WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

3,15

35,22

9,87

20,11

1500

Примечание: в таблице обозначены экспериментальные результаты, представленные:

1 – фирмой “Glacier Co. Ltd” (1973 г.) на работающем двигателе;

2 – Myuhg-Rae Cho (1999 г.);

результаты расчетных исследований, выполненных:

3 – Гариловым К.В. (2006 г.);

4 – Маккивор, Френн (1990 г.);

5 – Abdallah A. Elsharkkawy G. (2000 г.) с учетом термоупругих перемещений;

6 – S. Piffeteau, D. Souchet, D. Bonneau (2000 г.)

В четвертой главе приведены результаты расчетов гидромеханических характеристик шатунных подшипников двигателей ЧН 21/21, ЧН 13/15, ЧН 12/12

в рамках решения УГД задачи смазки, основанном на уравнениях Рейнольдса с граничными условиями СШ и Элрода с граничными условиями ЯФО. Некоторые результаты расчетов представлены на рис. 4.

Сравнение ГМХ показало, что метод, основанный на граничных условиях ЯФО, по сравнению с условиями СШ, прогнозирует более низкие значения (на 6...40%) и высокие значения (на 3...17%) для подшипников различной нагруженности и жесткости, что лучше соответствует результатам, наблюдаемым в экспериментах. Расчеты проведены с учетом источников для подачи смазочного материала, выполненных на поверхностях шатунных шеек и вкладышей.

Учет упругих свойств подшипника приводит к снижению среднеинтегральных величин минимальной толщины смазочного слоя от 15% (ЧН 21/21) до 43% (ЧН 12/12) и максимального гидродинамического давления от 20% (ЧН 21/21) до 36% (ЧН 13/15), увеличению потерь мощность на трение в слое на 10...14% и увеличению среднеинтегральных значений торцевого расхода до 20%. Такие изменения величин ГМХ свидетельствуют о необходимости учета конструкционной упругости СПЖТ.

Для двигателя ЧН 21/21 выполнена оценка влияния термоупругих перемещений на ГМХ УП шатунного подшипника. Максимальное изменение (увеличение) зазора шатунного подшипника, вызванное тепловыми расширениями шипа и подшипника, составило около 20% от номинального зазора сопряжения, а соответствующие снижение величины  – 7%. Слабое влияние тепловых деформаций шипа и подшипника связано, по-видимому, с малой неравномерностью теплового поля шатуна и близкой к нему температурой шатунной шейки вала.

Для шатунных подшипников различной жесткости и нагруженности выполнена оценка влияния места расположения закрепления КЭ модели шатуна на деформированную форму поверхности трения кривошипной головки. Шатуны закреплялись на различном расстоянии от центра поршневой головки, и оценивалось изменение величины среднего отклонения профиля поверхности трения кривошипной головки при закреплении модели в -ом сечении относительно первого. Здесь проекция на ось (см. рис. 1) безразмерных перемещений -го узла на поверхности трения кривошипной головки при закреплении модели в сечении. Положение (рис. 5) соответствует закреплению на уровне центра поршневой головки. Представленные результаты позволяют обобщить выводы работы [4], сделанные применительно к шатуну двигателя ЧН 12/12, на шатуны иного конструктивного исполнения и различной жесткости и определить область в районе поршневой головки, в пределах которой изменение положения закрепления не влечет за собой существенное искажение формы поверхности трения кривошипной головки шатуна.

На примере УГД расчета шатунного подшипника двигателя ЧН 13/15 проиллюстрирован вклад составляющих упругих перемещений (7) в изменение зазора УП СПЖТ (рис. 6). В качестве расчетного выбран момент времени, соответствующий максимальной инерционной нагрузке, имеющей проекции как на ось шатуна, так и на направление, ей перпендикулярное. Максимальные упругие перемещения поверхности трения от поверхностных (гидродинамических) сил составляют 90% диаметрального зазора. При совместном действии поверхностных и объемных сил максимальные перемещения снижаются более, чем на 20% и составляют 73% диаметрального зазора.

Учет смещения системы координат уменьшает максимальные значения упругих перемещений более чем в 4,5 раза. Их доля в мгновенном изменении зазора не превышает 20% при сохранении формы поверхности трения УП подшипника. Столь существенное снижение вклада упругих перемещений значительно облегчает сходимость решения УГД задачи смазки шатунных подшипников с учетом их конструкционной податливости.

