Исследования на износостойкость конструкции радиального подшипника с учетом реологических свойств микрополярного смазочного материала

Статья посвящена разработке и анализу модели движения микрополярного смазочного материала в рабочем зазоре радиального подшипника скольжения с фторопластсодержащим антифрикционным композиционным полимерным покрытием и с канавкой на опорной поверхности.

Новые модели получены на базе классических уравнений в приближении для «тонкого слоя» и уравнения неразрывности, описывающих турбулентный режим движения смазочного материала с микрополярными реологическими свойствами. Результаты проведенного численного анализа полученных моделей существующих эксплуатационных характеристик позволили получить количественную оценку эффективности опорного профиля с фторопластсодержащим антифрикционным композиционным полимерным покрытием с осевой канавкой.

Для завершения комплекса исследований и верификации теоретических разработок были выполнены экспериментальные исследования.

Новизна работы заключается в конкретизации методики инженерных расчетов конструкции эффективного радиального подшипника с антифрикционным полимерным покрытием с осевой канавкой на опорной поверхности подшипниковой втулки при учете зависимости реологических свойств микрополярного смазочного материала от давления и температуры в турбулентном режиме, позволяющей оценить величину основных эксплуатационных характеристик: гидродинамического давления, нагрузочной способности и коэффициента трения, а также  расширить область практического применения моделей для инженерных расчетов.

Таким образом, конструкция радиального подшипника с полимерным покрытием опорного профиля, канавкой шириной 3 мм обеспечила стабильное всплытие вала на гидродинамическом клине, что экспериментально подтвердило правильность результатов теоретических исследований радиального подшипника диаметром 40 мм при скорости скольжения 0,3–3 м/с, нагрузке 4,9–24,5 МПа.

1. Deligant M., Podevin P., Descombes G. CFD model for turbocharger journal bearing performances // Applied Thermal Engineering. 2011. Vol. 31, Issue 5. P. 811–819.

2. Zadorozhnaya E., Sibiryakov S., Hudyakov V. Theoretical and experimental investigations of the rotor vibration amplitude of the turbocharger and bearings temperature // Tribology in Industry. 2017. Vol. 39, no. 4. P. 452–459.

3. Sharma S. C., Kumar V., Jain S. C. [et al.]. Thermohydrostatic analysis of slotentry hybrid journal bearing system // Tribology International. 2002. Vol. 35, no. 9. P. 561–577.

4. Kucinschi B., Fillon M. An Experimental study of transient thermal effects in a plain journal bearing // Journal of Tribology. 1999. Vol. 121, no. 2. P. 327–332.

5. Khatak P., Garg H. C. Performance analysis of capillary compensated hybrid journal bearing by considering combined influence of thermal effects and micropolar lubricant // Journal of Tribology. 2016. Vol. 139, no. 1. P. 011707.

6. Прокопьев В. Н., Караваев В. Г. Термогидродинамическая задача смазки сложнонагруженных опор скольжения неньютоновскими жидкостями // Вестник ЮУрГУ. Серия Машиностроение. 2003. Вып. 3, no. 1 (17). С. 56–66.

7. Прокопьев В. Н., Бояршинова А. К., Задорожная Е. А. Многосеточный алгоритм интегрирования уравнения Рейнольдса для гидродинамических давлений в смазочном слое опор скольжения // Труды Международного форума по проблемам науки, техники и образования. Москва, 2001. С. 6–10.

8. Прокопьев В. Н., Бояршинова А. К., Гаврилов К. В. Гидромеханические характеристики сложнонагруженных подшипников скольжения с учетом некруглостей цапфы и втулки // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2009. № 4. С. 98–104.

9. Старостин Н. П., Кондаков А. С., Васильева М. А. Тепловая диагностика трения в самосмазывающихся радиальных подшипниках движения. Часть 2: Учет в математической модели подвижности вала // Трение и износ. 2010. Т. 31, № 6. С. 590–594.

10. Старостин Н. П., Кондаков А. С., Васильева М. А. Трехмерная диагностика трения в подшипниках скольжения // Математические заметки ЯГУ. 2012. Т. 19, № 2. С. 187–195.

11. Айнбиндер С. Б., Дзенис А. А., Тюнина Э. Л. Расчет температуры металлполимерной пары при тяжелых режимах трения // Механика полимеров. 1973. № 4. С. 75–81.

12. Александров В. М., Губарева Е. А. О расчете контактных температур, возникающих при вращении вала в подшипнике // Трение и износ. 2007. Т. 28, № 1. С. 39–43.

13. Бабешко В. А., Ворович И. И. К расчету температур, возникающих при вращении вала в подшипнике // ПМТФ. 1968. № 2. С. 135–137.

14. Колесников В. И., Подрезов С. А., Алексеев В. А. К вопросу о теплонагруженности металлонаполненных полимерных подшипников скольжения // Трение и износ. 1982. Т. 3, № 6. С. 1009–1015.

15. Колесников В. И., Кучеров В. А., Подрезов С. А. Исследование температурных полей некоторых узлов трения // Физико-механические процессы в зоне контакта деталей машин. Калинин, 1983. С. 70–77.

16. Огарков Б. И., Голомедова Л. И. Расчет стационарного поля анизотропного вкладыша подшипника скольжения // Известия вузов. Машиностроение. 1970. № 8. С. 43–48.

17. Огарков В. И., Кухаренко С. П. Аналитико-экспериментальный метод определения температурного поля двухслойного анизотропного вкладыша подшипника // Трение и износ. 1985. Т. 6, № 2. С. 228–234.

18. Павлова И. В., Колесников В. И., Евдокимов Ю. А. Исследование распределения температуры в тонкостенных металлополимерных подшипниках скольжения // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2001. № 2. С. 29–33.

19. Коднир Д. С., Жильников Е. П., Байбородов Ю. И. Эластогидродинамический расчет деталей машин. Москва: Машиностроение, 1988. 160 с.

20. Коднир Д. С. Контактная гидродинамика смазки деталей машин. Москва: Машиностроение, 1976. 304 с.

21. Перель Л. Я. Подшипники качения: расчет, проектирование и обслуживание опор. Москва: Машиностроение, 1983. 543 с.

22. Решетов Д. Н. Детали машин. Москва: Машиностроение, 1989. 496 с.

23. Уонг X. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. Справочник: пер. с англ. Москва: Атомиздат, 1979. 216 с.

24. Белоусов М. Д., Шестаков А. Л. Метод самодиагностики термопреобразователя сопротивлений в процессе работы // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2009. № 3 (136). С. 17–19.

25. Гоулд. Сдавливаемые пленки с параллельными поверхностями. Влияние зависимости вязкости от температуры и давления // Теоретические основы инженерных расчетов. 1967. № 4. 267 с.