Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и постановка задачи исследований 17
1.1. Конструктивные особенности гидродинамического упорного подшипника 17
1.2. Анализ исследования кольцевой пяты с профилированными рабочими профилями VV. 20
1.3. Выбор уравнения слоя смазки 27
1.4. Определение рациональной области применения гидродинамической кольцевой пяты с профилированной несущей поверхностью в судовых механизмах 29
1.5. Цель и постановка задачи исследования 40
2. Вывод уравнений для определения основных характеристик гидродинамической кольцевой пяты с многосекторным сма зочным слоем 42
2.1. Распределение гидродинамического давления в сма -зочном слое при вращательном движении гребня пяты 42
2.2. Определение основных параметров гидродинамической кольцевой пяты 49
2.3. Вывод уравнений для определения основных характеристик кольцевой пяты при показателе степени q, = 0 56
2.4. Последовательность расчета параметров кольцевой пяты 59
2.5. Основные выводы по второму разделу 63
3. Расчетные исследования основных характеристик гидродина мической кольцевой пяты с различными профилями смазочно го слоя 65
3.1. Определение функций Н 9 G , & , ^ , М,Л 66
3.2. Определение безразмерных коэффициентов для вариантов Л , 8 при показателе степени ^ =0 68
3.3. Определение безразмерных коэффициентов для вариантов Л , 5 при показателе степени а = 0; 0,5; I 69
3.4. Определение безразмерных коэффициентов для профилированного смазочного слоя 79
3.5. Определение параметров кольцевой пяты и их анализ 86
3.6. Определение показателя степени в формуле изменения вязкости смазки 104
3.7. Характеристики гидродинамической кольцевой пяты в зависимости от размеров опоры и угловой скорости вращения упорного гребня 107
3.8. Влияние смеси масел на основные параметры гидродинамической кольцевой пяты 108
3.9. Распределение гидродинамического давления по профилю несущей поверхности кольцевой пяты ИЗ
ЗЛО. Основные выводы по третьему разделу 118
4. Экспериментальные исследования гидродинамической кольце вой пяты 127
4.1. Выбор профиля смазочного слоя пяты 127
4.2. Определение координат профиля несущей поверхности кольцевой пяты 129
4.3. Конструктивное исполнение кольцевой пяты 129
4.4. Стенд для испытания кольцевой пяты 133
4.5. Основные условия проведения испытаний 137
4.6. Ход испытаний 139
4.7. Результаты натурных испытаний кольцевой пяты 140
4.8. Основные результаты экспериментального исследования 161
5. Практическое применение результатов работы 165
Заключение 174
Литература 176
Приложения 185
- Определение рациональной области применения гидродинамической кольцевой пяты с профилированной несущей поверхностью в судовых механизмах
- Определение основных параметров гидродинамической кольцевой пяты
- Определение параметров кольцевой пяты и их анализ
- Определение координат профиля несущей поверхности кольцевой пяты
Введение к работе
Актуальность проблемы. В планах развития народного хозяйства СССР, намеченных ХХУІ съездом КПСС, в области машиностроения предусмотрено повышение в оптимальных пределах единичных мощностей машин и оборудования при одновременном уменьшении их габаритов и снижения стоимости на единицу мощности [і].
Об ускорении научно-технического прогресса, широком и быстром внедрении в производство достижений науки и техники указано на ноябрьском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС [2].
Дальнейшее увеличение мощностей судовых механизмов при одновременном снижении их массы на единицу мощности, наряду с решением других задач, потребовало создания упорных подшипников скольжения, обладающих повышенной нагрузочной способностью. Применяемые в практике кольцевые пяты имеют значительные габариты [4]. В них используются опоры с профилем смазочного слоя постоянного наклона [13, 14, 64]. Замена несущей поверхности опоры постоянного наклона на опору с профилированной поверхностью позволяет повысить нагрузку, воспринимаемую масляным слоем, с обеспечением надежности и долговечности подшипника [б, б, 39J.
