Оценка потерь на трение в текстурированных гидродинамических трибосопряжениях поршневых машин. Часть 2. Параметрические исследования шатунного подшипника ДВС
Автор: Гаврилов Константин Владимирович, Худяков Владислав Сергеевич
Рубрика: Расчет и конструирование
Статья в выпуске: 1 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
Одним из способов уменьшения фрикционных потерь является применение текстурирования поверхности трения. Использование текстурирования оказывает влияние на образование зон кавитации и турбулентности, что является мало изученным аспектом в современной литературе. Текстурирование вкладышей коленчатого вала может иметь вид эллиптических микроямок различных размеров. Предыдущая часть была посвящена описанию методики моделирования гидродинамических потерь в смазочном слое с учетом явлений кавитации и турбулентности и анализу научных источников. Подробно рассмотрен параметр безразмерного расстояния до стенки y+, а также его влияние на расчет значений напряжений сдвига при использовании современных численных методов. В настоящей работе представлены результаты моделирования смазочного слоя в шатунных подшипниках с разными типами текстурирования поверхности вкладыша, при разных нагрузках. Исходные данные для моделирования базируются на экспериментальных результатах. Расчеты проводились в коммерческом программном комплексе ANSYS Fluent и разработанном авторами программном обеспечении. Полученные данные указывают на положительное воздействие текстурирования поверхности трения шатунного подшипника на его гидромеханические характеристики при правильном подборе геометрических параметров текстуры, что в свою очередь требует проведения оптимизационных и параметрических исследований. Значения доли насыщенных паров зависит как от значения нагрузки, так и от типа текстурирования. Целью данной статьи является оценка влияния текстурирования на гидромеханические характеристики шатунного подшипника.
Подшипник скольжения, потери на трение, кавитация, микрогеометрия, трибосопряжения
Короткий адрес: https://sciup.org/147237464
IDR: 147237464 | УДК: 55.42.31
Evaluation of friction losses in textured hydrodynamic tribo-units of piston machines. Part 2. Parametric studies of the ICE connecting rod bearing
One of the ways to reduce frictional losses is to use texturing of the friction surface. The use of texturing affects the formation of cavitation and turbulence zones, which is a poorly studied aspect in the modern literature. The texturing of the crankshaft liners can be in the form of elliptical microwells of various sizes. The previous part was devoted to the description of the methodology for modeling the hydrodynamic losses in the lubricating layer taking into account the phenomena of cavitation and turbulence and the analysis of scientific sources. The parameter of the dimensionless distance to the wall y+ is considered in detail, as well as its influence on the calculation of the values of shear stresses using modern numerical methods. This paper presents the results of modeling the lubricant layer in connecting rod bearings with different types of liner surface texturing, at different loads. The initial data for modeling are based on experimental results. The calculations were carried out in the commercial software package ANSYS Fluent and software developed by the authors. The data obtained indicate a positive effect of the texturing of the connecting rod bearing friction surface on its hydromechanical characteristics with the correct selection of the texture geometric parameters, which in turn requires optimization and parametric studies. The values of the saturated vapor fraction depend on both the load value and the type of texturing. The purpose of this article is to assess the effect of texturing on the hydromechanical characteristics of a connecting rod bearing.
Список литературы Оценка потерь на трение в текстурированных гидродинамических трибосопряжениях поршневых машин. Часть 2. Параметрические исследования шатунного подшипника ДВС
- Гаврилов, К.В. Оценка потерь на трение в текстурированных гидродинамических трибо-сопряжениях поршневых машин. Часть 1. Обзор методик моделирования / К.В. Гаврилов, В.С. Худяков, М.А. Иззатуллоев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». - 2021. - Т. 21, № 1. - С. 5-13. DOI: 10.14529/engin210101
- Lu, X. An experimental investigation of dimple effect on the stribeck curve of journal bearings / X. Lu, M. Khonsari // Tribology Letters. - 2007. - № 27( 2). - P. 169-175.
- Experimental investigation of laser surface textured parallel thrust bearings / I. Etsion, G. Halperin, V. Brizmer, Y. Kligerman // Tribology Letters. - 2004. - № 17(2). - P. 295-300.
- Qiu, Y. Experimental investigation of tribological performance of laser textured stainless steel rings / Y. Qiu, M. Khonsari // Tribology International. - 2011. - № 44(5). - P. 635-644.
- Henry, Y. An experimental analysis of the hydrodynamic contribution of textured thrust bearings during steady-state operation: A comparison with the untextured parallel surface configuration / Y. Henry, J. Bouyer, M. Fillon // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. - 2015. - № 229(4). - P. 362-375.
