Метод расчета потерь мощности на трение в подшипниках скольжения шестеренного насоса Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621. 438

МЕТОД РАСЧЕТА ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ НА ТРЕНИЕ В ПОДШИПНИКАХ СКОЛЬЖЕНИЯ ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА

Е.И. СТАНЮК, И.А. ВЕРЕНИЧ

Белорусский национальный технический университет, г. Минск

Для опорных подшипников считают, что масло заполняет зазор между двумя цилиндрическими поверхностями целиком, а участки масляной пленки имеют одну и ту же среднюю температуру [1 - 3].

При низком давлении масляная плёнка рвётся, и её дальнейшее течение происходит в виде отдельных струй или в виде масляной пены. При низкой температуре гидродинамика масла существенно отличается от картины течения вязкой жидкости в тонком слое. Кроме того, температурные режимы в различных зонах зазора отличаются друг от друга.

Расчётная схема подшипника насоса принимается в следующем виде [1]. Зазор между шейкой вала и подшипником разбивается на 5 зон (рис. 1).

1. Рабочая зона с угловой протяжённостью фь.. ф2*.

2. Зона кавитационного течения после обрыва плёнки (участок ф2*.. .ф2).

3. Карман (холодильник) с угловой протяжённостью ф2.ф3.

4. Нерабочая зона с угловой протяжённостью ф3.ф4.

5. Карман (холодильник) с угловой протяжённостью ф4.ф5.

В первой зоне потери вычисляются по формуле [1]:

Рис. 1. Зоны трения в подшипнике

(1)

где 2* - средняя вязкость в зоне ^>1...^2*; Ь - длина подшипника; U - окружная скорость; 5= 1 - - в) - безразмерная величина масляной плёнки (отнесена к

радиальному зазору); щ - относительный зазор; %- относительный эксцентриситет; в -угол нагрузки; F - нагрузка на подшипник.

Условие балансов расхода имеет вид [1]:

Н = Ья *, (2)

где Н - суммарная ширина струек; 5 - толщина плёнки в соответствующем сечении струйки; 5* - толщина плёнки в точке обрыва.

Из (2) следует, что

*

5

Н = — Ь. (3)

5

С учётом (3) для потерь N2*-2 получим:

= 5 ]■ * (4)

щ О 52

2

В формуле (4) предполагалось, что давление масла на подводе в подшипник мало (обычно рвх = ратм ~ 0,1 МПа). Поэтому влияние участков зазоров, целиком заполненных маслом, не учитывалось.

При определении мощности N3-4 при низких скоростях принимаем, что силы трения в

зоне подчиняются тем же закономерностям, что и в зоне 02*---02. При высоких

скоростях струйный характер течения нарушается, и соответствующая часть зазора заполнена масляной пеной.

Формула для N3-4 запишется в виде:

ЛТ ^3-4ьи2 ° йу

NЪ_A = -----5 Оз) I -=г. (5)

Щ Оз 52

Потери в холодильниках обусловлены тем, что вращающийся вал под действием сил жидкостного трения захватывает поступающее в канал масло и приводит его в движение. Оценка потерь в расширенной части зазора осуществляется по формуле:

N = 0,93^7 , (6)

где Ь - ширина пограничного слоя; Яёс - число Рейнольдса, определяемое по формуле:

Яёс = —. (7)

V

Здесь V = ц/р - кинематическая вязкость масла; С = 0,5 - длина пограничного слоя.

Где Р= <р3- о = 05 - О4 - угловая протяжённость кармана; й - диаметр шейки вала.

При ширине пограничного слоя равной длине подшипника (Ь = Ь), имеем:

N2-3 = N4-5 = 0,93^/2Ьд/Яё^ . (8)

На основании математической модели получены результаты определения потерь мощности на трение в подшипнике скольжения насоса НШ-32 при работе на различных рабочих жидкостях.

Расчётные значения потерь мощности представлены на рис. 2.

1,50

Вт

0,90

N 103 0,60

0,30

■ -масло ИПГ-20 • "масло АМГ-10 ^ -масло ТМ-4-18 А -“масло ТМ-2-34

I

.У

П

,Х !

X,

X- ж

*

ж

ж

--■-А

1,33

2,66

4,00

5,33 -> п 103

об/мин

8,00

Рис. 2. Зависимость потерь мощности на трение от частоты вращения вала для различных масел

Анализ расчетов показал, что полученные данные достаточно точно совпадают с

литературными данными [4 - 9].

Литература

1. Подольский М.Е., Черенкова С.В., Ивлев В.К. Полуэмпирический метод расчёта потерь мощности на трение в гидродинамических опорах подшипников. Турбины и компрессоры. - 1998. - № 2-3. - С. 31-33.

2. Шавель В.В., Юркевич О.Р., Венедиктов В.А. Влияние полимерных покрытий на триботехнические характеристики опор скольжения //Трение и износ. - 1991. -Т. 12. -№ 6. - С. 1028-1031.

3. Рапопорт Л.С., Сазонова Н.С., Агафий В.И. Исследование влияния некоторых синтетических смазочных жидкостей на триботехнические характеристики контактируемых поверхностей //Трение и износ. - Т. 11. - № 4. - С. 643-650.

4. Справочник по триботехнике /Под общей ред. М. Хебды, А.В. Чичинадзе: В 3-х томах. Т. 1: Теоретические основы. - М.: Машиностроение, 1989. -400 с.

5. Справочник по триботехнике /Под общей ред. М. Хебды, А.В. Чичинадзе: В 3-х томах. Т. 2: Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения. - М.: Машиностроение, 1989. - 416 с.

6. Станюк Е.И., Веренич И.А. Аналитическая оценка влияния свойств рабочих жидкостей на энергосбережение в гидроприводах: Материалы 54-ой НТК: В 10 т. - Мн.: БГПА, 2000. -Ч. 4. - С. 75.

7. Сухоницкий Д.Г., Веренич И.А. Исследование влияния толщины слоя смазки на величину износа подшипников скольжения в элементах гидропривода и определение необходимого уровня её фильтрации: Материалы 54-ой НТК: В 10 т. - Мн.: БГПА, 2000. - Ч. 4. - С. 68.

8. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справ. изд. /К.М. Бадыштова, Я.А. Берштадт, Ш.К. Богданов и др.; Под ред. В.М. Школьникова. - М.: Химия, 1989. -432 с.

9. Фройштетер Г.Б., Трилиский К.К., Ищук Ю.Л. Реологические и теплофизические свойства пластичных смазок. - М.: Химия, 1980. - 175 с.

Получено 11.10.2002 г.

0