Имеется публикация [б9, 72, 8IJ вывода дифференциального уравнения, описывающего распределение давления конусного подшипника скольжения с профилированной несущей поверхностью вкладыша. Однако, решение дифференциального уравнения для неизотермического течения смазки, определение основных характеристик и экспериментальное исследование гидродинамической кольцевой пяты с профили-
рованной несущей поверхностью опоры отсутствуют. Поэтому без предварительного теоретического и экспериментального изучения применение таких кольцевых пят затруднено [30, 35, 43]. В этой связи возникает необходимость рассмотреть вопросы теории, метода расчета, проверки надежности работы кольцевой пяты с профилированной несущей поверхностью опоры JJ7, 70, 82J.
Об актуальности данного исследования свидетельствует решение П Всесоюзной научно-технической конференции по контактно-гидродинамической теории смазки и ее практического применения в технике (г. Куйбьшев, 22-25 июня 1976 г.), в котором говорится: "Расширить работы по созданию новых конструкций с улучшенной работоспособностью, например, ... подпятников скольжения ...". Решением Ш Всесоюзной конференции "Контактная гидродинамика" (г.Куйбышев, 16-18 июня 1981 г.) также подчеркнута необходимость разработок по созданию новых более прогрессивных узлов трения.
Таким образом, теоретическое и экспериментальное исследование работоспособности кольцевой пяты с профилированной несущей поверхностью опоры является актуальной задачей.
Основной целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование кольцевой пяты с различными профилями смазочного слоя с целью создания упорного подшипника повышенной несущей способности применительно к судовым механизмам, в том числе:
анализ теоретических и экспериментальных исследований гидродинамической кольцевой пяты для выяснения возможности применения известных форм зазоров при выборе рационального профиля смазочного слоя;
определение и анализ безразмерных коэффициентов характеристик гидродинамической кольцевой пяты для ряда профилей;
анализ параметров и выбор рационального профиля несущей
поверхности гидродинамической кольцевой пяты;
исследование влияния вязкости смазки на параметры гидродинамической кольцевой пяты для ряда профилей;
разработка кольцевой пяты переменного направления вращения применительно для опоры с профилированной несущей поверхностью;
разработка экспериментальной установки для исследования несущей способности гидродинамической кольцевой пяты;
экспериментальные исследования влияния формы зазора смазочного слоя опоры на основные характеристики гидродинамической кольцевой пяты;
внедрение в практику проектирования судового машиностроения результатов исследования гидродинамической кольцевой пяты с профилированной несущей поверхностью.
Методика исследования базируется на использовании основных положений гидродинамики вязкой жидкости применительно к случаю смазки: одном из методов расчета подшипника конечной длины. Для экспериментального обоснования теоретических результатов использовалась универсальная испытательная установка; применялись оригинальные измерительные устройства. Для получения численных результатов использовались ЭВМ.
Научная новизна материалов настоящего исследования заключается в анализе характеристик гидродинамической кольцевой пяты для ряда профилей на основании результатов решения дифференциального уравнения, выведенного для условий работы пяты, и выборе рационального профиля смазочного слоя, обеспечивающего повышенную несущую способность пяты по сравнению с опорой, имеющей профиль постоянного наклона.
Экспериментально исследована и подтверждена повышенная несущая способность гидродинамической кольцевой пяты с профилированной формой зазора.
В работе проведено исследование для четырех профилей смазочного слоя, заданных аналитически группой уравнений и двух вариантов граничных условий, характеризуемых величиной гидродинамического давления в конце образования смазочного слоя.
Исследование проведено для большого интервала изменения отношения зазоров смазочного слоя.
Это позволило рекомендовать выбор рационального профиля смазочного слоя опоры, повышающего нагрузочную способность кольцевой пяты.
Конструктивное исполнение опоры с профилированной несущей поверхностью обеспечило в процессе испытаний надежность жидкостного трения кольцевой пяты.
Практическая ценность настоящей работы заключается в выборе и проверке рационального профиля несущей поверхности опоры гидродинамической кольцевой пяты, что позволяет увеличить ее нагрузочную способность, уменьшить массу и габариты. Полученные безразмерные коэффициенты характеристик кольцевой пяты и выданные конструктивные рекомендации дают возможность произвести расчет и проектирование опоры с профилированным смазочным слоем.
