Гидродинамический расчет различных вариантов исполнения шатунных подшипников скольжения насосной установки УНП55-250
Результаты конечноэлементных расчетов течения смазывающей жидкости для нескольких вариантов исполнения шатунных подшипников скольжения насосной установки УНП55-250. Определение эпюр давления, траекторий движения вала и расхода смазывающей жидкости.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.05.2018 |
| Размер файла | 556,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ИСПОЛНЕНИЯ ШАТУННЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ УНП55-250
Мишин А.В., Зернин М.В., Банщиков Ф.В.
Приведены результаты конечноэлементных расчетов течения смазывающей жидкости для нескольких вариантов исполнения шатунных подшипников скольжения насосной установки УНП55-250. Получены эпюры давления, траектории движения вала в подшипнике, характеристики расхода смазывающей жидкости и потери мощности.
Анализ повреждений насосной установки при эксплуатации выявил, что одним из наименее надежных является узел шатунных подшипников [1, 2]. В процессе доводки предлагалось несколько вариантов исполнения этого узла, в том числе с канавками- различного размера и различным образом расположенными на рабочей поверхности подшипника.
В настоящее время на кафедре «ДПМ» БГТУ осваиваются конечноэлементные методы расчета гидродинамики подшипников скольжения на основе двухмерных уравнений Рейнольдса [3, 4]. Программно реализован алгоритм [3-8] и выполнена серия тестовых расчетов [3, 4], демонстрирующая работоспособность программы. Выполнены расчеты гидродинамических характеристик подшипников скольжения нескольких машин при статическом и динамическом характере прикладываемой нагрузки. В настоящей статье описываются результаты применения разработанной программы для решения задачи о течении смазывающей жидкости в динамически нагруженном шатунном подшипнике насосной установки УНП 55- 250.
При доводке установки предлагалось два варианта типоразмера шатунного подшипника (таблица 1), при этом второй вариант предлагался в нескольких модификациях: гладкий; с канавками; с канавками, а также с холодильниками и проточкой.
Таблица 1
Параметры расчета подшипников установки УНП55-250 (ЗАО «УК «БМЗ») смазывающий жидкость насосный подшипник
|
Параметр |
Вариант 1 |
Вариант 2.1 |
Вариант 2.2 |
Вариант 2.3 |
|
|
Ширина подшипника B, мм |
60 |
70 |
70 |
70 |
|
|
Диаметр вала d, мм |
110 |
92,21 |
92,21 |
92,21 |
|
|
Диаметр втулки D, мм |
110,04 |
92,25 |
92,25 |
92,25 |
|
|
Динамическая вязкость смазки |
0,0277 |
0,0277 |
0,0277 |
0,0277 |
|
|
Радиус кривошипа R, мм |
34 |
34 |
34 |
34 |
|
|
Длина шатуна l, мм |
245 |
245 |
245 |
245 |
|
|
Угловая скорость вращения кривошипа |
43,039819 |
43,039819 |
43,039819 |
43,039819 |
|
|
Геометрические отклонения |
Гладкий |
Гладкий |
Канавки 6х0,7мм на 30, 150, 210 и 330 градусах |
Канавки 6х0,7мм на 30, 150, 210 и 330 градусах, два холодильника 24х0,7мм на 90 и 270 градусах, а также проточка 10x1,4мм от -90 до 90 градусов |
Нагрузка на подшипник была получена по индикаторной диаграмме изменения давления на плунжер и анализа геометрии кривошипно-шатунного механизма (рис. 1).
