Влияние расположения источников смазки на гидромеханические характеристики сложнонагруженных подшипников тепловых двигателей
Автор: Гаврилов Константин Владимирович, Иззатуллоев Мубориз Акрамхонович, Гриценко Павел Сергеевич, Цвешко Игорь Русланович
Рубрика: Расчет и конструирование
Статья в выпуске: 3 т.19, 2019 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрена методика определения подвижных (отверстия в шатунной шейке коленчатого вала) и неподвижных (канавки на поверхности вкладышей) источников смазки для подачи смазки в смазочный слой сложнонагруженного подшипника скольжения теплового двигателя. Для расчета поля гидродинамических давлений в слое смазки подшипника рассматриваются два алгоритма интегрирования модифицированного уравнения Элрода для оценки степени заполнения зазора. Проведенные расчетные исследования показали, что разработанные расчетные алгоритмы оказались эффективными как для расчета статически, так и динамически нагруженных трибосопряжений. Однако для первой модификации были отмечены численные колебания искомой функции на границе восстановления смазочного слоя, особенно для высоких значений относительного эксцентриситета, что характерно для подшипников коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Вторая модификация, для которой использовался метод конечных разностей, характеризуется относительной простотой численной реализации и стабильностью итерационной процедуры. Предложенные методики были использованы при расчетном анализе сложнонагруженных трибосопряжений, к которым относятся шатунные подшипники коленчатого вала теплового двигателя. Для двигателей КамАЗ и ДМ-21 было рассмотрено влияние расположения источников смазки на гидромеханические характеристики (ГМХ) сложнонагруженных подшипников скольжения. Для дизеля КамАЗ проведены параметрические исследования, заключающиеся в определении наиболее рационального расположения отверстия для подачи смазки в шатунной шейке. При этом были рассчитаны все основные ГМХ трибосопряжения и на основании их анализа были предложены наиболее оптимальные решения. Для дизеля ДМ-21 предложены оригинальные схемы расположения частичных и полных маслоподающих канавок для распределения и для подачи смазки в шатунные подшипники. Кроме того, показано, что дополнительным методом улучшения гидромеханических характеристик является выбор моторного масла с улучшенными вязкостно-температурными характеристиками, позволяющий улучшить основные гидромеханические характеристики в пределах 10-20 %.
Уравнение элрода, источник смазки, гидромеханические характеристики
Короткий адрес: https://sciup.org/147231747
IDR: 147231747 | УДК: 55.42.31; | DOI: 10.14529/engin190302
Influence of lubrication sources location on hydromechanical characteristics of heavy-loaded bearings in thermal engines
The paper considers the technique for determining the movable (holes in the crank bearing) and fixed (grooves on the surface of the pad) lubricant sources for lubricant supply to the heavy-loaded friction type bearing. To calculate the field of hydrodynamic pressures in the bearing lubrication layer, two modifications are taken into consideration: the modification of the algorithm for integrating the modified Elrod equation for the degree of the gap feeling. Further studies showed that developed modifications proved to be quite effective in calculating the characteristics of the lubricating layer both statically and dynamically loaded bearings. However, for the first modification, numerical oscillations of the unknown function at the boundary of the reduction of the lubricating layer were noted, especially for high values of relative eccentricity which is typical for crankshaft bearings of internal combustion engines (ICE). The second modification, for which the finite difference algorithm was used, is characterized by the significant simplicity of numerical implementation and the stability of the iterative procedure. The proposed techniques were used in computational analysis of heavy-loaded tribocontact, which include the connecting rod bearings of the crankshaft. For the KamAZ and DM-21 engines, we considered the influence of the location of lubricant sources on the hydromechanical characteristics (HMC) of heavy-loaded plain bearings. For the KamAZ diesel engine, parametric studies have been carried out, which consisted in determining the most rational location of the lubricant hole in the crank pin. In this case, all the main HMC of the tribocontact were calculated and, based on their analysis, the most optimal solutions were proposed. For the diesel engine DM-21, the authors proposed original schemes of location of partial and complete oil grooves for distribution and for lubricant supply for connecting rod bearings. An additional method of improving hydromechanical characteristics is proved to be the selection of engine oil with improved viscosity-temperature characteristics, which makes it possible to improve the basic hydromechanical characteristics within 10-20%.
Список литературы Влияние расположения источников смазки на гидромеханические характеристики сложнонагруженных подшипников тепловых двигателей
- Прокопьев В.Н., Рудич И.Г., Маркелов Е.В. К оптимизации подачи смазки в шатунные подшипники двигателей ДМ-21 // Сб. науч. тр. ЧПИ, 1976. № 179. С. 55-67.
- Прокопьев В.Н., Гаврилов К.В. Оптимизация параметров сложнонагруженных подшипников скольжения // Проблемы машиностроения и надежности машин. М.: Наука. 2007. № 5. С. 79-86. [Procopyev V.N., Gavrilov K.V.
