Моделирование и программа расчета подшипников жидкостного трения

• Автор: Федоров, Дмитрий Игоревич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 193 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Общие вопросы моделирования подшипников жидкостного трения.

1.1. Физические принципы функционирования II виды подшипников жидкостного трения

1.2. Критерии подобия и характеристики подшипников

1.3. Обзор исследований и программных продуктов для расчета подшипников жидкостного трения

1.4. Структура, цель и задачи исследования

2. Математические модели расчета подшипников жидкостного трения

2.1. Расчетаые схемы

2.2. Математическая модель течения смазочного материала.

2.2.1. Моделирование гидродинамических эффектов

2.2.2. Система базовых уравнений.
2.2.3. Теплофизические свойства смазочного материала.
2.2.4. Виды задач моделирования
2.2.5. Методы решения краевых задач расчета полей давлений
2.3. Модель расчета лепесткового газодинамического подшипника
2.4. Алгоритмы решения комплексных задач расчета подшипников и результаты расчетов
3. Разработка программного обеспечения для расчета подшипников жидкостного трения
3.1. Разработка структуры программного комплекса
3.2. Алгоритмическая и программная реализация отдельных компонент программного комплекса.
3.2.1. Реализация внутреннего представления расчетной
.э
3.2.2. Организация взаимодействия компонентов системы
3.2.3. Представление возможностей расчетных модулей
3.2.4. Реализация сохранения и загрузки проектов.
3.3. Программный комплекс Подшипники скольжения
4. Проверка адекватности и рекомендации по применению
разработанного программного обеспечения.
4.1. Проверка адекватности математических моделей и программного обеспечения
4.2. Проектирование подшипников с использованием программного комплекса Подшипники скольжения
Заключение
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Характерной особенностью этого вида трения является тот факт, что опорная реакция при действии внешних активных сил отклоняется от нормали на некоторый угол, при этом касательная составляющая полной реакции является силой трения. При этом различают трение покоя (статическое) и трение движения (кинематическое), которое реализуется при перемещении с некоторой относительной скоростью. В отличие от «сухого», граничного и смешанного фения при гидродинамическом (или жидкостном) режиме смазки трущиеся поверхности полностью разделены слоем масла. Минимальная толщина слоя должна быть больше, чем суммарная высота наиболее высоких микронеровностей обеих поверхностей. При этом взаимодействие между поверхностями трущихся тел уступает место взаимодействию между частицами смазки в объеме, занимаемом смазкой. Таким образом, жидкостное трение является внутренним, следовательно, по своей физической природе имеет большие отличие от всех прочих видов трения скольжения. Полужидкостному и жидкостному режиму фения соответствуют минимальные коэффициенты трения порядка = 0,1. Для разделения трущихся поверхностей смазочным слоем необходимо выполнение определенных условий, связанных с теплофизическими свойствами смазочных материалов, геометрией трибологического объекта, кинематическими и динамическими парамефами. При этом для гидродинамического режима, при котором давление в смазочной пленке генерируется вследствие сдвиговых течений, обусловленных вращением вала, определяющим свойством является вязкость смазочного материала, а в случае гидростатического режима создания несущей способности доминирующую роль в разделении поверхностей играет плотность. Особенностью жидкостного трения является зависимость состояния несущего смазочного слоя и положения вала от нагрузки, скоростного и теплового режима. Обычно на входе и на выходе из смазочного слоя избыточное давление равно нулю, следовательно, оно должно развиваться внутри смазки, достигая в некоторых местах максимума. Рассмотрим модель подшипника (рисунок 1. Зазор здесь заполнен вязкой жидкостью, которая, прилипая к поверхностям трения, вовлекается в зазор. Выделим в смазочном слое элемент с гранями дх и ду. На грани этого объекта действует гидродинамическое давление р и касательное напряжение т. Из условия равновесия действующих сил для выделенного объекта в направлении . Рисунок 1. Схема узла жидкостного трения Из условия (1. Рисунок 1. Таким образом, силы вязкости создают давление внутри слоя. Это давление передается на поверхности и разделяет их от непосредственного контакта. Давление в смазочном слое вначале сужающейся, а затем расширяющейся щели (зазора) вначале возрастает, а затем, достигнув максимума в зоне, расположенной в месте минимальной толщины, уменьшается. Для обобщения сказанного, обратимся к рисунку 1. Геометрия зазора подшипника, перемещение поверхностей трения и вязкость смазочного материала являются причиной возникновения гидродинамических сил, уравновешивающих внешнюю нагрузку, а также касательным напряжений. Касательные напряжения, в свою очередь приводят к повышению температуры и потерям мощности, так как часть механической энергии переходит в тепло. В свою очередь, деформации приводят к изменению геометрии подшипника и формы зазора. Иной способ создания несущей способности имеет место в гидростатических подшипниках (ГСП), где подача смазочного материала осуществляется под давлением через дроссельные устройства. Наличие питающих камер определяет напорный характер течения смазочного материала. При этом появляется возможность создания достаточной грузоподъемности при отсутствии или низких частотах вращения, что повышает надежность и долговечность роторно-опорного узла. Грузоподъемность опор этого типа не зависит от вязкости смазочного материала и толщины смазочной пленки. Основной недостаток ГСП заключается в необходимости использования внешней системы питания, что приводит к усложнению конструкции. Таким образом, подшипники жидкостного трения (ПЖТ) имеют высокие эксплуатационные характеристики и определенные преимущества в сравнении с другими типами опор.