Методика решения связанной задачи гидродинамической теории смазки и нелинейной динамики для механической системы «коленчатый вал на подшипниках скольжения»

Автор: Рождественский Юрий Владимирович, Хозенюк Надежда Александровна, Мыльников Александр Александрович

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

Статья в выпуске: 4 т.15, 2015 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрены особенности методики решения связанной задачи гидродинамической теории смазки и нелинейной динамики для механической системы «коленчатый вал на подшипниках скольжения». Цель исследования состоит в разработке комплексной расчетной методики оценки работоспособности коренных подшипников коленчатого вала для учета краевых эффектов, обусловленных перекосами осей подвижных и опорных элементов подшипников скольжения. Рассмотрена система коренных подшипников, взаимосвязанных посредством коленчатого вала и картера. Методика основана на совместном численном решении уравнений движения шеек коленчатого вала на смазочных слоях, дифференциального уравнения Рейнольдса для неньютоновской жидкости и теплового баланса для определения гидромеханических характеристик подшипников, а также уравнений пяти моментов для определения нагрузок, действующих на все коренные подшипники с учетом упругих свойств картера, многоопорного коленчатого вала, а также нелинейных свойств смазочных слоев, возможных смещений центров опор и шеек из-за технологических, тепловых и других факторов. При моделировании течения смазочного материала в зазоре каждого подшипника использована модель структурированного смазочного слоя, учитывающая образование на поверхностях трения высоковязких граничных слоев. Для определения упругих свойств блок-картера двигателя и коленчатого вала использованы трехмерные конечноэлементные модели конструкций. Методика позволяет оценивать одновременное влияние ряда конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на работоспособность системы коренных подшипников. Выполнена расчетная оценка гидромеханических характеристик коренных подшипников дизеля типа ЧН 13/15. Показано влияние газовых сил на упругие перемещения опор коленчатого вала.

Еще

Коренной подшипник скольжения, связанные процессы, динамическая модель, смазка, неньютоновские свойства, коэффициент упругой податливости, коленчатый вал, блок-картер, двигатель внутреннего сгорания

Короткий адрес: https://sciup.org/147151704

IDR: 147151704 | DOI: 10.14529/engin150405

Список литературы Методика решения связанной задачи гидродинамической теории смазки и нелинейной динамики для механической системы «коленчатый вал на подшипниках скольжения»

