V., Vasudeva B., Kori S.A. Processing and microstructural characterization of cermet-reinforced aluminium matrix composite by solidification process // Trans. Indian. Inst. Met. 2018. V. 71 (11). P. 2851. DOI: 10.1007/s12666-018-1432-7.

4. Goto H., Omori S. Tribological characteristics of particle and chopped fiber-reinforced Al-Si alloy matrix composites // Tribol. Trans. 2000. V. 43. P. 57. DOI: 10.1080/10402000008982313.

5. Лагунова, Е. О. Расчет клиновидной опоры (ползун, направляющая), работающей на микрополярном жидком смазочном материале // Инженерный вестник Дона. - 2018. - № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2018/4686.

6. Akhverdiev K.S., Bolgova E.A., Mukutadze M.A., Vasilenko V.V. Mathematical model of a radial sliding bearing with a porous layer on its operating surface with a low-melting metal coating on shaft surface. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering Ser. "International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems, MEACS 2020" 2021. С. 012005. URL: iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/1064/1/012005/pdf.

7. Кохановский В. А., Мукутадзе М.А. Матричные материалы антифрикционных композитов // Вестник Донского государственного технического университета. 2001. Т. 1. № 2. С. 51-56.

8. Гармонина, А. Н., Мукутадзе М. А., Приходько В. М. Расчетная модель радиального подшипника с двухслойным пористым покрытием на поверхности вала, работающего на электропроводящем смазочном материале // Инженерный вестник Дона. - 2017. - № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4320.

9. Mukutadze M.A., Khasyanova D.U. Optimization of the supporting surface of a slider bearing according to the load-carrying capacity taking into account the lubricant viscosity depending on pressure and temperature // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2018. Т. 47. № 4. pp. 356-361.

10. Болгова Е. А., Василенко В. В., Лагунова Е. О, Мукутадзе М. А. Математическая модель опоры скольжения с легкоплавким металлическим покрытием втулки и пористым покрытием вала // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2020. - № 4(80). - С. 151160. - DOI 10.46973/0201 -727X_2020_4_151.

References

1. Gao G.Y., Yin Z.W., Jiang D., Zhang X L. Numerical analysis of plain journal bearing under hydrodynamic lubrication by water. Tribol. Int. 2014. V. 75. P. 31. DOI: 10.1016/j .triboint.2014.03.009

2. Wang Y.C., Lin F.Y., Jiang H.Z., Yuan W.M. Investigation on frictional characteristic of deep-groove ball bearings subjected to radial loads. Advances in Mechanical Engineering. 2015. V. 7 (7). P. 114. DOI: 10.1177/1687814015586111

3. Krishna U.G., Auradi V., Vasudeva B., Kori S.A. Processing and microstructural characterization of cermet-reinforced aluminium matrix composite by solidification process. Trans. Indian. Inst. Met. 2018. V. 71 (11). P. 2851. DOI: 10.1007/s12666-018-1432-7

4. Goto H., Omori S. Tribological characteristics of particle and chopped fiber-reinforced Al-Si alloy matrix composites. Tribol. Trans. 2000. V. 43. P. 57. DOI: 10.1080/10402000008982313

5. Lagunova, E. O. Inzhenernyj vestnik Dona, 2018, № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2018/4686.

6. Akhverdiev K.S., Bolgova E.A., Mukutadze M.A., Vasilenko V.V. Mathematical model of a radial sliding bearing with a porous layer on its operating surface with a low-melting metal coating on shaft surface. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering Ser. "International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems, MEACS 2020" 2021. С. 012005 URL: iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/1064/1/012005/pdf.

7. Kohanovskij V.A., Mukutadze M.A. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2001. T. 1. № 2. pp. 51-56.

8. Garmonina, A. N., Mukutadze M. A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2017, № 3(46). URL.ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4320.

9. Mukutadze M.A., Khasyanova D.U. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2018. Т. 47. № 4. pp. 356-361.

10. Bolgova E. A., Vasilenko V. V., Lagunova E. O, Mukutadze M. A. Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putej soobshcheniya, 2020, № 4(80), Pp. 151-160. DOI 10.46973/0201 -727X_2020_4_151.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.