Таким образом, учет упругих деформаций оказывает существенное влияние на гидромеханические характеристики шатунных подшипников всех рассмотренных двигателей, и это влияние тем больше, чем более податлива конструкция шатуна и чем выше удельные значения газовых и инерционных нагрузок.

В пятой главе рассмотрен алгоритм многопараметрической оптимизации упругоподатливых сложнонагруженных трибосопряжений, базирующийся на применении последовательностей в сочетании с выбором оптимального в смысле Парето решения. Разработан алгоритм многокритериальной оптимизации параметров УП гидродинамических ТС, позволяющий включить в число варьируемых факторов характеристики конструкционной упругости корпуса трибосопряжения. Приведен пример выбора материала шатуна с заданными свойствами, оптимальными с точки зрения смазки шатунного подшипника двигателя ЧН 12/12, что дало возможность повышения наименьшего за цикл нагружения значения минимальной толщины смазочного слоя на 62...90%, снижения средних за цикл максимальных давлений в смазочном слое на 29...33%, снижения потерь на трение в сопряжении «шатунная шейка коленчатого вала – шатун» на 1,5...4,5%.

В заключении кратко приводятся итоги выполненного исследования. В приложении помещены свидетельства о регистрации программного обеспечения для ЭВМ, акты, подтверждающие использование результатов работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

  1. Разработанная математическая модель смазочного слоя, разделяющего упругоподатливые поверхности трибосопряжений, позволила впервые одновременно учесть факторы, существенно влияющие на гидромеханические характеристики опоры: сохранение массы смазки как на границах разрыва слоя, так и на границах его восстановления; конструкционную упругость подшипника, в том числе при воздействии гидродинамических, инерционных и тепловых факторов; источники смазки на поверхности шипа и подшипника.
  2. Обоснованное использование уточненной схемы определения изменения зазора упругоподатливых сложнонагруженных подшипников жидкостного трения при действии поверхностных и объемных нагрузок и тепловом воздействии позволило существенно снизить абсолютные значения перемещений при сохранении формы деформированной поверхности трения.
  3. Предложенный применительно к шатунным опорам поршневых машин, алгоритм решения упругогидродинамической задачи смазки, объединяющий конечноэлементную модель корпуса подшипника и конечноразностную модель гидродинамических процессов в смазочном слое с учетом сохранения масс, реализован в пакете прикладных программ «Упругость-II», зарегистрированном в Реестре программ для ЭВМ.
  4. Сравнение результатов решения упругогидродинамической задачи смазки для подшипника двигателя Ruston&Hornsby 6 VEB-X MKIII с результатами экспериментов и расчетов, проведенных другими авторами, показало, что отличие по значениям гидромеханических характеристик не превышает 3...9%.
  5. Созданное программное обеспечение позволяет оценить совместное влияние податливости конструкции подшипника и других конструктивных, режимных и эксплуатационных факторов на гидромеханические характеристики шатунных подшипников. Так, выполненные при помощи пакета «Упругость-II» расчеты динамики и гидромеханических характеристик упругоподатливых шатунных подшипников различной нагруженности и степени жесткости кривошипной головки шатуна, показали, что для подшипников двигателей ЧН 21/21, ЧН 13/15 и ЧН 12/12 использование теории упругогидродинамической смазки предсказывает более низкие среднеинтегральные значения как минимальной толщины смазочного слоя (на 15...43%), так и максимального гидродинамического давления (на 20...36%). Использование метода, основанного на граничных условиях ЯФО, по сравнению с методами, основанными на граничных условиях СШ, прогнозирует более низкие среднеинтегральные значения минимальной толщины слоя (на 6...40%) и высокие значения максимального гидродинамического давления (на 3…17%).
  6. Разработан алгоритм многопараметрической оптимизации упругоподатливых трибосопряжений, в котором в качестве варьируемых параметров используются не только геометрические характеристики трибосопряжений, но и массово-геометрические и упругие свойства конструкции шатуна. Показано, что за счет подбора материала шатуна с заданными, оптимальными в смысле смазки шатунного подшипника, свойствами возможно увеличить наименьшее за цикл значение толщины смазочного слоя на 62...90%, снизить максимальное давление на 29...33%.
  7. Разработанные методы позволят в дальнейшем использовать в расчетах начальное напряженно-деформированное состояние, вызванное затяжкой болтов, микрогеометрию поверхностей трения, реологические модели смазки, учитывающие неньютоновские свойства и структурную неоднородность современных смазочных материалов и другие факторы.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ, В КОТОРЫХ ОТРАЖЕНЫ ОСНОВНЫЕ
ПОЛОЖЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

