Методика решения связанной задачи гидродинамической теории смазки и нелинейной динамики для механической системы «коленчатый вал на подшипниках скольжения»

Юрий Владимирович Рождественский, Надежда Александровна Хозенюк, Александр Александрович Мыльников

Аннотация


Рассмотрены особенности методики решения связанной задачи гидродинамической теории смазки и нелинейной динамики для механической системы «коленчатый вал на подшипниках скольжения». Цель исследования состоит в разработке комплексной расчетной методики оценки работоспособности коренных подшипников коленчатого вала для учета краевых эффектов, обусловленных перекосами осей подвижных и опорных элементов подшипников скольжения. Рассмотрена система коренных подшипников, взаимосвязанных посредством коленчатого вала и картера. Методика основана на совместном численном решении уравнений движения шеек коленчатого вала
на смазочных слоях, дифференциального уравнения Рейнольдса для неньютоновской жидкости и теплового баланса для определения гидромеханических характеристик подшипников, а также уравнений пяти моментов для определения нагрузок, действующих на все коренные подшипники с учетом упругих свойств картера, многоопорного коленчатого вала, а также нелинейных свойств смазочных слоев, возможных смещений центров опор и шеек из-за технологических, тепловых и других факторов. При моделировании течения смазочного материала в зазоре каждого подшипника использована модель структурированного смазочного слоя, учитывающая образование на
поверхностях трения высоковязких граничных слоев. Для определения упругих
свойств блок-картера двигателя и коленчатого вала использованы трехмерные конечноэлементные модели конструкций. Методика позволяет оценивать одновременное влияние ряда конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на работоспособность системы коренных подшипников. Выполнена расчетная оценка гидромеханических характеристик коренных подшипников дизеля типа ЧН 13/15. Показано влияние газовых сил на упругие перемещения опор коленчатого вала.

Ключевые слова


коренной подшипник скольжения; связанные процессы; динамическая модель; смазка; неньютоновские свойства; коэффициент упругой податливости; коленчатый вал; блок-картер; двигатель внутреннего сгорания

Полный текст:

PDF

Литература


Abramishvili M.M., Chistyakov V.K. [Dynamic Intensity of a Crankshaft and its Support V-Engine with Eight Cylinder Working on External High-Speed and Load Characteristics]. Dvigatelestroenie,

, no. 1, pp. 10–12. (in Russ)

Krasnokutsky A.N., Trifonov Ju.Ju. [Calculation of a Crankshaft Durability According to Continuous Scheme], Sbornik nauchnykh trudov po problemam dvigatelestroeniya, posvyashchennyy

-letiyu MGTU im. N.E. Baumana [The Collection of Scientific Papers on the Engine-Building Problems, Devoted to the 175 Anniversary of Bauman University (MGTU)]. Moscow, MGTU publ., 2005, pp. 96–102. (in Russ)

Prokop'ev V.N., Boyarshinova A.K., Zadorozhnaya E.A. [Multinet Integration Algorithms of Reynolds Equation in the Dynamics Problems of Complex-Loaded Plain Bearings]. Problemy

mashinostroeniya i nadezhnosti mashin, 2005. no. 5, pp. 16–21. (in Russ)

Li C.-H., Rohde S.M. On the Steady State and Dynamic Performance Characteristics of Floating Ring Bearings. J. of Lubrication Tech., 1981, vol. 103, iss. 3, pp. 389–397. DOI: 10.1115/1.3251687

Tang B., Computing the Main Journal Bearings Dynamic Coefficients in a Six-Cylinder In-Line Diesel Engine. SAE Technical Paper 2007-01-1968, 2007. DOI: 10.4271/2007-01-1968

Xu H., Mian O., Parker D. The Impact of Axial Bearing Profile on Engine Bearing Performance. SAE Technical Paper 2003-01-1387, 2003. DOI: 10.4271/2003-01-1387

Choi J., Lee J., Han D. Oil Film Thickness in Engine Main Bearings: Comparison Between Calculation and Experiment by Total Capacitance Method. SAE Technical Paper 922345, 1992. DOI:

4271/922345

Mian A., Parker D., Williams B. Measured Crankshaft Bearing Oil Flow and Temperatures with a Full and Partial Groove Main Bearing. SAE Technical Paper 2000-01-1341, 2000. DOI: 10.4271/2000-01-1341

Inui M., Kobayashi M., Oowaki K., Furukawa T. et al. Analysis of Oil Film Generation on the Main Journal Bearing Using a Thin-Film Sensor and Elasto-Hydrodynamic Lubrication (EHL) Model. SAE Int. J. Fuels Lubr., 2013, vol. 6, iss. 1, pp. 119–125. DOI: 10.4271/2013-01-1217

Zammit J., Shayler P., Gardiner R., Pegg I. Investigating the Potential to Reduce Crankshaft Main Bearing Friction During Engine Warm-up by Raising Oil Feed Temperature. SAE Int. J. Engines,

, vol. 5, iss. 3, pp. 1312–1319. DOI: 10.4271/2012-01-1216

Zaharov S.M., Tarsis Ju.L., Shoroh E.A. [Joint Calculation of a Multisupporting Crankshaft and Sliding Bearings]. Messenger of mechanical engineering, 1985, no. 1, pp. 5–7. (in Russ)

Baluk V.K., Rozhdestvensky Y.V., Vetron M.K., Faleev L.N. [The Directions of Increase of the Main Bearing Load Capacity for the Tractor Diesel]. Dvigatelestroenie, 1989, no. 2, pp. 47–48, 51. (in Russ)

Welsh W., Booker, J. Dynamic Analysis of Engine Bearing Systems. SAE Technical Paper 830065, 1983. DOI: 10.4271/830065

Bellakhdhar B., Dogui A., Ligier J.-L. A Simplified Coupled Crankshaft–Engine Block Model. Comptes Rendus Mecanique, 2013, vol. 341, iss. 11–12, pp. 743–754.

