Методика расчёта ресурса подшипников скольжения на ранних этапах проектирования поршневых и роторных машин

Автор: Леванов Игорь Геннадьевич, Задорожная Елена Анатольевна, Никитин Денис Николаевич

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering

Статья в выпуске: 3 т.21, 2021 года.

Бесплатный доступ

Обеспечение требуемого уровня надёжности машин и механизмов на этапе проектирования всегда было актуальным. Для этого на разных этапах проектирования применяется широкий спектр специализированного программного обеспечения, основу которого составляют математические модели, методы и методики расчёта отдельных сопряжений деталей машин. Подшипники скольжения, как правило, являются сопряжениями, лимитирующими надёжность и ресурс машин, поскольку отказы подшипников приводят к остановке машин и производственных процессов. Всё большую актуальность проблема прогнозирования и обеспечения технического ресурса машин приобретает в связи с ростом их нагруженности (в частности, ДВС). Данная статья описывает методику расчёта ресурса гидродинамических подшипников скольжения, основанную на совместном решении гидродинамической и контактной задач. Основу методики и её отличительную особенность составляет математическая модель вязкости смазочного материала, которая отражает явление образования и разрушения адсорбционного граничного слоя на поверхностях трения подшипника. Результатом решения гидродинамической задачи для подшипника скольжения является набор взаимосвязанных гидромеханических характеристик. Минимальная толщина смазочного слоя и её распределение по угловой координате или за цикл нагружения, параметры шероховатости поверхностей подшипника являются ключевыми для расчёта скорости изнашивания и ресурса подшипника. Представлен пример практического применения методики для оценки влияния индивидуальных противоизносных свойств моторного масла на скорость изнашивания шатунного подшипника коленчатого вала двигателя КамАЗ-740, а также влияние величины шероховатости поверхности вкладыша на нагрузочную способность подшипника. В качестве дальнейших направлений развития методики отмечены: оценка абразивного изнашивания подшипника, оценка усталостной долговечности поверхности вкладыша, а также разработка алгоритмов построения кривой износа подшипника.

Еще

Подшипники скольжения, ресурс, методика расчёта, моделирование, скорость изнашивания

Короткий адрес: https://sciup.org/147236530

IDR: 147236530 | DOI: 10.14529/engin210301

Список литературы Методика расчёта ресурса подшипников скольжения на ранних этапах проектирования поршневых и роторных машин

