Методика расчёта сложнонагруженных подшипников скольжения, работающих на неньютоновских маслах

• Автор: Леванов, Игорь Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1Л Реологические модели моторных масел
1.2 Экспериментальные исследования
1.3 Программное обеспечение для расчёта подшипников скольжения
1.4 Постановка цели и задач исследования
2 ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА СМАЗКИ НЕНЬЮТОНОВСКИМИ ЖИДКОСТЯМИ СЛОЖНОНАГРУЖЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ
2.1 Уравнение движения центра шипа
2.2 Описание реологических свойств смазочного масла
2.3 Обобщенное уравнение Рейнольдса для радиального подшипника, смазываемого неньютоновской жидкостью
2.4 Модель вязкости
2.5 Тепловое состояние подшипника
2.6 Интегральные гидромеханические характеристики
2.7 Результаты решения тестовой задачи
2.8 Выводы по второй главе
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ВСЕСЕЗОННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
3.1 Измерительное оборудование
3.2 Методика эксперимента
3.3 Выводы по третьей главе
4 КОМПЛЕКС ПРОГРАММ АНАЛИЗА ДИНАМИКИ И ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОЖНОНАГРУЖЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ, РАБОТАЮЩИХ НА
НЕНЬЮТОНОВСКИХ МАСЛАХ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
4.1 Общая характеристика комплекса программ «Неньютон-П»
4.2 Алгоритм расчёта гидромеханических характеристик подшипников скольжения
4.3 Результаты расчёта гидромеханических характеристик подшипников коленчатого вала
4.4 Практические рекомендации
4.5 Выводы по четвёртой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 Нагрузка, действующая на третий коренной подшипник
двигателя У-6 вМ
Приложение 2 Средние значения поправочных коэффициентов
Приложение 3 Результаты измерений зависимости вязкости моторных масел
от скорости сдвига
Приложение 4 Нагрузки, действующие на шатунный и второй коренной
подшипники коленчатого вала двигателя 4ЧН13/
Приложение 5 Описание подпрограмм комплекса «Неньютон-П»
Приложение 6 Свидетельства о регистрации программ для ПЭВМ
Приложение 7 Акты, подтверждающие использование и внедрение результатов научно-исследовательской работы

ВВЕДЕНИЕ
Решение проблемы повышения надежности таких машин массового применения, как двигатели внутреннего сгорания (ДВС), турбокомпрессоры неразрывно связано с совершенствованием конструкции основных гидродинамических трибо-сопряжений (ТС): динамически нагруженных шатунных и коренных подшипников скольжения (ПС) коленчатого вала, ротора турбокомпрессора.
Разработка более совершенных методик расчета для повышения надёжности динамически нагруженных (сложнонагруженных) ПС остается актуальной задачей, особенно на современном этапе развития инженерной деятельности, для которого характерно широкое применение электронно-вычислительной техники и специального программного обеспечения, позволяющих повышать качество проектирования и надёжность подшипников скольжения, и, в конечном итоге, увеличивать ресурс машины в целом.
Значительный вклад в разработку методик расчёта подшипников скольжения внесли многие отечественные и зарубежные исследователи: А.К. Дьячков, С.М. Захаров, В.Г. Караваев, М.В. Коровчинский, В.Н. Прокопьев, О.И. Рабецкая, Ю.В. Рождественский, JI.A. Савин, В.И. Суркин, И.А. Тодер, Д.И. Фёдоров, H.H. Типей, T.W. Bates, J.F. Booker, Р.К. Goenka, B.A. Gecim, S.D. Gulwadi, D.R. Chen,’ R.S. Paranjpe, H.K. Hirani и др.
Тем не менее, известные методики не полностью отражают физические процессы, происходящие в системе «шип — смазочный слой — подшипник», поскольку основаны на том допущении классической гидродинамики, что смазочный слой обладает свойствами ньютоновской жидкости, вязкость которой зависит только от температуры и давления.
Сегодня широкое распространение при эксплуатации ДВС получили всесе-зонные моторные масла, загущенные вязкостными присадками. Главной целью введения таких присадок является получение улучшенной (пологой) вязкостнотемпературной характеристики, повышение индекса вязкости всесезонных масел. То есть при низких температурах вязкость должна быть не слишком высокой, чтобы обеспечить прокачиваемость по системе смазки, доступ к узлам трения и мини-

ную экономичность двигателей. В частности, по данным работы [80] экономия топлива составляет до 4% при изменении HTHS вязкости от 11 до 7 сСт.
Также известно, что вязкость загущенных масел снижается по мере срабатывания загущающей присадки. Alexander и Rein [81] исследовали снижение вязкости с помощью теста на сдвиговую стабильность. Авторы измерили до и после сдвига NTLS вязкость, а также HTHS вязкость сорока трёх моторных масел классов SAE 10W-30 и 10W-40, имеющих различные типы загущающей присадки. Анализ данных показал, что снижение HTHS вязкости может составлять от 2 до 25 %, что менее половины от снижения NTLS вязкости.
Исследования лаборатории ASTM [82] показали, что возможно изменение вязкости загущенного масла в процессе эксплуатации двигателя. Испытания двух моторных масел (X и Y) для дизельных двигателей и класса вязкости 15W-40 с одинаковой сдвиговой стабильностью показали, что вязкость масла Y в первые 10 часов работы двигателя снижается на 5-10 %, а затем быстро увеличивается на 15-20 %, в то время как вязкость масла X снижается на 10-12 % в течение всего цикла испытаний (50 часов). Эти различия авторы объясняют пакетами противоизносных и диспергирующих присадок или основой масла. Однако, следует заметить, что изменения HTHS вязкости для обоих масел близки к изменениям NTLS вязкости.
Hutton, Jones, Bates [83] исследовали влияние давления на HTHS вязкость моторных масел. Измеряя вязкость моторных масел класса SАЕ 10W-40 с различными типами загущающей присадки они установили, что степень увеличения вязкости зависит от химической природы полимера. В частности, установлено, что увеличение вязкости при изменении давления от 0 до 100 МПа при низкой скорости сдвига составляет в среднем 73 %, при высокой скорости - 64 %. Кроме того, были выполнены исследования износа подшипников (выраженного потерей веса в мг). Результаты свидетельствуют о зависимости износа подшипника от типа полимерного загустителя.
Результаты многочисленных исследований были учтены в классификации SAEJ300, являющейся сегодня единственной признанной во всём мире системой классификации автомобильных моторных масел. Согласно которой в отношении