Расчетно-экспериментальная методика определения предотказного состояния сложнонагруженных подшипников скольжения

Д. Н. Никитин, Е. А. Задорожная, И. Г. Леванов

Аннотация


В статье рассмотрены виды изнашивания и отказы подшипников скольжения. Основываясь на физике отказов, предложена методика определения предотказного состояния
подшипников скольжения включающая в себя: определение предельного зазора в подшипнике; определение предельного значения вязкости масла; определение предельного
значения овальности шейки вала и вкладышей; определение предельной площади выкрашивания поверхности вкладышей; определение предельного значения концентрации активных абразивных частиц в смазочном материале. Решение этих задач базируется на расчётном определении гидромеханических характеристик (ГМХ) подшипников с помощью гидродинамической теории смазки, определении зон контактного взаимодействия элементов ПС, продолжительности граничного режима смазки, величинах износа поверхностей втулки и шейки вала. Расчётные исследования выполнены на примере расчета динамики
шатунного подшипника коленчатого вала теплового двигателя. В частности показано, что при величине диаметрального зазора в шатунном подшипнике в 90–120 мкм продолжительность граничного режима смазки составляет более 25 %, что является предельным значением. Снижение вязкости масла (измеренной при 100 С) ниже 9,5 мПа∙с недопустимо, поскольку приводит к повышению продолжительности граничного режима смазки до 42 %. По тем же причинам эллиптичность вкладышей более 5 мкм недопустима. Массовая
концентрация активных абразивных частиц в масле более 0,1 % приводит к резкому повышению максимальной скорости изнашивания подшипника, и данную концентрацию
следует считать предельной с точки зрения его предотказного состояния. Методика позволяет на ранних стадиях проектирования машин, в состав которых входят гидродинамические подшипники скольжения, определять критерии их предотказного состояния.

Ключевые слова


подшипники скольжения; отказы; предотказное состояние; скорость изнашивания; зазор

Полный текст:

PDF

Литература


Гриб, В.В. Решение триботехнических задач численными методами / В.В. Гриб. – М.: Наука, 1982. – 112 с.

ГОСТ 27.002-2015 Надежность в технике (ССНТ). Термины и определения.

Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, В.С. Комбалов. – М.: Машиностроение, 1977. – 526 с.

Типей, Н.Н. Подшипники скольжения. Расчёт, проектирование, смазка / Н. Типей, В.Н. Константинеску, А. Ника и др. – Бухарест, 1964. – 457 с.

Когаев, В.П. Прочность и износостойкость деталей машин / В.П. Когаев, Ю.Н. Дроздов. – М.: Высшая школа, 1991. – 319 с.

Сафонов, П.Б. Инженерная трибология: оценка износостойкости и ресурса трибосопряжений. Учебное пособие для студентов специальности 170515 / П.Б. Сафонов, А.В. Бегова. – РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт, 2004. – 65 с.

Adaptive finite element simulation of wear evolution in radial sliding bearings / Ali Rezaei, Wim Van Paepegem, Patrick De Baets, Wouter Ost, Joris Degrieck // Wear. – 2012. – Vol. 296. –

P. 660–671.

Analysis of planar multibody systems with revolute joint wear / Saad Mukras, Nam H. Kim , Nathan A. Mauntler, Tony L. Schmitz,W. Gregory Sawyer // Wear. – 2010. – Vol. 268. – P. 643–652.

Bartel, D. Simulating transient wear characteristics of journal bearings subjected to mixed friction / D. Bartel, L. Bobach, T. Illner et al. // Journal of Engineering Tribology. – 2012. – P. 1–14.

Bonneau, D. Mixed Lubrication in Hydrodinamic Bearings // D. Bonneau, A. Fatu, D. Souchet. – ISTE Ltd, London. – 2014. – 172 p.

Fillon, M. and Bouyer, J. (2004), “Thermo Hydrodynamic Analysis of a Worn Plain Journal Bearing” Tribol. Int., 37, P. 129–136.

Harnoy, A. Bearing Design in Machinery: Engineering Tribology and Lubrication / A. Harnoy. – New York: Marcel Dekker, 2003. – 440 p.

Hydrodynamic Friction of Viscosity-Modified Oils in a Journal Bearing Machine / SorinCristian Vladescu,· Nigel Marx, · Luis Fernández, · Francisco Barceló, · Hugh Spikes // Tribology Letters (2018) 66:127 https://doi.org/10.1007/s11249-018-1080-4.

Nikolic, N. A procedure for constructing a theoretical wear diagram of IC engine crankshaft main bearings / N. Nikolic, T. Torovic, Z. Antonic // Mechanism and Machine Theory. – 2012. –

Vol. 58. – P. 120–136.

Nikolic, N. An Algorithm for Obtaining Conditional Wear Diagram of IC Engine Crankshaft Main Journals/ N. Nikolic, T. Torovic, Z. Antonic, J. Doric // FME Transactions. – 2011. – Vol. 39. –

P. 157–164.

Чернавский, С.А. Подшипники скольжения / С.А. Чернавский. – М.: Машгиз, 1963. – 243 с.