Авдонькин, Ф.Н. Текущий ремонт автомобилей / Ф.Н. Авдонькин. - М.: Транспорт, 1978. -269 с.
Авдонькин, Ф.Н. Критерии предельного состояния подшипников коленчатого вала / Ф.Н. Авдонькин, А.С. Денисов //Надёжность и контроль качества. - 1976. - № 4. - С. 36-41.
Авдонькин, Ф.Н. Прогнозирование изменения технического состояния подшипников коленчатого вала / Ф.Н. Авдонькин, А.С. Денисов //Автомобильная промышленность. - 1975. - № 7. -С. 4-5.
Денисов, А.С. Анализ изменения технического состоянияресурсоопределяющих элементов дизелей КамАЗ в процессе эксплуатации /А.С. Денисов, А.Р. Асоян, В.П. Захаров //Известия Вол-гГТУ. - 2011. - № 8(81). - С. 32-35.
Крагельский, И.В. Трение, изнашивание и смазка: справочник. В 2 кн./ под ред. И.В. Кра-гельского, В.В. Алисина. -М. : Машиностроение, 1978. - Кн. 1. - 400 с.
Лукинский, В.С.Прогнозирование надёжности автомобилей / В.С. Лукинский, Е.И. Зайцев. - Л.: Политехника, 1991. - 224 с.
Захаров, С.М. Гидродинамическая теория смазки // в кн. «Современная трибология: итоги и перспективы» /под ред. К.В. Фролова. - М.: Изд-во ЛКИ, 2008. - С. 95-157.
Румб, В.К. Прогнозирование долговечности подшипников коленчатых валов судовых дизелей /В.К. Румб // Двигателестроение. - 2009. - № 1. - С. 15-17.
Захаров, С.М. Прогнозирование показателей износостойкости нестационарно-нагруженных опор скольжения силовых установок с помощью метода имитационного моделирования / С.М. Захаров // Трение и износ. - 1982. - Том 3, № 5. - С. 789-800.
Черепанов, Д.А. Расчётно-экспериментальная модель изнашивания опор скольжения коленчатых валов поршневых ДВС: дис. ... канд. техн. наук / Д.А. Черепанов. - СПб.: СПбГПУ, 2004. -168 с.
Nikolic, N. An Algorithm for Obtaining Conditional Wear Diagram of IC Engine Crankshaft Main Journals / N. Nikolic, T. Torovic, Z. Antonic, J. Doric // FME Transactions. - 2011. - Vol. 39. -Р. 157-164.
Nikolic, N. A procedure for constructing a theoretical wear diagram of IC engine crankshaft main bearings / N. Nikolic, T. Torovic, Z. Antonic // Mechanism and Machine Theory. - 2012. - Vol. 58. - Р. 120-136.
Крагельский, И.В. Трение, изнашивание и смазка: справочник. В 2 кн. / под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. - М. : Машиностроение, 1978. - Кн.2. - 358 с.
Гриб, В.В. Расчёт ресурса и износа узлов трения численными методами // в кн. «Теория и практика расчётов деталей машин на износ». - М. : Наука, 1982. - С. 106-110.
Sander D.E., Allmaier H. Friction and wear analysis of journal bearings exposed to repeated start and stop cycles // 16th EDF, Pprime Workshop: "Behaviour of journal and thrust bearings under transient and mixed lubrication regime", Futuroscope, October 5 & 6, 2017.
Bergmann, P. Modeling Wear of Journal Bearings / P. Bergmann, F. Grün //Montanuniversität Leoben, Department Product Engineering. vol. 6, no. 27; 2018, 2018. DOI: 10.3390/lubricants6010027.
Bonneau, D. Mixed Lubrication in Hydrodinamic Bearings // D. Bonneau, A. Fatu, D. Souchet. - ISTE Ltd, London, 2014. - 172 р.
Fillon, M. and Bouyer, J. (2004), "Thermo Hydrodynamic Analysis of a Worn Plain Journal Bearing," Tribol. Int., 37, pp. 129-136.
Bouyer J., Fillon M., Pierre-Danos I. Influence of wear on the behavior of a two-lobe hydrodynamic journal bearing subjected to numerous startups and stops // Journal of Tribology. - 2007. -Vol. 129. - Р. 205-208.
Awasthi R.K., Sharma S.C., Jain S.C. Performance of worn non-recessed hole-entry hybrid journal bearings // Tribology International. - 2007. - Vol. 40. - Р. 717-734.
Nikolakopoulos, P.G., Papadopoulos C.A. A study offriction in worn misaligned journal bearings under severe hydrodynamic lubrication / Tribology International. - 2008. - Vol. 41. - Р. 461-472. DOI: 10.1016/j.triboint.2007.10.00.
Kim N.H., Won D., Burris D., et al. Finite element analysis and experiments of metal/metal wear in oscillatory contacts // Wear. - 2005. - Vol. 258. - Р. 1787-1793.
Refined simulation of friction power loss in crank shaft slider bearings considering wear in the mixed lubrication regime / C. Priestner, H. Allmaier, H.H. Priebsch, C. Forstner // Tribology International. - 2012. - Vol. 46. - Р. 200-207.
Predicting friction reliably and accurately in journal bearings - The importance of extensive oil-models / H. Allmaier, C. Priestner, F.M. Reich // Tribology International. - 2012. - Vol. 48. - Р. 93101.
Gulwadi, S.D. Journal Bearing Analysis in Engines Using Simulation Techiques / S.D. Gulwadi, G. Shrimpling // SAE 2003-01-0245.
Bartel, D. Simulating transient wear characteristics ofjournal bearings subjected to mixed friction / D. Bartel, L. Bobach, T. Illner and L. Deters // Journal of Engineering Tribology. - 2012. -P. 1-14. DOI: 10.1177/1350650112454510.
Sander, D.E. Simulation of journal friction in severe mixed lubrication - Validation and effect of surface smoothing due to running-in / D.E. Sander, H. Allmaier, H.H. Priebsch et al. // Tribology international. - 2015. - Vol. 96. - P. 173-183. DOI: 10.1016/j.triboint.2015.12.024
Bergmann, P. Evaluation of Wear Phenomena of Journal Bearings by Close to Component Testing and Application of a Numerical Wear Assessment / P. Bergmann, F. Grun, F. Summer, I. Godor //Lubricants. - 2018. - Vol. 65, № 6. - P. 25. DOI: 10.3390/lubricants6030065.
Christoph Knauder, Hannes Allmaier, David E. Sander and Theodor Sams. Investigations of the Friction Losses of Different Engine Concepts. Part 1: A Combined Approach for Applying Subassembly-Resolved Friction Loss Analysis on a Modern Passenger-Car Diesel Engine // Lubricants. - 2019. -№ 7. - Vol. 39. DOI: 10.3390/lubricants7050039.
Kalogiannis, K., Desai, P., Mian, O., and Mainwaring, R. Simulated Bearing Durability and Friction Reduction with Ultra-Low Viscosity Oils // SAE Technical Paper 2018-01-1802. - 2018. DOI: 10.4271/2018-01-1802.
Прокопьев, В.Н. Совершенствование методики расчёта сложнонагруженных подшипников скольжения, смазываемых неньютоновскими маслами / В.Н. Прокопьев, Е.А. Задорожная, B.Г. Караваев, И.Г. Леванов //Проблемы машиностроения и надёжности машин. - 2010. - № 1. - C. 63-67.
Задорожная, Е.А. Механизм образования граничных слоёв и реологическая модель вязкости тонких слоёв смазочного материала / Е.А. Задорожная, И.В. Мухортов, И.Г. Леванов // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2014. - № 10 (171). - С. 76-81.
Буяновский, И.А. Граничная смазка адсорбционным слоем / И.А. Буяновский // Трение и износ. - 2010. - Т. 31, № 1. - С. 48-67.
Икрамов, У.А. Расчётные методы оценки абразивного износа. - М. : Машиностроение, 1987. - 288 с.

Еще

Статья научная