Внедрение результатов работы. Разработанная гидродинамическая кольцевая пята с рациональным профилем смазочного слоя прошла производственную проверку и установлена в судовом масляном электронасосе. Результаты работы могут найти применение и в других отраслях машиностроения, где габаритные размеры машин зависят от конструкции подшипникового узла.
На защиту выносятся следующие основные положения и выводы, вытекающие из проведенных теоретических и экспериментальных исследований гидродинамической кольцевой пя-
15 ты, в частности:
гидродинамическую кольцевую пяту с профилированной несущей поверхностью целесообразно использовать в судовых механизмах, обеспечивающих необходимое количество смазки;
установлено, что безразмерная величина несущей способности имеет наибольшие величины для вогнутых профилей опорных поверхностей при коэффициенте сужения смазочного слоя 13-20;
определено, что наибольшей несущей способностью обладает опора пяты (при приемлемых значениях других параметров) с профилем смазочного слоя, имеющим значительную крутизну;
проведенные исследования влияния динамического коэффициента вязкости смазки и других характеристик на параметры кольцевой пяты для различных форм зазоров позволяют рекомендовать рациональный профиль смазочного слоя;
экспериментальная проверка кольцевой пяты с профилированной несущей поверхностью и выданные рекомендации к проектированию позволяют создавать малогабаритные упорные подшипники скольжения.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались:
на ежегодных научно-технических конференциях Николаевского ордена Трудового Красного Знамени кораблестроительного института имени адмирала С.О.Макарова в 1975-1980 гг. и в 1982 г.;
на Ш Всесоюзной конференции "Контактная гидродинамика", г. Куйбышев, 1981 г.;
на семинаре лабораторий динамики газов и теплообмена и реодинамики Института теплофизики СО АН СССР, г. Новосибирск, 1981 г.
Объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения по результатам работы, перечня использованной
литературы (103 наименований) и приложения. Работа изложена на 211 страницах машинописного текста и 48 листах иллюстраций.
Определение рациональной области применения гидродинамической кольцевой пяты с профилированной несущей поверхностью в судовых механизмах
С развитием судостроения возникла необходимость создания ряда судовых механизмов (угловые редукторы _40, 93, 99j , угловые колонки [_87, ЮО, I03J, масляные электронасосы (_42, 63J , главные упорные подшипники [.27, 64, 96 , турбины 1_П, 90, 95 J и т.п.), в которых действуют значительные осевые усилия.
Устанавливаемые в силовых механизмах для восприятия осевого усилия подшипники качения в ряде случаев не обеспечивают ресурс механизма. Применяемые для этой цели упорные подшипники скольжения с профилем опоры постоянного наклона занимают значительные габариты, поэтому их не всегда представляется возможным использовать.
Применение в силовых механизмах кольцевой пяты, обладающей повышенной несущей способностью, сможет обеспечить их ресурс при заданных габаритах. Кроме того, подшипники скольжения обладают рядом преимуществ по сравнению с подшипниками качения. Основными из них является бесшумность и виброустойчивость в работе. Область применения подшипников с гидродинамической смазкой сдвинута в сторону больших частот вращения [l4, 68].
Рассмотрим некоторые схемы механизмов, в которых используются или могут быть использованы гидродинамические упорные подшипники с профилированной несущей п верхностью. I.4.I. Имеется разработка зарубежного судового ГТД [39] с использованием радиальных и главного упорного подшипников скольжения (рис. 1.3). В турбокомпрессорном блоке ГТД установлены опорные подшипники скольжения специальной конструкции, обеспечивающие повышенные нагрузочные характеристики. Частота вращения вала турбокомпрессора составляет оэ = 1885 с .
В механизме упора винта установлен гидродинамический упорный подшипник. Для обеспечения восприятия осевого усилия упорные подушки выполнены с коническими поверхностями, а поверхность, прилегающая к гребню, сферическая. Частота вращения упорного гребня составляет CJ = 62,5 с .
Указывается, что применение в механизмах ГТД подшипников скольжения обеспечивает период между переборками ГТД равный 6000 часов. Однако, в приведенном источнике отсутствуют данные по проектированию, эксплуатации расчету основных параметров упорных подшипников скольжения. Не приведено конструктивное выполнение упорного подшипника, а также вид кривой, описывающей профиль смазочного слоя.
