Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
ШВА ПЕРВАЯ. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА И ЗАДШ ИС
СЛЕДОВАНИЯ II
I.I. Исходная система уравнений гидродина
мического и теплового расчетов сложно-
нагруженных опор скольжения II
1;2. Методы интегрирования уравнения Рей-
нольдса для давлений в смазочном слое 25 Ї.З. Методы интегрирования уравнения движения шипа ............. 31
1.4. Тепловой расчет сложнонагруженных
опор .... 42
1.5. Выводы, задачи исследования 44
ГЛАВА ВТОРАЯ. ХАРАКТЕРИСТИКИ СМАЗОЧНОГО СЛОЯ СЛОЖНОНА
ГРУЖЕННЫХ ОПОР С ИСТОЧНИКАМИ СМАЗКИ НА ПО
ВЕРХНОСТИ ШИПА И ПОДШИПНИКА 48
2.1. Интегрирование уравнения Рейнольдса
на последовательности сеток 48
Характеристики смазочного слоя сложнонагруженных опор 60
Обратная задача динамики сложнонагруженных опор 81
ГЛАВА ТРЕТМ. АЖШНТМЫ ШДРОдаНАМИЧЕСКОГО И ТЕПЛОВОГО
РАСЧЕТОВ СЛОЖНОНАГРУЖЕННЫХ ОПОР СКОЛЬЖЕНИЯ 87
3.1. Предварительные замечания 87
Стр.
К расчету коэффициентов сопротивления движению шипа и количества смазки,вы-текащей в торцы сложнонагруженной опоры 89
Алгоритм интегрирования уравнений движения центра шипа неявным методом . .
3.4. Влияние на гидродинамические парамет
ры сложнонагруженных опор типа гра
ничных условий для давлений ..... 105
Использование при расчете траектории движения центра шипа принципа суперпозиции для гидродинамических давлений в смазочном слое . 114
Алгоритм теплового расчета сложнона-груженных опор ІГ7
ГІАВА ЧЕТВЕРТАЯ. СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПВШЕРЫ
ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ
АЛГОРИТМОВ 123
Общая методика исследований 123
Методика экспериментальных исследований сложнонагруженных опор трения на моделирущей установке 124
Экспериментальная установка .... 124
Методика измерений 130
4.3. Методика экспериментальных исследова
ний опоры коленчатого вала поршневой
машины 133
Стр.
Сравнение результатов экспериментальных исследований и теоретических расчетов . 138
Сравнение теоретических расчетов автора с экспериментальными результатами других исследователей 149
Алгоритмическое и программное обеспечение расчета сложнонагруженных опор с источниками смазки, примеры его практического применения 162
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВ0.Щ 172
ЛИТЕРАТУРА 175
ПРИЛОЖЕНИЕ 188
Введение к работе
Одним из основных направлений развития науки и ускорения научно-технического прогресса является повышение агрегатных мощностей и производительности машин при одновременном снижений металлоемкости конструкций /І/. В этой связи закономерно стремление к уменьшению запасов несущей способности всех силовых элементов механизмов и машин. Для обеспечения их длительной и надежной работы необходимо уже в процессе проектирования рационально использовать все конструктивные и технологические возможности.
В общей проблеме увеличения надежности форсированных машин одной из главных является проблема повышения несущей способности опор скольжения - ответственнейших узлов паровых и гидравлических турбин, прокатных станов, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров,кривошипных прессов и многих других механизмов и машин. Решение этой проблемы невозможно без дальнейшего развития гидродинамической теории смазки и создания методов расчета опор на основе разработки математических моделей, полнее описывавдих реальные процессы в системе шип - смазочный слой - подшипник.
Теоретические и экспериментальные исследования, проводимые в течение многих лет в области гидродинамической теории смазки, позволили разработать достаточно надежные методы расчета автономных статически нагруженных опорных и упорных подшипников. Под автономной здесь и в дальнейшем понимается опора, шип которой нагружен вектором силы, не зависящим от процессов, имеющих место в смазочном слое, разделяющим шип и подшип-ник.Иначе обстоит дело со сложнонагруженными опорами,то есть опорами,нагруженными силами,переменными по модулю и направле-
нию, типичными примерами которых являются подшипники коленчатого вала поршневых машин: двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и кривошипных прессов. Необходимость моделирования работы сложнонагруженных опор в реальном масштабе времени предопределяет интенсивное использование современных ЭВМ на этапах научно-технического поиска, проектирования, изготовления опытных образцов, испытания и доводки конструкции механизмов и машин. Широкое развитие в последнее десятилетие специфических машинных методов расчета опор жидкостного трения не только существенно обогащает гидродинамическую теорию смазки, но и одновременно многократно расширяет границы ее реального практического применения.
Потребности современной инженерной практики в более точных моделях исследуемых процессов,имеющих место в системе смазочный слой - шип - подшипник, диктуют необходимость дальнейшего совершенствования алгоритмов расчета сложнонагруженных опор. В частности, представляется важной задача учета источников смазки на поверхности шипа или подшипника, предназначенных для подачи смазки в опору.