Gequn S., Min L., Haiqiao W. Research on the Influence of Bench Installation Conditions on Simulation of Engine Main Bearing Load. SAE Int. J. Engines, 2009, vol. 2, no. 1, pp. 1885–1890. DOI:

4271/2009-01-1978

Lahmar M., Frihi D., Nicolas D. The Effect of Missalignmen on Perfomance Characteristics on Engine Main Crankshaft Bearings. European Journal of Mechanics A/Solids, 2002, pp. 703–714.

DOI: 10.1016/S0997-7538(01)01202-5

Zissimos P., Mourelatos Z.P. A Crankshaft System Model for Structural Dynamic Analysis of Internal Combustion Engines. Computers & Structures 79, 2001, pp. 47–54. DOI: 10.1016/S0045-

(01)00119-5

Mourelatos Z.P., Vlahopoulos N., Ebrat O., Liang J., Wang J. Probabilistic Main Bearing Performance for an Internal Combustion Engine. Journal of Tribology, 2005, vol. 127, pp. 784–792. DOI:

1115/1.2000268

Zaharov, S.M., Sirotenko, V.I., Zharov, I.A. [Work Modeling of Tribosystem “a Crankshaft Bearings – Support of the Block of Cylinders” of Internal Combustion Engines]. Friction and Wear,

, vol. 16, no.1, pp. 47–54. (in Russ)

Mylnikov A.A. Experimental Research of Elastic Characteristics of a Crankshaft and Block Case of the Four-Cylinder In-Line Engine of ChN 13/15 type. Bulletin of the South Ural State University.

Ser. Mechanical Engineering Industry, 2012, no. 12 (271), pp. 218–222. (in Russ)

Romanov V.A., Hozenjuk N.A. [Estimation of the Main Bearings Operability of Internal Combustion Engine Taken into Account Crankcase Thermal Deformationy]. Friction and Lubricant in

Machinery, 2013, no. 3, pp. 23–26. (in Russ)

Rozhdestvensky Y., Khozeniuk N., Mylnikov A., Levanov I., Romanov V. Modeling of the Main Bearings of a Multi-Supporting Crankshaft of the Internal Combustion Engine. WTC2013

Proceedings, Torino, Italy. 2013.

Mylnikov A.A., Khozeniuk N.A. [Technique of an Assessment of Loading of Support of a Crankshaft Taking into Account Elastic Properties of a Crankcase of the Engine]. Al'manakh sovremennoy

nauki i obrazovaniya [Almanac of Modern Science and Education], 2013, no. 12 (79), pp. 127–131. (in Russ)

Prokopiev V.N., Zadorojznaya E. A, Karavaev,V.G. [Improvement of a Calculation Method of Heavy Loaded Bearings of the Sliding Greased by Non-Newtonian oils]. Problems of Mechanical Engineering and Reliability, 2010, no. 1, p. 63–67. (in Russ)

Paranjpe R., Tseregounis S., Viola M. Comparison Between Theoretical Calculations and Oil Film Thickness Measurements Using the Total Capacitance Method for Crankshaft Bearings in a Firing Engine. J of Tribol Trans, 2000, no. 43, pp. 345–356. DOI: 10.1080/10402000008982350

Zhang R., Xueming H., Yang S. and et al. Perturbation Solution of Non-Newtonian Lubrication with the Convected Maxwell Model. Trans of the ASME, 2005, no. 127, pp. 302–305. DOI:

1115/1.1843852

Zadorozhnaja E.A., Levanov I.G., Muhortov I.V. [Application of the Non-Newtonian Models of Lubricants for Simulation of the Heavy Loaded Tribounits of Piston and Rotary Machines]. Friction

and Lubricant in Machinery, 2011, no. 7. pp. 22–30. (in Russ)

Levanov I.G. [Method of Calculation of Hydromechanical Characteristics of Heavy Loaded Bearings of Sliding of the Piston and Rotary Machines Greased by Non-Newtonian Oils]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Mechanical Engineering Industry, 2011, no. 18, pp. 34–44. (in Russ)

Mukhortov I., Zadorojznaya E., Levanov I. Reological Model of a Boundary Layer of Lubricant. STLE Annual Meeting & Exhibition, Hilton Atlanta, USA, 15–19 May 2011, New York: ASME, 2011, pp. 235–241.

Zadorozhnaja E.A., Muhortov I.V., Levanov I.G. [Mechanism of the Boundary Layer Formation and the Rheological Model for Thin Lubricant Film]. Vestnik Orenburg State University, 2014, no.

, pp. 76–81. (in Russ)

Prokop'ev V.N., Rozhdestvenskij Ju.V., Karavaev V.G., Zadorozhnaja E.A., Bojarshinova A.K. Dinamika i smazka tribosopryazheniy porshnevykh i rotornykh mashin. Chast’ 2 [Dynamics and Lubrication of Heavy Loaded Tribounits of Piston and Rotary Machines. Path 2]. Chelyabinsk, South Ural

St. Univ. Publ., 2011. 221 p.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.