Масляный слой подшипников дискретизирован сеткой треугольных конечных элементов с учетом канавок, проточек и холодильников. Основные результаты гидродинамических расчетов приведены в таблица 2. Видно, что гладкий вариант (вариант 2.1) модифицирования штатного исполнения (вариант 1) подшипника несколько снижает максимум давлений и увеличивает минимальное значение зазора. Следовательно, такая модификация целесообразна. Последующие модификации (с канавками и проточками) уменьшают площадь поверхности подшипника. Вследствие этого максимальные давления возрастают, минимальный зазор уменьшается. Недопустимым является вариант 2.3, так как минимальный зазор 0,7 мкм существенно меньше ячеек фильтра тонкой очистки, размер которых составляет 5 мкм. В этом случае частицы, пропускаемые фильтром, будут оказывать абразивное воздействие на рабочие поверхности.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 1 Индикаторная диаграмма давления на поршень (а) и эпюра нагрузки на подшипник (б) насосной установки УНП55-250 в зависимости от угла поворота кривошипа
Таблица 2
Основные результаты расчета подшипников установки УНП55-250
|
Параметр |
Вариант 1 |
Вариант 2.1 |
Вариант 2.2 |
Вариант 2.3 |
|
|
Максимальный относительный эксцентриситет max |
0,6007 |
0,5137 |
0,6128 |
0,9648 |
|
|
Угол положения точки максимального эксцентриситета |
145,25 |
146,81 |
150,32 |
98,90 |
|
|
Минимальный зазор hmin, мм |
0,007987 |
0,009727 |
0,007744 |
0,0007031 |
|
|
Максимальное давление в зазоре при максимальном эксцентриситете pmaxhmin, MПа |
16,023 |
16,378 |
18,561 |
62,217 |
|
|
Максимальное давление в зазоре за весь цикл нагружения pmax, MПа |
19,328 |
16,411 |
18,658 |
65,152 |
Рассмотрим подробнее отдельные результаты гидродинамических расчетов. Для гладких вариантов (варианты 1 и 2.1) подшипника (рис. 2) рассчитанные траектории идентичны по форме. Вид этих траекторий вполне объясняется характером кривой изменения приложенной нагрузки, изображенной на рис. 1б.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Наличие канавок и прочих геометрических отклонений формы подшипника от идеальной (выемок на поверхности) легко учитывается в конечноэлементной модели путем изменения в соответствующих узлах, входящих в область несовершенств формы, зазора (толщины смазочной пленки) на величину, равную глубине выемки. Рассчитанные траектории (рис. 3) существенно отличаются от траекторий в гладких подшипниках (рис. 2). Особенно заметен срыв на траектории по рис. 3б, в точке 125. Именно в этот момент минимальный зазор составляет 0,7 мкм.
Размещено на http://www.allbest.ru/
На рис. 4 приведены эпюры гидродинамических давлений на развертке поверхности подшипника для всех четырех вариантов исполнения (масштаб давлений для всех вариантов выдерживается приближенно). Максимальные давления приведены в табл. 2. Из рис. 4 видно, как наличие канавок отражается на характере распределения давлений. Если эпюры давлений для гладких поверхностей тоже гладкие (рис. 4а, б), то появление каждой канавки приводит к появлению площадки с нулевыми давлениями.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 4 Характер распределений давлений в шатунных подшипниках установки УНП55-250: а - вариант 1; б - вариант 2.1; в - вариант 2.2; г - вариант 2.3
На рис. 5 приведены эпюры потоков смазывающей жидкости через торцы подшипников (масштаб всех четырех рисунков выдержан приближенно). Из рис. 5 видно, что наличие канавок существенно отражается на характере распределения потоков жидкости.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 5 Эпюры потоков смазывающей жидкости через торцы для шатунных подшипников установки УНП55-250: а - вариант 1; б - вариант 2.1; в - вариант 2.2; г -вариант 2.3
На рис. 6 приведены графики потерь мощности в подшипнике (масштаб всех четырех рисунков выдержан приближенно). Видно, что наличие канавок существенно отражается на характере этих графиков.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 6 Расчетные графики потерь мощности по углу поворота кривошипа для шатунных подшипников установки УНП55-250: а - вариант 1; б - вариант 2.1; в - вариант 2.2; г -вариант 2.3
Обобщая результаты расчетных исследований, можно заключить, что несущая способность у подшипников с канавками и проточками ниже, чем у гладких (таблица 2), особенно при варианте исполнения 2.3. В последнем случае минимальный зазор на порядок отличается от зазора при базовом варианте исполнения 2.1, так как большая часть траектории располагается вдоль верхнего вкладыша с окружной проточкой. Возможно абразивное изнашивание рабочих поверхностей подшипников, так как частицы, пропускаемые фильтрами, могут иметь больший размер, чем минимальный зазор. По той же причине распределение давлений характеризуется очень высокими по сравнению с другими вариантами исполнения градиентами давлений на краях канавок (рис. 4г). В этих местах могут появляться растягивающие компоненты напряжений в антифрикционном слое и как следствие усталостные повреждения слоя.