Практическое внедрение машинных методов расчета сложнонагруженных опор с источниками смазки сдерживается отсутствием эффективных для реализации на общедоступных ЭВМ алгоритмов численного интегрирования обобщенного уравнения Рейнольдса для давлений в смазочном слое опоры, а также алгоритмов интегрирования систем дифференциальных уравнений движения центра шипа, оказывающихся в ряде случаев "жесткими".
Методы расчета сложнонагруженных опор с источниками смазки, основанные на традиционных алгоритмах интегрирования уравнения Рейнольдса и уравнений движения центра шипа, требуют
-. 7 -
огромных затрат машинного времени ЭВМ и по этой причине зачастую не могут быть практически реализованы. Попытки упрощения математических моделей сложнонагруженных опор введением различного рода упрощающих допущений на представляются перспективными вследствие невозможности без длительных экспериментальных исследований оценить достоверность получаемых при этом результатов расчета опор.
Цель настоящего исследования заключается в разработке методического, алгоритмического и программного обеспечения гидродинамических и тепловых расчетов сложнонагруженных опор скольжения поршневых машин с источниками смазки на поверхностях шипа и подшипника.
Результаты исследований излагаются в работе в следующем порядке,
В первой главе анализируется состояние изучаемого вопроса и ставятся задачи исследования.
Вторая глава посвящена разработке алгоритма численного интегрирования обобщенного уравнения Рейнольдса с применением вспомогательных редких сеток, оценивается влияние на характеристики смазочного слоя сложнонагруженных опор типа граничных условий для давлений, наличия на поверхности шипа и подшипника источников смазки.
В третьей главе излагается методика расчета мощности,рассеиваемой в смазочном слое сложнонагруженной опоры с источниками смазки, учитывающая движение центра шипа по произвольной траектории. Анализируются различные способы определения расхода смазки, вытекающей в торцы опоры; подробно рассматриваются принципы реализации неявного метода интегрирования уравнений движения центра шипа, неразрешенных относительно производных
интегрируемых переменных. Эффективность разработанного алгоритма оценивается сравнением с некоторыми явными мето дами. Решением тестовых примеров анализируется влияние на гидродинамические параметры сложнонагруженных опор типа граничных условий для давлений в смазочном слое; доказывается возможность применения при расчете траектории движения центра шипа принципа суперпозиции для гидродинамических давлений; приводится алгоритм теплового расчета сложнонагруженных опор, исследуется точность раз-раоотаннойґтепловой модели сложнонагруженной опоры.
Выбор в качестве тестовых-шатунных и коренных опор коленчатого рала двигателя внутреннего сгорания не является принципиальным, а объясняется лишь возможностью в ряде случаев сопоставить результаты автора с результатами других исследователей.
Четвертая глава посвящена разработке методики экспериментальных исследований на моделирующей установке и на двигателе внутреннего сгорания, сравнению результатов теоретических расчетов с экспериментальными результатами автора и других исследователей. Здесь же помещены примеры использования результатов выполненных исследований, на основе которых разработано алгоритмическое и программное обеспечение гидродинамических и тепловых расчетов сложнонагруженных опор поршневых машин, вошедшее составной частью в пакет прикладных программ "Орбита":
при проектировании и совершенствовании серийных и опытных образцов двигателей внутреннего сгорания в Производственном объединении "ТУрбомоторный завод" им.К.Е.Ворошилова; на автомобильном заводе им.Ленинского комсомола (АЗЛК); в Головном специализированном конструкторском бюро по двигателям средней мощности (ГСКЕЩ).
В заключении кратко подводятся итоги работы.
- 9.-
В приложении помещены акты, подтверждащие внедрение результатов работы.
На защиту выносятся следувдие основные научные результаты.
Эффективный алгоритм численного интегрирования обобщенного уравнения Рейнольдса для давлений в смазочном слое сложно-нагруженных опор с источниками смазки на поверхности шипа и подшипника, позволяющий по сравнению с традиционными алгоритмами снизить затраты времени на интегрирование не менее чем в 20 раз и определять суммарный расход смазки, вытекащей в торцы опоры, не прибегая к делению смазочного слоя на нагруженную и ненагруженную области.
Методика расчета мощности, рассеиваемой в смазочном слое, отличающаяся от известных тем, что базируется на обобщенном уравнении Рейнольдса и учитывает движение центра шипа по сложной траектории.
3; Эффективный и устойчивый алгоритм интегрирования дифференциальных уравнений движения шипа, неразрешенных относительно производных интегрируемых переменных, основанный на применении формул дифференцирования назад.
4. Результаты исследований влияния источников смазки на характеристики смазочного слоя, температуру подшипника и другие гидродинамические параметры, характеризующие нагруженное ть опор скольжения.
Тема диссертации вытекает из проводимых Челябинским политехническим институтом им.Ленинского комсомола (ЧІМ) плановых научно-исследовательских работ и отвечает задачам, поставленным в "Основных направлениях работ по фундаментальным и прикладным исследованиям в области трения, смазки и износа на 1976-1985гг." (постановление Госкомитета по науке и технике Совета Министров
СССР № 417 от 21.8.75 и № 473/249 от 12.12.80); в координационном плане ВИР АН СССР на I98I-I985 гг. по проблеме "Трение и износостойкость твердых тел" (шифр 1,11.3.2 от 24.09,81), соисполнителем которых является ЧПИ.
- II -