- Lavie T., Fransisco A., Fatu A., Villechaise B. Multiobjective Optimization of Conrod Big-End Bearing Lubrication Using an Evolutionary Algorithm // Tribology Transaction, 2015, vol. 58, pp. 490-499. DOI: 10.1080/10402004.2014.939795
- Vencl A., Rac A. Diesel Engine Crankshaft Journal Bearings Failures: Case Study // Engineering Failure Analysis, 2014, vol. 44, pp. 217-228. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2014.05.014
- Adatept H., Bykloglu A., Sofuogly H. An Investigation of Tribological Behaviors of Dynamically Loaded Non-Grooved and Micro-Grooved Journal Bearings // Tribology International, 2013, vol. 58, pp. 12-19. DOI: 10.1016/j.triboint.2012.09.009
- Rastogi A., Gupta R.K. Accounting for Lubricant Shear Thinning in the Design of Short Journal Bearings // Journal of Rheology, 1991, vol. 35, pp. 589-603.
- DOI: 10.1122/1.550182
- Reis V.L., Daniel G.B., Cavalca K.L. Dynamic Analysis of a Lubricated Planar Slider-Crankmechanism Considering Friction and Hertz Contact Effects // Mechanism and Machine Theory, 2014, vol. 74, pp. 257-273.
- DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2013.11.009
- Amor M.B., Belghith S., Mezlini S. Finite Element Modeling of RMS Roughness Effect on the Contact Stiffness of Rough Surfaces // Tribology in Industry, 2016, vol. 38, no. 3, pp. 392-401.
- Novotny P. Mixed Lubrication Solution of Dynamically Loaded Radial Slide Bearings // Tribology in Industry, 2017, vol. 39, no. 1, pp. 82-89.
- DOI: 10.24874/ti.2017.39.01.09
- Guy B. From a Compressible Fluid Model to New Mass Conserving Cavitation Algorithms // Tribology International, 2014, vol. 71, pp. 38-49.
- DOI: 10.1016/j.triboint.2013.10.014
- Lengiewicz J., Wichrowski M., Stupkiewicz S. Mixed Formulation and Finite Element Treatment of the Mass-Conversing Cavitation Model // Tribology International, 2014, vol. 72, pp. 143-155.
- DOI: 10.1016/j.triboint.2013.12.012
- Paranjpe R.S. Analysis of Non-Newtonian Effects in Dynamically Loaded Finit Journal Bearings Including Mass Conserving Cavitation // ASME Journal of Tribology, 1992, vol. 114, pp. 736-744.
- DOI: 10.1115/1.2920943
- Sharma N., Kango S., Tayal A., Sharma R.J. Sunil Investigations on the Influence of Surface Texturing on a Couple Stress Fluid Based Journal Bearing by Using JFO Boundary Conditions // Tribology Transaction, 2015, vol. 59 (3), pp. 570-584.
- DOI: 10.1080/10402004.2015.1094840
- Elrod H.G., Adams M.L. A Computer Program for Cavitation and Starvation Problems // Leeds-Lyon Conference on Cavitation, 1974.
- Элрод. Алгоритм расчёта зоны кавитации ТАОИМ. М.: Мир / Серия Ф. Проблемы трения и смазки. 1981. № 3. С. 28-32. [Elrod, H.G. [Cavitation Zone Calculation Algorithms] //TAOIM, Мoscow: Mir F. Series Friction and Lubrication Problems. 1981, no. 3, pp. 28-32. (in Russ.)]
- Javorova J., Mazdrakova A., Andonov I., Radulescu A. Analysis of HD Journal Bearings Considering Elastic Deformation and Non Newtonian Rabinowitsch Fluid Model // Tribology in Industry, 2016, vol. 38, no. 2, pp. 186-196.
- Koukoulopoulos E., Papadopoulos C.I. Piston Ring Performance in Two-Stroke Marine Diesel Engines: Effect of Hydrophobicity and Artificial Surface Texturing on Power Efficiency // Journal of Engineering Tribology, 2018, vol. 232, iss. 8, pp. 940-963.
- DOI: 10.1177/1350650117736638
- Gropper D., Wang L., Harvey T.J. Hydrodynamic Lubrication of Textured Surfaces: a Review of Modeling Techniques and Key Findings //Tribology International, 2016, vol. 94, pp. 509-529.
- DOI: 10.1016/j.triboint.2015.10.009
- Rao T.V.V.L.N., Rani A.M.A., Nagarajan T., Hashim F.M. Analysis of Micropolar and Power Law Fluid-Lubricated Slider and Journal Bearing with Partial Slip-Partial Slip Texture Configuration // Tribology Transaction, 2016, vol. 59 (5), pp. 896-910.
- DOI: 10.1080/10402004.2015.1121310
- Dadouche A., Conlon M.J. Operational Performance of Textures Journal Bearings Lubricated with a Contaminated Fluid // Tribology International, 2016, vol. 93, pp. 377-389.
- DOI: 10.1016/j.triboint.2015.09.022