Можно также констатировать, что нами освоена конечноэлементная методика расчетных исследований течения жидкости в зазоре, которую можно эффективно применять для подшипников многих машин.
Список литературы
1. Зернин, М.В. Анализ причин повреждений и вариантов улучшения подшипников шатуна насосной установки УНП55-250/ М.В. Зернин, Ф.В. Банщиков, А.Ф. Ермаков // Динамика, прочность и надежность транспортных машин: сб. науч. тр. Брянск, 1997. С. 155-169.
2. Банщиков, Ф.В. Перспективность применения системного анализа для доводки узлов трения насосной установки УНП55-250/ Ф.В. Банщиков, М.В. Зернин, А.И. Рытик, И.И. Бурак // Динамика и прочность транспортных машин: сб. науч. тр. / под ред. В.И. Сакало. Брянск, 2000. С. 119-124.
3. Рытик, А.И. Расчет методом конечных элементов давлений в зоне жидкостного смазывания поверхностей трения/ А.И. Рытик, М.В. Зернин // Динамика и прочность транспортных машин: сб. науч. тр. / под ред. В.И. Сакало. Брянск, 2000. С. 137-143.
4. Мишин, А.В. Расчет динамически нагруженных опор скольжения методом конечных элементов / А.В. Мишин// Динамика, прочность и надежность транспортных машин: сб. науч. тр. Брянск, 2002. С. 174-182.
5. Букер, Д.Ф. Применение метода конечных элементов в теории смазки: инженерный подход / Д.Ф. Букер, К.Х. Хюбнер // ТАОИМ. Сер. Проблемы трения и смазки. 1972. № 4. С. 22-33.
6. Генка, П.К. Динамически нагруженные радиальные подшипники. Расчет методом конечных элементов / П.К. Генка // ТАОИМ. Проблемы трения и смазки. 1984. № 4. С. 10-20.
7. Лабуф, Г.А. Динамически нагруженные радиальные подшипники с жесткими и упругими поверхностями. Конечноэлементный расчет / Г.А. Лабуф, Д. Букер // ТАОИМ. Проблемы трения и смазки. 1985. № 4. С. 72-83.
8. Оу, К.П. Решение упругогидродинамической задачи для динамически нагруженных шатунных подшипников / К.П. Оу, П.К. Генка // ТАОИМ. Проблемы трения и смазки. 1986. № 3. С. 70-76.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Назначение и принцип работы подшипников скольжения. Свойства политетрафторэтилена. Технология сборки подшипников скольжения. Определение зависимости предела прочности композита от амплитуды колебаний. Прочностные характеристики от амплитуды колебаний.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 17.05.2015Расчет внутреннего диаметра трубопровода, скорость движения жидкости. Коэффициент гидравлического трения, зависящий от режима движения жидкости. Определение величины потерь. Расчет потребного напора. Построение рабочей характеристики насосной установки.
контрольная работа [187,7 K], добавлен 04.11.2013Консольные насосы: устройство, принцип работы и разновидности. Определение параметров рабочей точки насосной установки. Определение минимального диаметра всасывающего трубопровода из условия отсутствия кавитации. Регулирование подачи насосной установки.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 23.01.2013Анализ влияния технологических режимов формирования на структуру, физико-механические свойства композиционных гальванических покрытий. Разработка технологического процесса восстановления вкладышей подшипников скольжения коленчатого вала дизеля Д100.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 08.12.2012Расчет и выбор посадок подшипников скольжения, с натягом для соединения зубчатого венца со ступицей, переходных посадок для соединения червячного колеса с валом. Материал зубчатого венца. Диапазон и число членов параметрического ряда механизма.
курсовая работа [458,4 K], добавлен 20.11.2010Общие потери напора в трубопроводе. Определение высоты всасывания из резервуара, расхода циркуляции жидкости, диаметра самотечного трубопровода и показаний дифманометра расходометра. Необходимое давление насоса и мощность. Построение характеристики сети.
