Секция «Теория и практика развития транспортных систем»


ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМА СОХРАНЕНИЯ МАССЫ



страница23/57
Дата06.06.2016
Размер3.5 Mb.
1   ...   19   20   21   22   23   24   25   26   ...   57

ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМА СОХРАНЕНИЯ МАССЫ

ПРИ РЕШЕНИИ УПРУГОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ

СМАЗКИ СЛОЖНОНАГРУЖЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ

СКОЛЬЖЕНИЯ

К.В. Гаврилов, Н.А. Хозенюк

До недавнего времени расчет гидродинамических подшипников выполнялся при условии, что поверхности трения являются абсолютно жесткими. Стремление конструкторов снизить материалоемкость машин, ведущее к ослаблению жесткости их деталей, возрастающие нагрузки привели к пониманию необходимости учитывать при расчетах гидромеханических характеристик (ГМХ) деформаций подшипников, максимальные прогибы поверхностей которых могут быть соизмеримыми с рабочим зазором сопряжения, а размеры области деформирования – с характерными размерами поверхностей трения. Такие подшипники принято называть упругоподатливыми (УП), а режим их смазки – упругогидродинамическим (УГД).

Типичными представителями УП сложнонагруженных подшипников жидкостного трения (СПЖТ) являются шатунные и коренные подшипники коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В строгой постановке решение УГД задачи смазки СПЖТ должно опираться на описание реальной геометрии смазочного слоя с учетом схемы подачи смазочного материала, макро- и микрогеометрии поверхностей трения, их упругих деформаций и произвольных движений под действием нагрузок, а также на систему взаимосвязанных уравнений движения смазочной жидкости, с описанием ее реологических свойств.

Реализация комплексной УГД задачи смазки СПЖТ заключается в решении четырех связанных подзадач: гидродинамической, упругой, тепловой и динамической. Решение последних трех детально рассмотрено в работах [1–3]. В настоящей работе подробнее рассмотрена схема решения гидродинамической подзадачи применительно к УГД анализу смазки шатунного подшипника.

Решение гидродинамической подзадачи состоит в определении поля давлений при заданной геометрии смазочного слоя. Чаще всего для ее решения используется уравнение Рейнольдса при некоторых граничных условиях. Однако учет упругих свойств корпуса реального шатунного подшипника приводит к нерегулярному изменению геометрии смазочного слоя: его локальным увеличениям или уменьшениям, и, как следствие, разрывам слоя смазки, условия реализации которых не могут быть точно описаны типичными граничными условиями для уравнения Рейнольдса. В этом смысле целесообразно гидродинамические давления определять на основе модифицированного уравнения Элрода при граничных условиях Якобсона – Флоберга – Ольсона [4, 5]:

. (1)

Все использованные обозначения соответствуют обозначениям статьи [5].

Функция связана со степенью заполнения , определяющей массовое содержание жидкой фазы (масла) в единице объёма зазора между цапфой и вкладышем, соотношением .

Степени заполнения приписывается двоякий смысл. В активной (несущей) области смазочного слоя, где действуют гидродинамические давления, (плотность смазки при давлении, равном давлению кавитации ), в области кавитации .

В области давлений: , , , а , где–безразмерное гидродинамическое давление, – его размерное значение, – относительный зазор. В области кавитации: , , .

Безразмерная толщина смазочного слоя УП подшипника и её производные определяются формулами:



, (2)

;

(3)

где , () – отклонения формы поперечного сечения поверхностей подшипника или цапфы от круглоцилиндрической, – относительный эксцентриситет, , ; – размерная величина эксцентриситета шипа, , – безразмерные перемещения поверхности вкладыша от гидродинамических давлений и инерционных нагрузок соответственно, характеризующие конструкционную упругость подшипника. Производные , определяются численным дифференцированием.

Необходимо отметить, что уравнения (1–3) могут быть использованы для моделирования влияния технологических и эксплуатационных отклонений формы поперечного сечения на ГМХ СПЖТ, в частности, шатунных подшипников ДВС.

В работе [6] подробно рассмотрен алгоритм решения такой задачи и приведены численные результаты расчета ГМХ шатунного подшипника двигателя ЧН 13/15. Расчеты показали, что алгоритм позволяет получать устойчивые решения при достаточно больших максимальных отклонениях формы поперечного сечения подшипников от круглоцилиндрической, которые соизмеримо с искажением формы кривошипной головки шатуна от упругих деформаций.

Однако для решения такой задачи представленный в статье [6] алгоритм на каждом временном шаге должен быть дополнен итерационным циклом, отражающим взаимосвязь «упругие искажения формы зазора – гидродинамические давления». Для обеспечения сходимости этой итерационной процедуры предусматривается релаксация перемещений.

В настоящее время идет процесс отладки программного комплекса, связанный с обеспечением устойчивости и надежности вычислительных процедур.


Представленная работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 07–08–00554).


Литература

1. Прокопьев, В.Н. Совершенствование модели шатуна в упругогидродинамической задаче смазки шатунной опоры коленчатого вала / В.Н. Прокопьев, Н.А. Хозенюк, С.С. Родин // Наука и технологии: Сб. тр. – М.: РАН, 2002. – С.152–164.

2. Прокопьев, В.Н. Методы решения уравнений движения в задачах динамики опор коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания / В.Н. Прокопьев, Ю.В. Рождественский, Н.В. Широбоков // Вестник Уральского межрегионального отделения Российской академии транспорта. – Курган: Изд-во КГУ, 1999. – №2. – С. 79–82.

3. Термогидродинамический расчет опор скольжения двигателей внутреннего сгорания / В.Н. Прокопьев, В.Г. Караваев, Ю.В. Рождественский, К.В. Гаврилов // Наземная и аэрокосмическая трибология – 2000: труды симпозиума «Славянтрибо–5». – Санкт-Петербург, 2000. – С. 185-189.

4. Элрод. Алгоритм расчёта зоны кавитации / Элрод // ТАОИМ. – М.: Мир / Серия Ф. Проблемы трения и смазки. – 1981. – №3. – С.28–32.

5. Прокопьев, В.Н. Применение алгоритмов сохранения массы при расчёте динамики сложнонагруженных опор скольжения / В.Н. Прокопьев, А.К. Бояршинова, К.В. Гаврилов // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2004. – №4. – С. 32–38.

6. Прокопьев, В.Н. Гидромеханические характеристики сложнонагруженных подшипников скольжения с учетом некруглостей цапфы и втулки / В.Н Прокопьев, А.К. Бояршинова, К.В. Гаврилов // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2009 (в печати).




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   19   20   21   22   23   24   25   26   ...   57


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница