Введение к работе
Актуальность исследования. Как известно, подшипники скольжения в настоящее время имеют широкое применение в приборостроении, машиностроении, ракетостроении.
Основным условием эффективной работы подшипников скольжения является выбор смазочного материала (СМ) с требуемыми свойствами, как правило, для обеспечения режима жидкостного трения. В настоящее время выбор СМ осуществляется по справочным материалам, либо с использованием моделей, не полностью учитывающих реологических свойств СМ.
В экстремальных условиях (высокие нагрузки, скорости скольжения и температура) происходит снижение вязкости СМ и, соответственно, несущей способности подшипника. Для устранения этого явления широкое распространение получили ферромагнитные жидкости.
Однако модели, одновременно учитывающие влияния изменения вязкости под действием электрического и магнитного полей и температуры СМ, отсутствуют. Кроме того, для данных условий эксплуатации обычно СМ считается несжимаемым, что, как показали исследования, в основном не соответствует действительности.
Опорная поверхность подшипников скольжения в этих расчетах принимается абсолютно жесткой, что в случае использования композиционных материалов приводит к заниженному значению несущей способности.
Таким образом, создание универсальных расчетных моделей, учитывающих вышеуказанные аспекты работы подшипников скольжения, работающих на электропроводящих газообразных СМ и сжимаемых ферромагнитных жидкостях, является перспективным направлением в области трибологии. Данная диссертационная работа находится в русле этого актуального направления трибологии.
Цель и задачи исследования. Целью работы является обеспечение устойчивой работы подшипников скольжения путем выбора СМ с учетом его реологического состояния, на основе универсальных моделей, учитывающих сжимаемые и электропроводящие свойства СМ и податливость опорных поверхностей подшипников скольжения.
В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:
1 Создание универсальной расчетной модели смазки упорных и радиальных подшипников скольжения с учетом сжимаемых и электропроводящих свойств смазочного материала, а также податливости опорных поверхностей подшипников.
2 Разработка расчетной модели газовой смазки упорного подшипника скольжения с учетом влияния магнитного поля и тепловых факторов.
3 Решение задач об устойчивости работы упорных и радиальных подшипников скольжения с электропроводящим газообразным смазочным материалом.
4 Определение границ устойчивости работы упорных и радиальных подшипников скольжения с учетом электропроводящих свойств газообразного смазочного материала.
5 Разработка расчетной модели смазки упорных и радиальных подшипников скольжения с учетом сжимаемых и электропроводящих свойств смазочного материала при гармоническом характере изменения магнитного поля.
6 Установление рациональных по несущей способности, силе трения, расходу смазочного материала и устойчивости работы подшипников значений параметров, характеризующих сжимаемые ферромагнитные жидкости и электропроводящие газообразные СМ.
7 Экспериментальная оценка основных теоретических результатов.
Предмет и объект исследования. Подшипники скольжения с жесткой и податливой опорной поверхностью, работающие на электропроводящих газообразных СМ и сжимаемых ферромагнитных жидкостных.
Методологическая база – формирование автомодельных решений и их использование для определения основных рабочих характеристик подшипников скольжения.
Теоретическая база – уравнения Навье-Стокса, уравнение Ламэ, уравнения Максвелла, уравнение Вейсбаха-Дарси.
Эмпирическая база – гипотезы механики жидкости и газа, гидродинамической теории смазки и теории упругости.
Основные положения, выносимые на защиту:
1 Расчетная модель газовой смазки подшипников скольжения. Оценка влияния магнитной индукции и напряженности электрического поля на основные рабочие характеристики подшипников скольжения, работающих на электропроводящих газообразных смазочных материалах, а также на устойчивость их работы.
2 Оценка влияния тепловых факторов при наличии магнитного поля на основные рабочие характеристики упорных подшипников, работающих на электропроводящем газообразном смазочном материале.
3 Расчетная модель смазки упругодеформируемых подшипников скольжения, работающих на сжимаемых ферромагнитных жидкостях. Оценка влияния магнитной индукции и напряженности электрического поля на основные рабочие характеристики упругодеформируемых подшипников.
4 Расчетная модель смазки подшипников скольжения, работающих на сжимаемых ферромагнитных жидкостях, при гармоническом характере изменения магнитного поля и оценка влияния гармонического характера изменения магнитного поля на основные рабочие характеристики подшипников скольжения.
Научная новизна:
1 Разработана расчетная модель смазки упругодеформируемых подшипников скольжения. В отличие от существующих расчетных методик предложенная здесь модель позволяет оценить влияние сжимаемых и электропроводящих свойств смазочного материала, а также податливость опорных поверхностей подшипников скольжения на их основные рабочие характеристики.
2 Разработана расчетная модель газовой смазки подшипников скольжения с учетом тепловых факторов и электропроводящих свойств газообразного смазочного материала.
3 Разработана методика аналитического прогнозирования устойчивости работы подшипников скольжения, учитывающая сжимаемые и электропроводящие свойства смазочного материала.
4 Предложена методика формирования точного автомодельного решения задачи гидродинамического расчета подшипников скольжения, работающих на сжимаемой ферромагнитной жидкости, при наличии магнитного поля с напряженностью, меняющейся по гармоническому закону и обеспечивающей подшипникам скольжения по несущей способности свойство подшипников двойного действия. В отличие от существующих методик расчета предложенная методика носит универсальный характер и может быть использована в качестве точного «эталонного» решения при решении других задач гидродинамической теории смазки приближенными численными методами.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием основных положений гидродинамической теории смазки, теории упругости, кроме того, результатами экспериментальных исследований.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что работа вносит существенный вклад в развитие теоретической базы современных исследований в области трибосопряжений, разработанная универсальная расчетная модель учитывает различные аспекты функционирования подшипников скольжения, работающих на сжимаемых ферромагнитных жидкостях и электропроводящих газообразных смазочных материалах (сжимаемые и электропроводящие свойства СМ, податливость опорных поверхностей подшипников скольжения, тепловые факторы, гармонический характер изменения магнитного поля, устойчивость работы подшипников). Таким образом, предложенная в работе расчетная модель смазки упругодеформируемых подшипников скольжения, работающих на сжимаемых ферромагнитных жидкостях и электропроводящих газообразных СМ, носит универсальный характер и может служить в качестве «эталонной» при решении других важных задач трибологии с использованием гидродинамической теории смазки.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные здесь результаты позволяют создать научную основу базы данных для конструкторско-проектных организаций при проектировании подшипников скольжения с жесткой и податливой опорной поверхностью, работающих на электропроводящих газообразных смазочных материалах и сжимаемых ферромагнитных жидкостях в устойчивом режиме трения.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности непосредственно вытекает из целевой направленности диссертационной работы, заключающейся в разработке расчетной модели смазки упругодеформируемых подшипников скольжения, работающих на электропроводящих газообразных СМ и сжимаемых ферромагнитных жидкостях в устойчивом режиме трения (05.02.04 – пункты 4 и 12).
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на Международной научной конференции «Механика и трибология транспортных систем» (г. Ростов-на-Дону 2011 г.), Международной конференции «Современные проблемы механики сплошной среды» (г. Ростов-на-Дону 2011 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2012» (г. Ростов-на-Дону 2012 г.), II Международной научной конференции «Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении» (г. Москва 2012 г.).
Эффективность разработанного метода расчета подшипников скольжения, работающих на сжимаемых ферромагнитных жидкостях, получила экспериментальное подтверждение на базе лабораторной установки ФГБОУ ВПО РГУПС совместно с ОАО НПП КП «КВАНТ» в г. Ростове-на-Дону и методика расчета ПС рекомендована к внедрению при модернизации подшипниковых узлов редукторных систем различного технологического назначения.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 15 работ, в том числе 7 публикаций в изданиях, утвержденных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографического списка из 187 наименований и двух приложений. Работа изложена на 158 страницах, содержит 65 рисунков и 6 таблиц.