Абрамишвили, М.М. Динамическая напряженность коленчатого вала и его опор V-образного восьмицилиндрового двигателя, работающего по внешней скоростной и нагрузочной характеристикам/М.М. Абрамишвили, В.К. Чистяков//Двигателестроение. -1990. -№ 1. -С. 10-12.
Краснокутский, А.Н. Расчет коленчатого вала на прочность по неразрезной схеме/А.Н. Краснокутский, Ю.Ю. Трифонов//Сборник научных трудов по проблемам двигателестроения, посвященный 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана. -М.: МГТУ им. Баумана, 2005. -С. 96-102.
Прокопьев, В.Н. Многосеточные алгоритмы интегрирования уравнения Рейнольдса в задачах динамики сложнонагруженных подшипников скольжения/В.Н. Прокопьев, А.К. Бояршинова, Е.А. Задорожная//Проблемы машиностроения и надежности машин. -2005. -№ 5. -С. 16-21.
Ли, Ч. Статические и динамические характеристики радиальных подшипников с плавающей втулкой/Ч. Ли, С.М. Роде//Труды американского общества инженеров-механиков. Проблемы трения и смазки. -М.: Мир. -1982. -№ 3. -С. 64-70.
Tang, B. Computing the main journal bearings dynamic coefficients in a six-cylinder in-line diesel engine/B. Tang//SAE Technical Paper 2007-01-1968. -2007. DOI: DOI: 10.4271/2007-01-1968
Xu, H. The Impact of Axial Bearing Profile on Engine Bearing Performance/H. Xu, O. Mian, D. Parker//SAE Technical Paper 2003-01-1387. -2003. DOI: DOI: 10.4271/2003-01-1387
Choi, J. Oil Film Thickness in Engine Main Bearings: Comparison Between Calculation and Experiment by Total Capacitance Method/J. Choi, J. Lee, D. Han//SAE Technical Paper 922345. -1992. DOI: DOI: 10.4271/922345
Mian, A. Measured Crankshaft Bearing Oil Flow and Temperatures with a Full and Partial Groove Main Bearing/A. Mian, D. Parker, B. Williams//SAE Technical Paper 2000-01-1341. -2000. DOI: DOI: 10.4271/2000-01-1341
Analysis of Oil Film Generation on the Main Journal Bearing Using a Thin-Film Sensor and Elasto-Hydrodynamic Lubrication (EHL) Model/M. Inui, M. Kobayashi, K. Oowaki et al.//SAE Int. J. Fuels Lubr. -2013. -№ 6 (1). -P. 119-125. DOI: DOI: 10.4271/2013-01-1217
Investigating the Potential to Reduce Crankshaft Main Bearing Friction During Engine Warm-up by Raising Oil Feed Temperature/J. Zammit, P. Shayler, R. Gardiner, I. Pegg//SAE Int. J. Engines. -2012. -№ 5 (3). -P. 1312-1319. DOI: DOI: 10.4271/2012-01-1216
Захаров, С.М. Совместный расчет многоопорного коленчатого вала и подшипников скольжения/С.М. Захаров, Ю.Л. Тарсис, Е.А. Шорох//Вестник машиностроения. -1985. -№ 1. -С. 5-7.
Пути повышения несущей способности коренных опор тракторного дизеля/В.К. Балюк, Ю.В. Рождественский, М.К. Ветров, Л.Н. Фалеев//Двигателестроение. -1989. -№ 2. -С. 47-48, 51.
Welsh, W. Dynamic Analysis of Engine Bearing Systems/W. Welsh, J. Booker//SAE Technical Paper 830065. -1983. DOI: DOI: 10.4271/830065
Bellakhdhar, B. A simplified coupled crankshaft-engine block model/B. Bellakhdhar, A. Dogui, J.-L. Ligier//Comptes Rendus Mecanique. -2013. -Vol. 341. -Iss. 11-12. -P. 743-754.
Gequn, S. Research on the Influence of Bench Installation Conditions on Simulation of Engine Main Bearing Load/S. Gequn, L. Min, W. Haiqiao//SAE Int. J. Engines. -2009. -№ 2 (1). -P. 1885-1890. DOI: DOI: 10.4271/2009-01-1978
Lahmar, M. The effect of missalignmen on perfomance characteristics on engine main crankshaft bearings/M. Lahmar, D. Frihi, D. Nicolas//European journal of mechanics A/Solids. -2002. -P. 703-714.
Zissimos, P. A crankshaft system model for structural dynamic analysis of internal combustion engines/P. Zissimos, Z.P. Mourelatos//Computers & Structures. -2001. -№ 79. -P. 47-54.
Probabilistic Main Bearing Performance for an Internal Combustion Engine/Z.P. Mourelatos, N. Vlahopoulos, O. Ebrat et al.//Journal of Tribology. -2005. -Vol. 127. -P. 784-792.
Захаров, С.М. Моделирование работы трибосистемы «коленчатый вал -подшипники -опоры блока цилиндров» двигателей внутреннего сгорания/С.М. Захаров, В.И. Сиротенко, И.А. Жаров//Трение и износ. -1995. -Т. 16, № 1. -С. 47-54.
Мыльников, А.А. Экспериментальные исследования упругих характеристик коленчатого вала и блок-картера четырехцилиндрового рядного двигателя типа ЧН 13/15/А.А. Мыльников//Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». -2012. -№ 12 (271). -С. 218-222.
Романов, В.А. Оценка работоспособности коренных подшипников двигателя внутреннего сгорания с учетом тепловых деформаций корпусных деталей/В.А. Романов, Н.А. Хозенюк//Трение и смазка в машинах и механизмах. -2013. -№ 3. -С. 23-26.
Modeling of the Main Bearings of a Multi-Supporting Crankshaft of the Internal Combustion Engine/Y. Rozhdestvensky, N. Khozeniuk, A. Mylnikov et al.//World Tribology Congress 2013, 8-13 September 2013, Torino, Italy.
Мыльников, А.А. Методика оценки нагруженности опор коленчатого вала с учетом упругих свойств картера двигателя/А.А. Мыльников, Н.А. Хозенюк//Альманах современной науки и образования. -2013. -№ 12 (79). -С. 127-131.
Совершенствование методики расчета тяжелонагруженных подшипников скольжения, смазываемых неньютоновскими маслами/В.Н. Прокопьев, Е.А. Задорожная, В.Г. Караваев и др.//Проблемы машиностроения и надежности машин. -2010. -№ 1. -С. 63-67.
Paranjpe, R. Comparison between theoretical calculations and oil film thickness measurements using the total capacitance method for crankshaft bearings in a firing engine/R. Paranjpe, S. Tseregounis, M. Viola//J of Tribol Trans. -2000. -№ 43. -P. 345-356.
Perturbation solution of non-newtonian lubrication with the convected Maxwell model/R. Zhang, H. Xueming, S. Yang et al.//Trans of the ASME. -2005. -№ 127. -P. 302-305.
Задорожная, Е.А. Применение неньютоновских моделей смазочных жидкостей при расчете сложнонагруженных узлов трения поршневых и роторных машин/Е.А. Задорожная, И.Г. Леванов, И.В. Мухортов//Трение и смазка в машинах и механизмах. -2011. -№ 7. -С. 22-30.
Леванов, И.Г. Методика расчета гидромеханических характеристик тяжелонагруженных подшипников скольжения поршневых и роторных машин, смазываемых неньютоновскими маслами/И.Г. Леванов//Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». -2011. -Вып. 18. -№ 31 (258). -С. 34-44.
Mukhortov, I. Reological Model of a boundary layer of lubricant/I. Mukhortov, E. Zadorojznaya, I. Levanov//STLE Annual Meeting & Exhibition, Hilton Atlanta, USA, 15-19 May 2011. -New York: ASME. -P. 235-241.
Задорожная, Е.А. Механизм образования граничных слоев и реологическая модель вязкости тонких слоев смазочного материала/Е.А. Задорожная, И.В. Мухортов, И.Г. Леванов//Вестник Оренбург. гос. ун-та. -2014. -№ 10. -С. 76-81.
Динамика и смазка трибосопряжений поршневых и роторных машин/В.Н. Прокопьев, Ю.В. Рождественский, В.Г. Караваев и др. -Челябинск: Издат. центр ЮУрГУ, 2011. -Ч. 2. -221 с.

Еще

Статья научная