Таким образом, можно предположить, что несущая поверхность упорного подшипника выполнена профилированной, обеспечивающей восприятие осевой нагрузки. 1.4.2. В судах на подводных крыльях в качестве механизмов нашли применение угловые редукторы [j40, 93]. Усилия, возникаю щие в зубчатом зацеплении, а также осевая нагрузка, действующая от винта, воспринимается подшипниками качения. Схема углового редуктора приведена на рис. 1.4.
Применение подшипников качения в силовых угловых редукторах в ряде случаев не обеспечивает назначенный ресурс редуктора и требуется их замена. Кроме того, наличие в редукторах подшипников качения повышает шум и вибрацию редуктора.
Замена в конструкции углового редуктора подшипников качения на подшипники скольжения обеспечит назначенный ресурс редуктора, уменьшит шут и вибрацию редуктора. Внедрение в редукторе гидродинамической кольцевой пяты с профилированной несущей поверхностью позволит сохранить габариты подшипниковых узлов с обеспечением восприятия осевой нагрузки. Количество смазки, момент трения на шипе составят допустимые величины. 1.4.3. В угловых колонках [40, 103) для восприятия осевой нагрузки, действующей от винта, устанавливаются подшипники качения. На рис. 1.5 приведена схема угловой колонки с располо женными упорными подшипниками качения. Однако, в колонках, пере дающих значительные мощности, упорные подшипники качения не обеспечивают назначенный ресурс угловой колонки.
Из выполненных конструкторских проработок следует, что замена в колонках упорных подшипников качения на кольцевую пяту с профилированной несущей поверхностью обеспечивает назначенный ресурс угловой колонки.
Применение в угловых колонках кольцевой пяты вызовет увеличение количества смазки. Однако, количество смазки не превысит производительность откачки маслоагрегата. Остальные параметры составят приемлемые величины. Виброшумовые характеристики угловой колонки с применением кольцевой пяты улучшатся. 1.4.4. По схеме, изложенной в _I02j, для восприятия осевого усилия применяется конструкция опорных узлов со спаренными под шипниками, например, в судовых силовых турбинах (рис. 1.6). Под шипниковый узел состоит из упорного подшипника с профилем опоры постоянного наклона и подшипника качения. Замена в подшипниковом узле упорного подшипника на гидродинамическую кольцевую пяту с профилированной несущей поверхностью позволит сократить размеры пяты. Количество смазки, момент трения на шипе кольцевой пяты с профилированной несущей поверхностью составят практически приемлемые значения. 1.4.5. В системе маслообеспечения судовых ГТУ применяется выносной отдельностоящий масляный электронасос типа ЭМН І50/4-І. По техническим условиям параметры масляного электронасоса следующие: - давление масла на нагнетании 0,41 МПА; - температура прокачиваемого масла 40-50С; - перекачиваемая жидкость: турбинное масло марки Т ; _т - частота вращения вала ведущего винта 306 с . При работе масляного электронасоса на ведущем винте возникает осевое усилие, которое воспринимается кольцевой пятой с профилем опоры постоянного наклона (рис. 1.7). В системе обеспечения масла для судовых ГТУ потребовалось эксплуатировать масляный электронасос на режимах, превосходящих предусмотренными техническими условиями на механизм. Параметры масляного электронасоса в этом случае составляют: - давление масла на нагнетании 0,64 МПа; - температура прокачиваемого масла 75С; - осевое усилие на ведущем винте 4 кН. Остальные параметры электронасоса в этом случае составляют прежние значения. При этой нагрузке упорный подшипник с профилем смазочного слоя постоянного наклона не обеспечивает надежность работы механизма. Применение в масляном электронасосе для разгружающего устройства кольцевой пяты с профилированной несущей поверхностью (в прежних габаритах подшипникового узла) повысит надежность его работы с обеспечением назначенного ресурса. 1.4.6. Упорные подшипники скольжения нашли применение для восприятия осевого усилия в конструкции судовых компрессоров pi, 20, 85]. Важнейшим условием для ряда судовых компрессоров является компактность и небольшие маесогабаритные показатели. На рис. 1.8 показана схема КНД ГТУ-20, установленной на газотурбоходе "Парижская коммуна", где в кормовом корпусе размещен упорный подшипник с профилем опоры постоянного наклона. Замена в подобных конструкциях осевых судовых компрессоров упорных подшипников на кольцевую пяту с профилированной несущей поверхностью позволит уменьшить габариты подшипника.
