Оценка потерь на трение в текстурированных гидродинамических трибосопряжениях поршневых машин. Часть 1. Обзор методик моделирования

Автор: Гаврилов Константин Владимирович, Худяков Владислав Сергеевич, Иззатуллоев Мубориз Акрамхонович

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

Статья в выпуске: 1 т.21, 2021 года.

Бесплатный доступ

С каждым годом возрастают требования к показателям эффективности и экологичности поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Снижение потерь на трение является одним из перспективных способов форсирования ДВС и повышения долговечности его узлов. Особое внимание среди общих механических потерь на трение стоит уделить гидродинамическим потерям на трение различных сложнонагруженных трибосопряжений (ТС). Данные узлы подвергаются высоким температурным и механическим нагрузкам, переменным по времени и величине. Применение микротекстурирования контактирующих поверхностей позволяет снизить величину потерь на трение и предотвратить «масляное голодание», а также увеличить несущую способность узла за счет образования множества «микроклиньев», способствующих увеличению реакции смазочного слоя. Использование текстурирования оказывает влияние на образование зон дивергенции и турбулентности, что является малоизученным аспектом в современной литературе. Текстурирование вкладышей коленчатого вала может иметь вид эллиптических микроямок различных размеров. Данная работа представлена в виде двух частей. В первой части особое внимание уделено анализу научных источников, методикам математического моделирования гидродинамических явлений в смазочном слое. Во второй части работы будут представлены теоретические результаты исследования на примере шатунного подшипника с разными типами текстурирования поверхностей трения. Исходные данные будут базироваться на экспериментальных результатах. Расчеты будут проводиться в программном комплексе Ansys Fluent и разработанном авторами программном обеспечении. Целью данной статьи является рассмотрение текущей теоретической базы рассматриваемых физических явлений и, исходя из этого, формирование общего алгоритма расчета фрикционных потерь в радиальном подшипнике с текстурированием.

Еще

Подшипник скольжения, потери на трение, кавитация, микрогеометрия, трибосопряжения

Короткий адрес: https://sciup.org/147233499

IDR: 147233499 | DOI: 10.14529/engin210101

Список литературы Оценка потерь на трение в текстурированных гидродинамических трибосопряжениях поршневых машин. Часть 1. Обзор методик моделирования

Coy, R.C. Practical applications of lubrication models in engines / R.C. Coy // Tribology International. – 1999. – No. 31 (10). – P. 563–571.
Ligier, J.L. Friction reduction and reliability for engines bearings / J.L. Ligier, B. Noel // Lubricants. – 2015. – No. 3. – P. 569–596.
Friction in Automotive Engines / H. Allmaier, C. Priestner, D.E. Sander, F.M. Reich // Tribology in Engineering. – 2013. – P. 149–184.
Путинцев, С.В. Механические потери в поршневых двигателях / С.В. Путинцев. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 288 с.
Harald Keferböck. Modellerstellung und Simulation von verlustbehafteten hochdynamischen mechanischen Systemen / Keferböck Harald // Technische Universität Graz. – 2014. – 99 p.
Hamilton, D. A theory of lubrication by micro-irregularities / D. Hamilton, J. Walowit, C. Allen // Journal of Basic Engineering. – 1966. – No. 88 (1). – P. 177–185.
Gropper, D. Hydrodynamic lubrication of textured surfaces: A review of modeling techniques and key findings / D. Gropper, L. Wang, T. Harvey // J Tribology International. – 2016. – No. 94. – P. 509–529.
A critical assessment of surface texturing for friction and wear improvement / C. Gachot, A. Rosenkranz, S.M. Hsu, H.L. Costa // Wear. – 2017. – No. 372–373. – P. 21–41.
Qiu, Y. On the prediction of cavitation in dimples using a mass- conservative algorithm / Y. Qiu, M.M. Khonsari // J Tribol. – 2009. – No. 131 (4). – P. 1–11.
Jakobsson, B. The finite journal bearing, considering vaporization / B. Jakobsson, L. Floberg // Goteborg, Sweden: Tran Chalmers University of Tech Gothenburg. – 1957. – P. 1–116.
Olsson, K.O. Cavitation in dynamically loaded bearings / K.O. Olsson // Goteborg, Sweden: Tran Chalmers University of Tech Gothenburg. – 1965. – P. 308.
Mate, M.C. Tribology on the Small Scale / M.C. Mate, R.W. Carpick. – Oxford: Oxford University Press, 2008. – 333 p.
Brennen, C.E. Cavitation and Bubble Dynamics / C.E. Brennen. – Oxford: Oxford University Press. – 1995 – 294 p.
ANSYS FLUENT 19.2 Theory Guide. – 2019. ANSYS Inc.
Mathematical basis and validation of the full cavitation model / A.K. Singhal, H.Y. Li, M.M. Athavale, Y. Jiang // ASME FEDSM’01. – 2001.
Zwart, P.J. A two-phase flow model for predicting cavitation dynamics / P.J. Zwart, A.G. Gerber, T. Belamri // In Fifth International conference on Multiphase flow. – 2004.
Schnerr, G.H. Physical and numerical modeling of unsteady cavitation dynamics / G.H. Schnerr, J. Sauer // In Fourth International Conference on Multiphase Flow. – 2001.
Исследование процесса смазки турбокомпрессора / В.И. Кубич, О.Г. Чернета, Е.А. Задорожная и др. // Вестник УрГУПС. Сер. «Механика машин и роботов». – 2019. – № 1. – С. 25–39.
Курликов, Д.А. Вплив явища турбулізації моторного масла на ресурс роботи ДВЗ (Влияние турбулизации моторного масла на ресурс работы ДВС) / Д.А. Курликов, В.И. Кубич // Проблеми енергоресурсозбереження в промисловому регіоні. Наука і практика: наук.-практ. конф. – Маріуполь: ДВНЗ «ПДТУ», 2017. – С. 37–38.
Прокопьев, В.Н. Применение алгоритмов сохранения массы при расчёте динамики сложнонагруженных опор скольжения / В.Н. Прокопьев, А.К. Бояршинова, К.В. Гаврилов // Проблемы машиностроения и надежности машин. – М.: Наука. – 2004. – № 4. – С. 32–38.
Основы работ в Ansys 17 / Н.Н. Федоров, С.А. Вальгер, М.Н. Данилов, Ю. В. Захарова // М.: ДМК Пресс. – 2017. – 210 с.
What is y+? – https://www.simscale.com/forum/t/what-is-y-yplus/82394.
Von Kármán, Th. Mechanical Similitude and Turbulence / Th. Von Kármán // Tech. Mem. NACA. – 1931. – No. 611. – P. 58–76.
Schlichting (Deceased) H. Boundary-Layer Theory / H. Schlichting (Deceased), K. Gersten. – Springer, 2017 – 799 p. DOI:10.1007/978-3-540-95998-4_2
Kim, J. Turbulence statistics in fully developed channel flow at low Reynolds number / J. Kim, P. Moin, R. Moser // Journal of Fluid Mechanics. – 1987 – Vol. 177 (1). – P. 133. DOI:10.1017/s0022112087000892

Еще

Статья научная