Моделирование и оценка теплового состояния сложнонагруженных трибосопряжений

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.

Ключевые слова

опора жидкостного трения; обобщенное уравнение энергии; уравнения с частными производными; краевые задачи.

Литература

1. Прокопьев, В.Н. Термогидродинамическая задача смазки сложнонагруженных опор скольжения неньютоновскими жидкостями / В.Н. Прокопьев, В.Г. Караваев // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. - 2003. - № 1 (17). - С. 55-66.
2. Рождественский, Ю.В. Решение задач оптимизации трибосопряжений поршневых и роторных машин с использованием алгоритма сохранения массы / Ю.В. Рождественский, К.В. Гаврилов, А.А. Дойкин, М.А. Макарихин // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2011. - № 8. - С. 38-43.
3. Задорожная, Е.А. Расчет сложнонагруженных трибосопряжений высокофорсированного дизеля / Е.А. Задорожная, И.Г. Леванов, С.А. Пырьев // Вестник машиностроения. - 2013. - № 12. - С. 42-47.
4. Прокопьев, В.Н. Многосеточные алгоритмы интегрирования уравнения Рейнольдса в задачах динамики сложнонагруженных подшипников скольжения/ В.Н. Прокопьев, А.К. Бояршинова, Е.А. Задорожная // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2005. - № 5. - С. 16-21.
5. Леванов, И.Г. Методика расчета гидромеханических характеристик сложнонагруженных подшипников скольжения поршневых и роторных машин, смазываемых неньютоновскими маслами / И.Г. Леванов // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. - 2011. - № 31 (258). - С. 34-43.
6. Задорожная, Е.А. Особенности моделирования трибосопряжений поршневых и роторных машин с учетом свойств смазочного материала // Е.А. Задорожная / Известия Самарского научного центра РАН. Механика и машиностроение. - 2011. - Т. 13, № 4 (3). - С. 733-738.
7. Маленко, П.И. Температурные поля и эксплуатационные свойства пар трения скольжения со смазочным материалом / П.И. Маленко, В.К. Зеленко, Д.М. Левин. Под ред. Ю.Н. Дроздова. - М.: Машиностроение. - 2011. - 239 с.
8. Zhang, C. TEHD Behavior of Non- Newtonian Dynamically Loadet Journal Bearings in Mixed Lubrication for Direct Problem / С. Zhang // ASME Journal of Tribology. - 2002. - V. 124. - P. 178-185.
9. Роуч, П. Вычислительная гидродинамика / П. Роуч. - М.: Мир, 1980. - 618 с.
10. Douglas, J. On the numerical solution of heat conduction problems in two and three space variables / J. Douglas, H. H. Rachford // Trans. Amer. Math. Soc. - 1956. - V. 82. - P. 421-439.
11. Gao, Ch. A general formulation of Peaceman and Richford ADI method for the N-dimensional heat diffusion equation. / Ch. Gao, Y. Wang // Int. Comm. Heat Mass Transfer. - 1996. - V. 23. - № 6. - P. 845-854.
12. Самарский, А.А. Теория разностных схем / А.А. Самарский. - М.: Наука, 1977. - 653 с.
13. Захаров, С.М. Моделирование работы трибосистемы 'коленчатый вал-подшипники - опоры блока цилиндров' двигателей внутреннего сгорания/ С.М. Захаров, В.И. Сиротенко, И.А. Жаров // Трение и износ. - 1995. - Т. 16. - № 1. - С. 47-54.
14. Чичинадзе, А.В. Трение, износ и смазка: Трибология и триботехника / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун и др.; Под общ.ред. А.В. Чичинадзе// М.: Машиностроение, 2003. - 575 с.