Определение основных параметров гидродинамической кольцевой пяты
Рассмотрим следующие два варианта определения параметров: - вариант А, в основу расчета которого принят средний радиус кольцевой пяты Я , т.е. предполагается, что гидродинамическое ср давление в смазочном слое не зависит от величины текущего радиуса упорного гребня R ; - вариант В, где предполагается, что гидродинамическое дав ление в смазочном слое для подшипника зависит от величины текущего радиуса упорного гребня R . в теплоту, идущую на нагрев масла, т.е. не учитываются потери мощности трения вследствие лучеиспускания и теплопередачи через поверхность корпуса подшипника, тогда Л = AQ или откуда Полученные уравнения основных характеристик кольцевой пяты, как уже отмечалось в начале раздела, выполнены в общем виде, когда показатель степени а в уравнении (2.2) не равен нулю. Эти уравнения позволяют произвести качественную оценку влияния изменения вязкости на основные характеристики кольцевой пяты. Такой анализ будет проведен ниже. Однако, отсутствие оценки показателя степени в без накопленных экспериментальных данных делает затруднительным использование приведенных вьше выражений. Для облегчения решения этой задачи показатель степени о в уравнении (2.2) принят равным нулю, т.е. рассматриваем случай изотермического течения жидкости в смазочном слое, а для учета влияния вязкости используем среднее интегральное значение динамического коэффициента вязкости смазки [79]. Приведенная последовательность расчета позволяет определить с помощью ЭВМ основные параметры кольцевой пяты. 2.4.1. Используя полученные в общем виде выражения (1.4), (1.5), .(1.6), (1.7), описывающие изменение профиля смазочного слоя, составлена программа для нахождения численными методами с помощью ЭВМ значений функций (2.9), (2.15), (2.16), (2.27), (2.34), (2.35) и безразмерных коэффициентов (2.23), (2.30), (2.33), (2.38) для варианта А и (2.42), (2.44), (2.46), (2.47) для варианта В с необходимой частотой в интервале изменения коэффициента сужения смазочного слоя ҐП и показателя степени . Анализируем изменение основных характеристик кольцевой пяты в зависимости от профиля смазочного слоя. Исследования с рекомендацией выбора уравнения профиля смазочного слоя и безразмерных коэффициентов выполнены в третьем разделе. 2.4.2. Расчет параметров кольцевой пяты производится для следующих исходных величин: R , а, и, кв , т , а « Выби рается марка масла с температурой смазки на выходе из питатель ной канавки t . о Для определения температуры смазки на выходе из кольцевой пяты t. и чета влияния повышения температуры смазочного Ьых. слоя на вязкость масла, а следовательно, и на основные характеристики кольцевой пяты, выполняются расчеты для построения вспомогательных графиков. При подсчетах с достаточной точностью каждое последующее увеличение температуры смазки составляет величину at = 5С. Верхний предел интервала температур смазки t. принимается равным, например, Ю0С. 2.4.3. Плотность масла [в] при любой температурециента вязкости смазки [79J при любой температуре ре где а и о. в секундах. 2.4.П. Производится построение графика изменения среднего интегрального значения динамического коэффициента вязкости смазки /и и d , найденных из выражений (2.66), (2.72) для при-нятого интервала температур. Абсцисса графика служит для нахождения температуры смазки на выходе из кольцевой пяты t, 2.4.12. Определяется значение п для принятых исходных ч данных кольцевой пяты согласно выражению (2.73). Из условия равенства 0. и О находим по графику средний интегральный динамический коэффициент вязкости смазки ju и температуру масла на выходе из кольцевой пяты t, Ьых При определении JJ и ts выполняются следующие условия: - если 0 а величины и и Г, соответствуют началь ні t slcp hisc. ным значениям графика; - если ty. L 0 величины ju и І. не определяются. 2.4.13. Осевая несущая способность кольцевой пяты F определяется по уравнению (2.25), а параметр нагруженности П - по уравнению (2.26). Количество смазки Q- определяется по уравнению (2.28), а параметр количества смазки П - по уравнению (2.29). г Момент трения на шипе /V определяется по уравнению (2.31), а параметр сопротивления вращению шипа /7 - по уравнению (2.32).
