- •Экспериментальное и теоретическое построение эпюр гИдродинамического давления в подшипнике скольжения
- •Введение
- •Механизм гидродинамической смазки
- •Математическая модель гидродинамической смазки
- •Порядок работы на стенде и измерение основных параметров
- •Обработка результатов испытаний, расчеты по асимптотическим моделям
- •Оформление отчета
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
Математическая модель гидродинамической смазки
Обобщенное уравнение Рейнольдса для гидродинамических давлений (ГДД) в смазочном слое радиального круглоцилиндрического подшипника в безразмерном виде имеет следующий вид [2]:
, (1)
где
, (2)
, (3)
(4)
Граничные условия:
(5)
Кроме того, на гидродинамические давления должно быть наложено условие неотрицательности
.
Здесь обозначено (смысл величин показан на рис. 2):
(6)
– относительная
толщина смазочного слоя в точке
;
– толщина
смазочного слоя (размерная);
– радиальный установочный зазор;
– эксцентриситет
;
– относительный эксцентриситет;
– безразмерная
координата по оси
;
– безразмерный,
средний по всему смазочному слою и
характерный коэффициенты динамической
вязкости масла;
–
безразмерное время;
– характерная угловая скорость вращения,
;
– время, с;
–
угловая скорость вращения вала и
подшипника;
– относительная безразмерная угловая
скорость вращения вала и подшипника;
– безразмерное ГДД;
– размерное
ГДД;
– радиус
вала, м;
– давление окружающей среды;
–
полуширина (безразмерная) подшипника;
– ширина
подшипника, м;
– безразмерное давление масла в питающем
отверстии, в кармане или канавке;
– область смазочного слоя, занятая
канавкой, карманом или отверстием
подвода и распределения масла в смазочном
слое;
– число маслораспределителей.
Математическая
модель (1…5) описывает распределение
ГДД
в смазочном слое подшипника скольжения.
Данное уравнение (1) решить аналитически
затруднительно.
В двигателях
применяются короткие подшипники
скольжения
,
для которых распределение ГДД по
смазочному слою определяется, в основном,
торцовым истечением смазки, т.е.
, (7)
тогда уравнение (1) упрощается и имеет вид
, (8)
причем в произвольном
сечении
эпюра
ГДД симметрична относительно оси
при условии, что оси цапфы и подшипника
параллельны, а цапфа и подшипник
круглоцилиндрической формы.
. (9)
Для круглоцилиндрической подшипника скольжения решение уравнения (8) имеет вид [2]
, (10)
где
– избыточное ГДД.
Граничные условия
. (11)
Для стационарно
нагруженного радиального подшипника
скольжения с неподвижным подшипником
и вращающейся цапфой (
)
формула (10) упрощается
:
. (12)
Второй асимптотой уравнения (1) является модель подшипника бесконечной длины или подшипника без торцового истечения смазки, т.е.
(13)
тогда уравнение (1) будет иметь вид
, (14)
которое имеет аналитическое решение. Для стационарно нагруженного радиального подшипника скольжения с неподвижным подшипником и вращающейся цапфой имеет вид [2]
. (15)
Начало и конец
несущей области (при
и
)
(цапфа вращается по часовой стрелке)
. (16)
Описание экспериментальной установки
Схема экспериментальной установки «Подшипник скольжения» показана на рис. 3, а на рис. 4 показан ее общий вид. Цапфа 1 круглоцилиндрической формы установлена на вал привода машины трения 3 типа ДМ–28М. Подшипник 2 круглоцилиндрической формы установлен на цапфе 1 и крепится к неподвижному диску поворотного устройства 4 с помощью резиновой тонкостенной трубы, позволяющей перемещаться подшипнику 2 в радиальном направлении и удерживающей его от осевого перемещения. Масло в подшипник подается из верхнего бака 5 при открытом вентиле 6 под действием силы тяжести. Отработавшее масло стекает из полостей подшипника 2 в мерную емкость 7 по двум трубкам. При открытом кране 8 из мерной емкости 7 масло стекает в нижний бак 9.
По мере расходования масла из бака 5 поплавок уровнемера опускается и при достижении минимального уровня масло из нижнего бака 9 перекачивается в верхний бак 5. Для этого включается электродвигатель 11 и шестеренчатый насос 10 перекачивает масло из бака 9 через фильтр 12 в верхний бак 5.
Объем баков подобран так, что переполнение баков исключается, а полностью перекаченного масла вполне хватает на проведение одной лабораторной работы.
Нагружение подшипника 2 осуществляется с помощью пружинного нагружателя 13, закрепленного на подвижной обойме поворотного устройства 4 (см. рис. 3, 4 и 8). Угол поворота нагрузки отсчитывается по лимбу, установленному на торцовой крышке подшипника, в центре последней выполнено прозрачное окно 14 для наблюдения торцевого истечения смазки при работе подшипника, как это показано на рис. 3 и 6.
Замер гидродинамических давлений осуществляется с помощью пяти манометров 5, соединенных посредством трубок и пяти отверстий диаметром 1 мм (см. рис. 7), выполненных в подшипнике 2, со смазочным слоем.
Общий вид установки представлен на рис. 4 и 8.
Для замера положения подшипника относительно цапфы установлены два датчика перемещения, соединенные со вторичными приборами. Схема расположения датчиков и система координат показана на рис. 5.
На крышке подшипника
1 установлен лимб 2. Ролик нагружателя
3 обкатывается по буртику 4 подшипника,
выполненному по середине подшипника
для создания центральной нагрузки.
Контроль за положением нагрузки
осуществляется с помощью лимба 2 и
стрелки 6, жестко соединенной с корпусом
нагружателя. Индуктивные датчики
перемещения 7 и 8 расположены под углом
друг к другу и своими чувствительными
элементами опираются на буртик 4
подшипника. Датчики неподвижно закреплены
к корпусу установки с помощью специальных
кронштейнов. Сигнал с датчиков поступает
на стрелочные вторичные приборы 9 и 10,
которые показывают смещение подшипника
относительно цапфы по осям
и
(датчик 8 по оси
,
7 – по оси
).
Гидродинамическое давление
замеряется в меридиональной плоскости
подшипника, расположенной вертикально
(
по лимбу). Лимб со стрелкой нагружателя
представлен на рис. 6.
Основные размеры
радиального подшипника скольжения
показаны на рис. 7. Начало системы
координат
расположено в центре подшипника.
Центральное отверстие диаметром 1 мм и
центр буртика для нагружения лежат в
плоскости
.
Расстояния между отверстиями диаметром
1 мм используются для построения эпюр
ГДД в осевом направлении по оси
.
На рис. 7
обозначено:
– диаметр
цапфы и подшипника,
– ширина
подшипника. На рис. 8 показан вид сбоку
на подшипник.
