Введение к работе
Актуальность темы Роторные системы составляют основу многих транспортных, энергетических и технологических устройств, а подшипниковые узлы во многом определяют работоспособность машины Существуют вполне определенные области, когда применение подшипников жидкостного трения является практически безальтернативным Подшипники скольжения, в свою очередь, имеют весьма развитую номенклатуру видов, используемых в различных конструкциях и условиях работы В ряде случаев возникает необходимость повышения несущей способности и динамических характеристик опорного узла в условиях ограниченности осевых габаритов Возможным вариантом выхода из сложившейся ситуации может стать применение многослойных гидродинамических подшипников скольжения, позволяющих существенно повысить характеристики путем последовательного прохождения смазочным материалом трех кольцевых каналов, представляющих несущие слои гидродинамического подшипника скольжения
Расчету гидродинамических подшипников скольжения посвящено значительное количество работ, их характеристики определяются в соответствии с известными зависимостями, но сложный гидравлический тракт многослойного подшипника включает несколько несущих слоев и местные сопротивления, обусловленные изменением направления движения рабочего тела, что, безусловно, накладывает отпечаток на характеристики опоры, определение которых требует дополнительного исследования
Анализ опубликованных работ в области исследования опор жидкостного терния позволил сделать вывод об отсутствии научных изысканий по тематике подшипников скольжения с несколькими несущими слоями Ряд работ прикладного и теоретического характера посвящен исследованию щелевых гидродинамических уплотнений, однако уровень моделирования и отсутствие акцента на возможности использования данной конструкции в качестве опоры жидкостного трения не позволяет перенести результаты на многослойный подшипник жидкостного трения Поэтому исследование несущей способности и динамических коэффициентов -основных характеристик многослойного подшипника скольжения является актуальной темой
Настоящая работа выполнялась в рамках ведомственных научных программ «Развитие научного потенциала высшей школы» (коды проектов 4394, 10331), 2005г, ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 гг)" (код проекта 3224770), 2006-2007гг, программы Министерства образования Российской Федерации «Развитие информационных ресурсов и технологий Индустрия образования" (код проекта 49), 2004г, ГРАНТа РФФИ по программе «Инициативные фундаментальные исследования» (код проекта 06-08-96505), 2006-
2007гг, ГРАНТа РФФИ по программе «Организация российских и международных научных мероприятий на территории России», (код проекта 06-01-97302), 2006г, договора о научно-техническом сотрудничестве с ОАО «Конструкторское бюро химической автоматики» (тема №735/4-04), 2004-2005гг, единого заказа-наряда Министерства образования и науки России (код проекта 1 3 05), 2005-2007гг, хоздоговора с ОАО «НПО Энергомаш им академика В П Глушко» (Тема №980-07-011), 2007 г
Объектом исследования являются опорные узлы жидкостного трения с осевой подачей смазочного материала, включающие несколько несущих слоев, объединенных в единый гидравлический тракт
Предметом исследования является несущая способность и динамические коэффициенты подшипников скольжения с несколькими несущими слоями
Целью исследования является совершенствование опор роторов путем выявления особенностей работы, разработки методики, программ расчета и рекомендаций по проектированию многослойных подшипников
Для достижения сформулированной цели были поставлены следующие задачи
произвести информационный поиск по отечественным и зарубежным изданиям в области опорных узлов роторных машин и базам данных патентов по видам подшипников скольжения,
разработать математическую модель по определению полей давлений, динамических коэффициентов, несущей способности, учитывающей эффект Ломакина, многослойных подшипниковых узлов с учетом местных потерь по длине гидравлического тракта многослойного подшипника скольжения,
разработать программное обеспечение по расчету несущей способности, динамических коэффициентов многослойных подшипников скольжения,
провести комплекс вычислительных экспериментов по оценке влияния рабочих и геометрических параметров роторно-опорного узла на несущую способность, динамические коэффициенты многослойного подшипника скольжения,
провести экспериментальные исследования работоспособности и определения характеристик многослойных подшипников скольжения на базе модернизированной экспериментальной установки,
произвести сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований,
по результатам проведенных исследований разработать рекомендации по проектированию многослойных подшипников скольжения с использованием разработанного программного обеспечения
Методы исследования Определение характеристик многослойного подшипника скольжения сводилось к последовательному решению модифицированного уравнения Рейнольдса для трех смазочных слоев опоры, численное решение вышеуказанного уравнения производилось на основе метода конечных разностей Определение начальных и промежуточных граничных условий производилось из условия большего объема осевых камер по сравнению с радиальными Расчет центрирующего эффекта Ломакина осуществлялся на основе адаптированных зависимостей
Вычислительный эксперимент по оценке влияния рабочих и геометрических параметров на характеристики опорного узла производился в среде математического моделирования Matlab
Экспериментальные исследования проводились на модернизированной экспериментальной установке с использованием современной высокопроизводительной информационно-измерительной системой на базе промышленного интерфейса с программным обеспечением по сбору и первичной обработке данных, написанным на языке визуального программирования LabVIEW Анализ и сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований производился в среде Matlab
Научная новизна и выносимые на защиту положения
разработана математическая модель радиального гидродинамического многослойного подшипника с осевой подачей смазочного материала, позволяющая определить несущую способность с учетом центрирующего гидравлического эффекта Ломакина, коэффициенты жесткости и демпфирования в квазистационарной постановке,
решена связанная краевая задача по расчету полей давлений в несущих слоях многослойного гидродинамического подшипника с учетом промежуточных граничных условий в гидравлических каналах, позволяющая оценивать работоспособность опорного узла в условиях переменности теплофизических свойств смазочной среды,
теоретически доказано и экспериментально подтверждено повышение несущей способности, коэффициентов жесткости и демпфирования многослойного подшипника в сравнении с однослойным исполнением на 100% в среднем,
доказано положительное влияние центрирующего эффекта Ломакина на повышение несущей способности многослойных подшипников жидкостного трения и необходимости учета данного показателя при дросселируемом давлении в опоре более 1,4МПа,
разработанные средства в виде программного комплекса и рекомендации являются инструментом выхода на заданные характеристики опорного узла жидкостного трения с несколькими несущими слоями, минимизирующие затраты на проектирование
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки и формализации задачи, обоснованностью используемых теоретических зависимостей, принятых допущений и ограничений, применением апробированных методов решения и анализа, что подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований
Научная значимость и практическая ценность работы заключается в том, что разработанная математическая модель, алгоритм, программное обеспечение, результаты вычислительных и эмпирического исследования совместно с рекомендациями по проектированию многослойных подшипников позволяют выходить на заданные характеристики опорного узла
Апробация работы Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения» (г Орел, 2003), II научном симпозиуме «Механизмы и машины ударного , периодического и вибрационного действия» (г Орел, 2003), научной конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» (г Астрахань, 2004), Материалы международной научно-технической конференции «Ресурсосбережение 21 век» (г Орел, 2005), Вторая международная научно-техническая конференция «Надежность и ремонт машин» (Орел, 2005), Материалы международного научного симпозиума «Гидродинамическая теория смазки-120 лет» (Орел, 2006), Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы динамики и прочности - 2007», (Самара, 2007), Всероссийская научно-методическая конференция «Основы проектирования и детали машин - XXI век», (Орел, 2007), VIII Международная научно-техническая конференция «Вибрационные машины и технологии» (Курск, 2008)
Публикации По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, включая 16 статей в научных сборниках и журналах, 1 патент России и 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений, изложена на 155 страницах, имеет 91 рисунок, 7 таблиц Библиография включает 123 наименования