Для варианта В основные параметры кольцевой пяты определяются соответственно по уравнениям (2.40), (2.43), (2.45).
В перечисленные уравнения следует подставлять безразмерные коэффициенты при показателе степени 0 = 0 и средний интегральный динамический коэффициент вязкости смазки и . Приведенная последовательность расчета приемлема для определения параметров кольцевой пяты с неподвижными несущими поверхностями и для кольцевой пяты с самоустанавливающимися колодками. Расчет распространяется для опор с линейной и профилированной несущей поверхностью постоянного и переменного направления вращения упорного гребня. Для реверсивных кольцевых пят соотношение выбора числа наклонных поверхностей переднего и заднего хода зависит от величины осевых усилий, действующих на опору. При применении реверсивной пяты на опоре в местах окончания симметричных профилей рекомендуется выполнять дополнительно глухие канавки для обеспечения смазки опоры [3 ]. Для уменьшения утечки смазки в радиальном направлении рекомендуется оставлять плоский кольцевой рант [l4]. Остальные требования конструктивного оформления кольцевой пяты с профилированной несущей поверхностью опоры не отличаются от требований для подшипников с рабочей поверхностью постоянного наклона. 2.4.14. По методике, изложенной в [73], необходимо проверить критическое число Рейнольдса . 2.4.15. Согласно уравнению (2.17) производится проверка выбора величины коэффициента инерционных сил г в CJ А I. Получено решение дифференциального уравнения, описывающего распределение давления в смазочном слое гидродинамической
Определение параметров кольцевой пяты и их анализ
Расчет параметров кольцевой пяты для рассматриваемых аналитических выражений И , описывающих профиль смазочного слоя, выполнен в последовательности, изложенной во втором разделе, для следующих исходных данных: - внутренний радиус кольцевой пяты R, = 42-Ю"3 м; - толщина смазочного слоя в конечной точке \ = 15 10 м; - угловая скорость вращения упорного гребня и) = 538 с-1. Исследования гидродинамической кольцевой пяты приведены для смесей масел, применяемых в судовых механизмах и ГТУ и состоящих из масла МС-20 ГОСТ 21743-76 и масла для судовых газовых турбин ГОСТ 10289-62 l8, 19, 48]. Сочетание высоковязкого масла МС-20 с газотурбинным маслом, имеющим противозадирные присадки, позволяет в зависимости от условий работы подшипников и зубчатых передач (окружных скоростей, удельных нагрузок, температур) создавать смесь с требуемыми свойствами, обеспечивающими высокую несущую способность передач и опорных подшипниковых узлов [45, 62]. В данном расчете в качестве смазки принята маслосмесь, состоящая из 65 % масла МС-20 и 35 % масла для судовых газовых турбин при температуре на выходе из питательной канавка t = 50 С. Изменение динамического коэффициента вязкости смазки ju в зависимости от температуры { приведено на рис. 3.10 а, кривая I. Графики расчетных значений среднего интегрального динаїлического коэффициента вязкости смазки JJ и параметра о в зависимости от температуры смазки на выходе из кольцевой пяты t. приведены на рис. ЗЛО б. Определены величины динамического коэффициента вязкости [79] для смеси масел 65 % МС-20 и 35 % ГТ в интервале температур от 50 до 100 С. Расчет выполнен по уравнению На основании расчета построен график изменения динамического коэффициента вязкости смазки JJ от температуры і (рис.3.II) Из сопоставления графиков (рис. 3.11) следует, что расчетные значения динамического коэффициента вязкости л1 смеси масел незначительно отличаются ( 3 %) от экспериментальных значений динаїлического коэффициента вязкости смазки ju . Поэтому расчетные значения динамического коэффициента вязкости ft1 смеси масел использованы в выражениях при дальнейших исследованиях. при коэффициенте сужения смазочного слоя /D = 5; 10; 20; 30; от ношении радиусов кольцевой пяты а - 1,5; числе секторов опоры п = 3; 4; б; 8; коэффициенте = -0,50; -0,25; 0; 0,25; 0,50; коэффициенте инерционных сил k = I; показателе степени = 0; при коэффициенте сужения смазочного слоя т = 2; 3; 4; 5; 20; 