Моделирование и оценка теплового состояния сложнонагруженных трибосопряжений
Ключевые слова:
опора жидкостного трения, обобщенное уравнение энергии, уравнения с частными производными, краевые задачи.Аннотация
Тепловое состояние элементов сложнонагруженных трибосопряжений является одним из наиболее значимых параметров, влияющих на их работоспособность. Температура смазочного слоя подшипников скольжения во многом определяет его несущую способность. Использование уравнения теплового баланса для оценки температуры трибосопряжений не позволяет найти поля температур и зоны их максимальных значений. Этим определяется актуальность задачи. В статье рассмотрена математическая модель и методика расчета теплового состояния и термогидродинамических характеристик сложнонагруженных опор скольжения. При этом учитываются неньютоновские свойства жидкости, процессы теплообмена между смазочным слоем и окружающими его подвижными поверхностями трибосопряжения. Для решения уравнения энергии предложено использовать конечно-разностные аппроксимации. При построении разностных аналогов уравнений энергии для отдельных элементов конструкции и тонкого смазочного слоя был применен неявный метод переменных направлений Писмена-Рекфорда. Приведены результаты расчета гидромеханических характеристик шатунного подшипника теплового двигателя. В процессе расчета были получены трехмерные распределения температуры в смазочном материале.Результаты показали, что при учете конвективного переноса тепла в радиальном направлении, процессы теплообмена между смазочным слоем и окружающими его подвижными поверхностями дают возможность более точно определить среднеинтегральную температуру смазочного материала и теплонапряженность сопряжения в целом. Разработанная методика может быть использована при оценке характеристик и работоспособности сложнонагруженных трибосопряжения поршневых и роторных машин различного назначения.
Библиографические ссылки
Prokopiev V.N., Karavaev V.G. [Task of Thermohydrodynamic Lubrication of Complex Loaded of Sliding Supports with non-Newtonian Fluids]. Vestnik YUrGU. Serya Mashinostroenie, 2003, no. 1 (17), pp. 55-66. (in Russian).
Rozhdestvensky Y.V., Gavrilov K.V., Doikin A.A., Makarihin M.A. [Solution of Optimization Problems for Tribosystems of Piston and Rotary Machines Using the Mass Conservation Algorithm]. Trenie i Smazka v Mashinah i Mehanizmah, 2011, no. 8, pp. 38-43. (in Russian).
Zadorozhnaya E.A., Levanov I.G., Pyriev S.A. [Calculation of Complex Loaded Tribounits of High Performance Diesel]. tVestnik Mashinostroenia, 2013, no. 12, pp. 42-47. (in Russian).
Prokopiev V.N., Boyarshinova A.K., Zadorozhnaya E.A. Multigrid [Algorithms for Integrating of the Reynolds Equation in the Dynamics Complex Loaded Sliding Bearings]. Problemy Mashinostroenia i Nnadezhnosti Mashin, 2005, no. 5, pp. 16-21. (in Russian).
Levanov I.G. [Method of Calculation of Hydromechanical Characteristics of Piston and Rotary Machines Sliding Bearings with non-Newtonian Fluids]. Vestnik YUrGU. Serya Mashinostroenie, 2011, no. 31 (258), pp. 34-43. (in Russian).
Zadorozhnaya E.A. [Features of Modelling for Tribosystems of Pston and Rotary Machines Based on the Properties of the Lubricant]. Izvestiya Samarskogo Nauchnogo Centra RAN. Mehanika i Mashinostroenie, 2011, vol. 13, no. 4 (3), pp. 733-738. (in Russian)
Malenko P.I., Zelenko V.K., Levin D.M. Temperature Fields and Performance of the Pairs of Sliding Friction with a Lubricant. Edited by Y.N. Drozdov. Moscow, Mashinostroenie, 2011. 239 p.
Zhang C. TEHD Behavior of Non- Newtonian Dynamically Loadet Journal Bearings in Mixed Lubrication for Direct Problem. ASME Journal of Tribology, 2002, vol. 124, pp. 178-185. DOI: 10.1115/1.1396342
Rouch P. Computational Hydrodynamic. Moscow, Mir, 1980. 618 p.
Douglas J., Rachford H. H. On the Numerical Solution of Heat Conduction Problems in Two and Three Space Variables. Trans. Amer. Math. Soc., 1956, vol. 82, pp. 421-439. DOI: 10.1090/S0002-9947-1956-0084194-4
Ch Gao, Wang Y. A General Formulation of Peaceman and Richford ADI Method for the N-dimensional Heat Diffusion Equation. Int. tComm. Heat Mass Transfer, 1996, vol. 23, no. 6, pp. 845-854. DOI: 10.1016/0735-1933(96)00067-X
Samarsky A.A. The Theory of Difference Schemes. Moscow, Nauka, 1977, 653 p.
Zaharov S.M., Sirotenko V.I., Zharov I.A. [Simulation of Tribosystem 'Crankshaft-Bearing - Supports of Cylinder Block' of Internal Combustion Engines]. Trenie i Iznos, 1995, vol. 16, no. 1, pp. 47-54. (in Russian).
Chichinadze A.V., Berliner E.M., Braun E.D. Trenie, Iznos i Smazka: Tribologiya i Tribotehnika. Edited by A.V. Chichinadze. Moscow, Mashinostroenie, 2003. 575 p..