курсовая работа [695,9 K], добавлен 23.04.2014Конструкция и принцип действия подъёмного стола. Разработка конструкции узла торсионного вала. Расчет насосной установки. Определение потерь давления. Конструкция, назначение и принцип действия сталкивателя слябов. Проверка долговечности подшипников.
дипломная работа [674,4 K], добавлен 22.03.2018Классификация подшипников по виду трения и воспринимаемой нагрузке. Устройство и область применения подшипников скольжения, их достоинства и недостатки. Назначение и виды фрикционных муфт, материал для их изготовления. Конструкция фрикционного диска.
контрольная работа [2,2 M], добавлен 28.12.2013Схема насосной установки. Выполнение гидравлического расчета трубопровода. Подбор насоса и нанесение характеристики насоса на график с изображением характеристики сети. Расчет мощности на валу и номинальной мощности электродвигателя выбранной установки.
контрольная работа [53,6 K], добавлен 22.03.2011Хозяйственно-питьевые системы водоснабжения и их предназначение. Расчет водоснабжения поселка. Определение расчетных расходов на участках водопроводной сети. Распределение воды в кольце, диаметр труб, скорость и потеря напора. Расчет насосной установки.
курсовая работа [491,2 K], добавлен 16.05.2010Расчет статических и динамических нагрузок привода. Выбор рабочего давления и жидкости. Габаритные и присоединительные размеры насос-мотора. Расчет параметров гидроаппаратуры и манометров. Тепловой расчет насосной установки, выбор системы электропривода.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 24.03.2013Проведение гидравлического расчета трубопровода: выбор диаметра трубы, определение допустимого кавитационного запаса, расчет потерь со всасывающей линии и графическое построение кривой потребного напора. Выбор оптимальных параметров насосной установки.
курсовая работа [564,0 K], добавлен 23.09.2011Обмен веществам между сервовитной пленкой и смазочным материалом. Эксплуатационные свойства смазочных масел. Окисление масла кислородом воздуха. Основные причины обводнения масла в смазочных системах. Антифрикционные свойства подшипников скольжения.
реферат [310,4 K], добавлен 03.11.2017Проектирование привода аппарата для установки шайб подшипников. Расчет и конструирование выходного вала. Проверка долговечности предварительно выбранных подшипников. Разработка технологического процесса изготовления червячного зубчатого колеса.
дипломная работа [949,7 K], добавлен 12.08.2017Составление принципиальной схемы насосной установки. Гидравлический расчет трубопроводной системы. Потери напора в трубопроводах всасывания и нагнетания. Подбор марки насоса. Определение рабочей точки и параметров режима работы насосной установки.
контрольная работа [876,4 K], добавлен 22.10.2013Понятие и функциональные особенности подшипников качения, их отличительные признаки от подшипников скольжения. Основные типы подшипников качения: шарикоподшипники радиальные однорядные, с одной и двумя защитными шайбами, с канавкой на наружном кольце.
реферат [22,9 K], добавлен 15.05.2012Условия работы подшипника скольжения. Расчет подшипника вручную. Угловая и окружная скорость вращения вала. Расчет подшипника в APM WinMachine. Коэффициент торцевого расхода масла. Момент сил трения. Мощность, выделяющаяся в подшипнике за счет трения.
курсовая работа [820,6 K], добавлен 04.10.2008Выбор номинального давления, расчет и выбор гидроцилиндров и гидромоторов. Определение расхода жидкости, потребляемого гидродвигателями, подбор гидронасоса. Выбор рабочей жидкости, расчет диаметров труб и рукавов. Расчет потерь давления в гидросистеме.
курсовая работа [171,8 K], добавлен 17.12.2013Расчет насадочного абсорбера для улавливания аммиака. Описание абсорбционной установки. Определение количества поглощаемого газа и расхода абсорбента. Расчёт диаметра абсорбера, газодувки, насосной установки; тепловой баланс; гидравлическое сопротивление.
курсовая работа [958,3 K], добавлен 10.06.2013Характеристика насосов; гидравлическая сеть, определение потерь энергии на преодоление сопротивлений. Расчет трубопроводов с насосной подачей: параметры рабочей точки, всасывающей линии при безкавитационной работе, подбор двигателя, подача насоса в сеть.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 26.10.2011