30; отношении радиусов кольцевой пяты а = 1,25; 1,50; 1,75; 2,00; числе секторов опоры /г = 3; 4; б; коэффициенте инерционных сил А? = I; показателе степени а = 0; і т при коэффициенте сужения смазочного слоя гп = 2; 3; 4; 5; отношении радиусов кольцевой пяты & = 1,5; 1,75; числе секторов опоры /г = 3; 4; б; коэффициенте инерционных сил k = I; показателе степени а = 0 (характерные параметры см. в табл. 3.2); при коэффициенте сужения смазочного слоя т = 20; отношении радиусов кольцевой пяты а = 1,25; 1,42; 1,50; 1,75; 2,00; 2,25; числе секторов опоры п = 3; 4; б; 8; 9; 12; коэффициенте инерционных сил # = I; показателе степени = 0; при коэффициенте сужения смазочного слоя т- 4; отношении радиусов кольцевой пяты а = 1,5; числе секторов опоры rv = б; показателе степени 5 = 0; коэффициенте инерционных сил k = I; коэффициенте = 0; толщине смазочного слоя в конечной точке к = (15; 20; 25; 30; 35)-10-6 м и - гидродинамическая кольцевая пята, имеющая профиль смазочного слоя с большей вогнутостью, чем функции зазоров является практически непригодной по значению осевой несущей способности F. ; Ос - гидродинамическая кольцевая пята, имеющая профили смазоч ного слоя с меньшей вогнутостью, чем функции зазоров по значению осевой несущей способности F незначительно отливе чаются от F кольцевой пяты с профилем смазочного слоя постоянного наклона при т = 2 4; - гидродинамическая кольцевая пята с выпуклыми профилями смазочного слоя является практически непригодной по значению осевой несущей способности F ; при коэффициенте сужения смазочного слоя сектора т = 8 20 в 2,0-2,5 раза больше, чем у кольцевой пяты с профилем смазочного слоя постоянного наклона при т = 2 4; однако, для ряда судовых механизмов (главные упорные подшипники, масляные электронасосы, угловые редукторы и т.д.) количество смазки Q у выхода из ра при коэффициенте сужения смазочного слоя сектора m = 8 20 в 1,5-1,7 раза больше, чем у кольцевой пяты с профилем смазочного слоя постоянного наклона при т = 2 4; однако для судовых механизмов, имеющих кольцевые пяты, момент трения на шипе Мш составляет практически приемлемые величины; - профиль смазочного слоя, описываемый одним из уравнений при коэффициенте сужения смазочного слоя сектора т = 8 20 имеют наклон к выходу потока близок к профилю смазочного слоя постоянного наклона при т = 2 4; - влияние изнашивания профиля смазочного слоя на изменение параметра осевой несущей способности F гидродинамической кольце цевой пяты с профилем смазочного слоя, изменяющимся по одному при коэффициенте сужения смазочного слоя сектора т = 8 20 приведет к результатам не худшим, чем у кольцевой пяты с профилем смазочного слоя постоянного наклона при т = 2 4; - гидродинамическая кольцевая пята с профилем смазочного слоя, изменяющимся по одному из уравнений может быть применена для восприятия значительных осевых усилий Foc в судовых механизмах с обеспечением надежности работы; - гидродинамическая кольцевая пята с профилем смазочного слоя постоянного наклона, описываемым уравнением і /т» близка к оптимальной по значению осевой несущей способности F при коэффициенте сужения смазочного слоя сектора т = 24-4, что согласуется с выводами других авторов [l4, 73, 75]. . Проведено сравнение величины осевой несущей способности кольцевой пяты F выполненного расчета с существующими [ВО, 89]. Так как опубликованные последовательности расчетов разработаны только для профиля постоянного наклона, изменяющегося по уравнению то сравнение F было проведено для этой формы смазочного слоя. Вычисленные значения параметров F составляют: - F - 16,2 кН при коэффициенте сужения смазочного слоя т = 4; числе секторов опоры п = 6; отношении радиусов кольцевой пяты d = 1,5 для выполненного расчета; - F = 15,5 кН при коэффициенте сужения смазочного слоя ос гп. = 4; числе секторов опоры п = 6; отношении радиусов кольцевой пяты а - 1,5 и Fx = 19,0 кН при коэффициенте сужения смазочного слоя т = 4; числе секторов опоры п = 6; отношении радиусов кольцевой пяты d = 1,6, соответственно, для последовательности расчетов [80, 89].