- Yu, X. Frictional characteristics of mechanical seals with a laser-textured seal face / X. Yu, S. He, R. Cai // Journal of Materials Processing Technology. - 2002. - № 129(1). - P. 463-466.
- Etsion, I. Improving tribological performance of mechanical components by laser surface texturing /1. Etsion // Tribology Letters. - 2004. - № 17(4). - P. 733-737.
- Bai, L. Frictional performance of a textured surface with elliptical dimples: geometric and distribution effects /L. Bai, S. Bai // Tribology Transactions. - 2014. - № 57(6). - P. 1122-1128.
- 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. - № 94. -P. 509-529.
- Effects of surface texture on journalbearing characteristics under steady-state operating conditions / N. Tala-Ighil, P. Maspeyrot, M. Fillon et al. // Proc Inst Mech Eng Part J J Eng Tribol. - 2007. -№ 221. - P. 623-633
- Kango, S. Thermal analysis of microtextured journal bearing using non-Newtonian rheology of lubricant and JFO boundary conditions / S. Kango, R. Sharma, R. Pandey // Tribology International. -2014. - № 69. - P. 19-29.
- Kango, S. Comparative analysis of textured and grooved hydrodynamic journal bearing / S. Kango, R. Sharma, R. Pandey // Proc Inst Mech Eng Part J J Eng Tribol. - 2014. - № 228. -P. 82-95.
- Brizmer, V.A laser surface textured journal bearing / V. Brizmer, Y. Kligerman // J Tribol. -2012. - № 134. - P. 1-9.
- Cupillard, S. Computational fluid dynamics analysis of a journal bearing with surface texturing / S. Cupillard, S. Glavatskih, MJ. Cervantes // Proc Inst Mech Eng Part J J Eng Tribol. - 2008. -№ 222. - P. 97-107.
- Cupillard, S. A cfd study of a finite textured journal bearing / S. Cupillard, MJ. Cervantes, S. Glavatskih //IAHR 24th symp hydraul mach syst. - 2008. - P. 1-11.
- Theoretical analysis of bearing performance of microgrooved bearing / K. Watanabe, J. Natsuma, K. Hashizuma et al. // JSAE Review. - 2000. - № 21. - P. 29-33.
- Roy, L. Thermo-hydrodynamic performance of grooved oil journal bearing. / L. Roy // Tribology International. - 2009. - № 42. - P. 1187-1198.
- Optimization of groove dimensions in herringbone-grooved journal bearings for improved re-peatable run-out characteristics / T. Hirayama, N. Yamaguchi, S. Sakai et al. // Tribology International. - 2009. - № 42. - P. 675-681.
- The effects of surface texture in reciprocating contacts-An experimental study / S.-C. Vladescu, A.V. Olver, I.G. Pegg et al. // Tribology International. - 2015. - № 82. - P. 28-42.
- The transient friction response of a laser-textured, reciprocating contact to the entrainment of individual pockets / S.-C. Vladescu, S. Medina, A.V. Olver et al. // Tribology Letters. - 2016. - № 62(2).
- Combined friction and wear reduction in a reciprocating contact through laser surface texturing / S.-C. Vladescu, A.V. Olver, I.G. Pegg et al. // Wear. - 2016. - № 358. - P. 51-61.
- The use of anisotropic texturing for control of directional friction / P. Lu, RJ. Wood, MG. Gee et al. // Tribol Int. - 2017. - № 113. - P. 169-181.
- A novel surface texture shape for directional friction control / P. Lu, RJ. Wood, MG. Gee et al. // Tribol Lett. - 2018. - № 66. - 51 p.
- Иззатуллоев, М. А. Экспериментальная оценка влияния регулярной микрогеометрии на трибологические характеристики радиального подшипника скольжения // Политехнический вестник. Серия: Инженерные исследования. - 2021. - № 1(53). - С. 87-94.
- Certificate of state registration of a computer program «Micro-optim» / K.V. Gavrilov, M.A. Izzatulloev. Applicant and copyright holder of SUSU. - № 2020660864, 15.09.2020.
- Assessment of the cavitation models implemented in OpenFOAM under DI-like conditions / G. Cazzoli, S. Falfari, G.M. Bianchi et al. //Energy Procedia .- 2016.- Vol. 101. - P. 638-645.
- Tridimensional CFD Analysis of the Oil Pump of an High Performance Engine / E. Frosina, A.Senatore, D. Buono et al. // SAE International. - 2014.