  1. Хозенюк, Н.А. Алгоритм решения упругогидродинамической задачи смазки шатунных подшипников / Н.А. Хозенюк // Вестник ЮУрГУ. Серия "Машиностроение". – 2009.– Вып.14. – №33 (166). – С. 12–20.
  2. Рождественский, Ю.В. Упругогидродинамическая задача смазки сложнонагруженных опор скольжения / Ю.В. Рождественский, Н.А. Хозенюк // Вестник Самарского государственного аэрокосмического ун-та. – 2009. – Вып. 3 (19). – Ч. 1. – С. 57–64.

Другие публикации

  1. Рождественский, Ю.В. Моделирование упругого поведения шатунных подшипников в задаче упругогидродинамической смазки сложнонагруженных опор скольжения / Ю.В. Рождественский, Н.А. Хозенюк  // СЛАВЯНТРИБО–3. Трибология и транспорт: материалы междунар. науч.-практ. симпозиума: кн. 2 / РГАТА–МФ СЕЗАМУ. – Рыбинск. – 1995. – С. 49–56.
  2. Хозенюк, Н.А. Модели податливого подшипника в задаче упругогидродинамической смазки шатунной опоры двигателей внутреннего сгорания / Н.А. Хозенюк // Вестник ЧГАУ. – 1995. – Т. 13. – С. 62–67.
  3. Рождественский, Ю.В. Решение задачи УГД смазки для сложнонагруженных опор жидкостного трения / Ю.В. Рождественский, Н.А. Хозенюк // Техническая эксплуатация, надежность и совершенствование автомобилей: Темат. сб. науч. тр. – Челябинск: ЧГТУ. – 1996. – С. 11–24.
  4. Прокопьев, В.Н. Применение методов оптимизация для совершенствования гидродинамических опор скольжения двигателей транспортных машин / В.Н. Прокопьев, Ю.В. Рождественский, Н.А. Хозенюк // Вестник Уральского межрегионального отделения Российской Академии транспорта. – Курган. – 2000. – №4. – С. 194–198.
  5. Рождественский, Ю.В. Расчет и оптимизация гидродинамических трибосопряжений двигателей внутреннего сгорания / Ю.В. Рождественский, А.П. Маслов,  Н.А. Хозенюк // Авиационно-космическая техника и технология. – Харьков. – 2001. – Вып. 26. – С. 120–122.
  6. Прокопьев, В.Н. К расчету деформаций поверхностей трения шатунных опор двигателей внутреннего сгорания / В.Н. Прокопьев, Н.А. Хозенюк, С.С. Родин // Конструирование и эксплуатация наземных транспортных машин: Сб. тр. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ. – 2002. – С. 111–118.
  7. Прокопьев, В.Н. Совершенствование модели шатуна в упругогидродинамической задаче смазки шатунной опоры коленчатого вала / В.Н. Прокопьев, Н.А. Хозенюк, С.С. Родин // Наука и технологии: Сб. тр. – М: РАН. – 2002. –С. 152–164.
  8. Хозенюк, Н.А. Методика расчета деформаций шатунной опоры коленчатого вала / Н.А. Хозенюк, С.С. Родин // Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения: Труды Международной научно-практической конференции, 23–25 апреля 2003 г., г. Челябинск. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. – С. 239–242.

Хозенюк Надежда Александровна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА УПРУГОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СЛОЖНОНАГРУЖЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ
ПОРШНЕВЫХ МАШИН

Специальность 05.02.02 – «Машиноведение, системы приводов
и детали машин»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Издательский центр
Южно-Уральского государственного университета

____________________________________________________________

Подписано в печать 29.03.2008. Формат 60х84 1/16. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 1,09. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 70/5.

УОП Издательства. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»