Определение координат профиля несущей поверхности кольцевой пяты
Общий вид кольцевой пяты постоянного направления вращения приведен на рис. 4.1. В качестве материала опоры применена бронза марки БрОФЮ-1 ОСТ 5.9209-75 (НВ = 101) [47] и сталь с залив кой баббита Б83.
Несущая поверхность опоры обработана по вычисленным координатам точек профиля на станке с программным управлением.
Расхождение координат профиля обработанной поверхности с теоретическим составило несколько микрон. При подгонке поверхности скольжения по пятну контакта производилось занижение пря -6 молинейной части профиля от 5 до 10 10 м, причем меньшее значение имело место у опоры с баббитовой заливкой и большее - у бронзовых опор. Шероховатость поверхности профиля опоры состав-ляла /?а = 0,63.10-0 м, что является допустимой величиной [ЗЗ]. В зоне наименьшего сужения профиля смазочного слоя в опорах устанавливались емкостные датчики для измерения к о
Сигналы емкостных датчиков, величина которых зависит от расстояния между поверхностями скольжения, фиксировалась электронным прибором типа "Марс-2". Перед испытаниями проводилась настройка прибора "Марс-2" путем наложения на кольцевую опору мерной шайбы, имеющей тарировочные пазы для образования определенной толщины масляной пленки между датчиком и шайбой.
Для измерения температуры смазки на выходе из питательной канавки t в опоре были установлены хромель-копелевые термо 0 пары. В зоне наименьшего сужения смазочного слоя производилсязамер температуры опоры -і. хромель-копелевыми термопарами заделанными на глубине 0,8 - 1,2 мм от поверхности скольжения. Показания термопар регистрировались на приборе типа ЭЛЛ.
Материал упорных гребней - сталь І8Х2НЧМА ГОСТ 4543-71 [і7] (HRC = 56) цементированная и (HV = 600) азотированная; шерохо-ватость поверхности гребня R = 0,08«10" м, которая является приемлемой величиной.
Кольцевая пята переменного направления вращения содержит конструктивные элементы для обеспечения надежности работы и уменьшения утечки масла в радиальном направлении и заключающиеся в том, что на опоре между началами двух профилей выполнены плоскопараллельные перемычки и расположенными на этих перемычках и в местах окончания профилей глухими канавками подвода смазки.
Стенд для экспериментальных исследований кольцевой пяты (рис. 4.2) имеет следующие узлы: - установку для испытания кольцевой пяты (рис. 4.3); - привод установки; - пульт управления стенда; - систему смазки стенда. вид стенда показан на рис. 4.4. 4.4.1. Установка для испытания кольцевой пяты. Установка состоит из корпуса с лапами крепления на раме и крышки. В корпусе расположены опоры для размещения в них радиального и радиально-упорного подшипников качения. На подшипниках качения установлен вал, на концах которого закреплены зубчатая полумуфта и упорный гребень.
Поршень гидроцилиндра осевой загрузки кольцевой пяты подвижно соединен с опорой по сферической поверхности и удерживается от проворачивания штифтами. Конструктивно в установке предусмотрено одновременное испытание в стендовых условиях радиального, радиально-упорного и упорного подшипников скольжения, которые устанавливаются вместо подшипников качения и загружаются Рис. 4.3. Установка для испытания кольцевой пяты: I - полумуфта зубчатая; 2 - шарикоподшипник радиальный; 3,5- спрейеры; 4 - вал; б - шарикоподшипник радиально-упорный; 7 - гребень; 8 - кольцевая опора; 9 - гидроцилиндр для создания осевого усилия
