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
Рубрика: Расчет и конструирование
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.
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 | УДК: 62-144.3; | DOI: 10.14529/engin150405
The technique of an interconnection problem of the hydrodynamic lubrication theory and the nonlinear dynamics for mechanical systems “an elastic crankshaft on film lubrication bearings”
The technique features of the connected task of the hydrodynamic theory and nonlinear dynamics for mechanical system “a crankshaft on film lubrication bearings” are considered. The research objective consists in development of a complex technique of an operability assessment of crankshaft main bearings for the accounting of the boundary effects caused by axes skewness of mobile and immobile elements of journal bearings. The system of the main bearings interconnected by means of a crankshaft and a crankcase is considered. The technique is based on the simultaneous numerical solution of the movement equations of crankshaft necks on lubricant layers, the thermal balance and the Reynolds differential equation for non-Newtonian liquid equations for definition of hydromechanical characteristics of bearings, and also the five moments equations for definition of the loadings acting on all main bearings taking into account elastic properties of a crankcase, multisupporing crankshaft, and also nonlinear properties of lubricant layers, displacements of the bearing and necks centers caused by technological, thermal, etc. factors. When modeling a lubricant flow in a gap of each bearing the model of the structured lubricant layer considering high-viscosity boundary layers is used. For determination of elastic properties of a crankcase and a crankshaft of the engine the three-dimensional finite element models of designs are used. The technique allows to estimate simultaneous influence of some efficiency, technology and operational factors on operability of main bearings system. The calculation of the main bearing hydromechanical characteristics for the ChN 13/15 diesel is executed. Influence of gas forces on elastic displacements of crankshaft supports is shown.
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.