Захаров, С.М. Гидродинамическая теория смазки // В кн. «Современная трибология: итоги и перспективы» / Под ред. К.В. Фролова. – М.: Изд-во ЛКИ. – 2008. – C. 95–157.

Черепанов, Д.А. Расчётно-экспериментальная модель изнашивания опор скольжения коленчатых валов поршневых ДВС: Автореф. дисс…к-та.техн.наук / Д.А. Черепанов. – Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2004. – 16 с.

ГОСТ 27674-88 Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения [Текст]. Введ.1989-01-01. – М.: Издательство стандартов, 1992. – 19 с.

Прокопьев, В.Н. Динамика и смазка трибосопряжений поршневых и роторных машин: монография. / В.Н. Прокопьев, Ю.В. Рождественский и др. // Челябинск: Издательский центр

ЮУрГУ, 2011. – ч. 2. – 221 с.

Vencl, A. Diesel engine crankshaft journal bearings failures: Case study / A. Vencl, A. Rac //Engineering Failure Analysis. – 2014. – Vol. 44. – P. 217–228.

Икрамов, У.А. Расчётные методы оценки абразивного износа. – М.: Машиностроение, 1987. – 288 с.

Rozeanu, L. Wear of hydrodynamic journal bearings, In Tribology Research: From Model Experiment to Industrial Problem / G. Dalmaz et al. (Editors), 2001. – P.161–166.

Ажиппо, Н.А. Прогнозирование долговечности подшипников скольжения тракторных двигателей на стадии их проектирования / Н.А. Ажиппо, Б.К. Балюк // Двигателестроение. –

– № 8. – С. 17–20.

Морозов, Е.М. Контактные задачи механики разрушения / Е.М. Морозов, М.В. Зернин. – М.: Машиностроение, 1999. – 544 с.

Рождественский, Ю.В. Связные задачи динамики и смазки сложнонагруженных опор скольжения // Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. д.т.н. – Челябинск, 1999. – 36 с.

К вопросу о долговечности подшипников коленчатого вала двигателей ЗИЛ-130 / В.Н. Прокопьев, В.В. Иванов, Э.Р. Рунг, Г.Н. Волченко // Автомобильная промышленность. – 1974. – № 6. – С. 6–8.

Goodwin, M.J. Reciprocating machinery bearing analysis: theory and practice / M.J. Goodwin, J.L. Nikolajsen, P.J. Ogrodnik // Proc. Instn Mech. Engrs Vol. 217, Part J: Journal Engineering Tribology. – 2003. – P. 409–426.

Refined simulation of friction power loss in crank shaft slider bearings considering wear in the mixed lubrication regime / C. Priestner, H. Allmaier, H.H. Priebsch, C. Forstner // Tribology International. – 2012. – Vol. 46. – P. 200–207.

Predicting friction reliably and accurately in journal bearings – The importance of extensive oil-models / H. Allmaier, C. Priestner, F.M. Reich et al. // Tribology International. – 2012. –Vol. 48. –

P. 93–101.

Gulwadi, S.D. Journal Bearing Analysis in Engines Using Simulation Techiques / S.D. Gulwadi, G. Shrimpling // SAE 2003-01-0245.

Bartel, D. Simulating transient wear characteristics of journal bearings subjected to mixed friction / D. Bartel, L. Bobach, T. Illner and L. Deters // Journal of Engineering Tribology. – 2012. –

P. 1–14. – URL: https://doi.org/10.1177/1350650112454510.

Sander, D.E. Simulation of journal friction in severe mixed lubrication – Validation and effect of surface smoothing due to running-in / D.E. Sander , H. Allmaier , H.H. Priebsch et al. // Tribology

international. – 2015. – Vol. 96. – P. 173–183. – URL: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2015.12.024

Bergmann, P. Modeling Wear of Journal Bearings / P. Bergmann, F. Grün //Montanuniversität Leoben, Department Product Engineering. – Vol. 6. – No. 27. – 2018.

doi:10.3390/lubricants6010027.

Bergmann, P. Evaluation of Wear Phenomena of Journal Bearings by Close to Component Testing and Application of a Numerical Wear Assessment / P. Bergmann, F. Grun, F. Summer et al. // Lubricants. – 2018. – № 6. – Vol. 65. – 25 p. doi:10.3390/lubricants6030065.

Knauder, C. Sander and Theodor Sams. Investigations of the Friction Losses of Different Engine Concepts. Part 1: A Combined Approach for Applying Subassembly-Resolved Friction Loss Analysis on a Modern Passenger-Car Diesel Engine / C. Knauder, H. Allmaier, E. David // Lubricants. – 2019. – № 7. – Vol. 39. – URL: https://doi.org/10.3390/lubricants7050039.

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


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.