книги из ГПНТБ / Огородников, В. Б. Подшипники скольжения судовых поршневых машин

вернуть палец в исходное положение после действия большего им­ пульса. Если конструкция подшипника не обеспечивает поддержа­ ние в нагруженной зоне масляного слоя с толщиной, превышаю­

щей некоторое критическое значение (зависящее от чистоты обра­

ботки поверхностей пальца и вкладыша, их жесткости и других

параметров), то может наступить металлический контакт рабочих

поверхностей подшипника и, следовательно, их износ.

Чтобы исключить возможность контакта, необходимо каким-

либо способом достичь симметричности перемещения пальца под действием различных по величине импульсов, так как достичь ра­

венства импульсов в поршневых подшипниках компрессоров прак­ тически невозможно. Наиболее простым способом, обеспечиваю­

щим симметричное перемещение пальца, является создание усло­

вий, облегчающих вытекание смазки из зоны действия меньшего

импульса, с целью увеличения перемещения пальца под действием

этого импульса. При этом увеличивается зазор, т. е. толщина мас­

ляной пленки со стороны действия большего импульса. Скорость

истечения смазки из зоны действия меньшего импульса можно

увеличить путем уменьшения площади опорной поверхности, на

которую действует этот импульс.

Соотношение опорных площадей, воспринимающих действие импульсов ∕t и /2, а также значения минимального и максималь­ ного зазоров между пальцем и вкладышем можно рассчитать по

зависимостям и методике, рекомендованным в работе [3]-

Порядок расчета следующий:

1.Используя индикаторную диаграмму машины, строят гра­

фик зависимости усилие—время (см. рис. 1, «). Путем планиметри­

рования или интегрирования площадей, заключенных под кривы­ ми, определяют импульсы j} и J2.

2.По отношению a-J ∕J2 и λ = l d определяют длину опорных

поверхностен, воспринимающих действие меньшего импульса. Для

втулки, выполненной по схеме рис. 2, б (/), длина опорной поверх­

ности

Для втулки, выполненной по схеме рис. 2, б (//),

3. Далее находят значения коэффициентов A1 и /I2Для под-

23

щипников по схеме рис. 2, б (7) эти коэффициенты соответствен­

Для подшипников по рис. 2, б (II)

л2η(1d3 . А _ 2r↑l2d3

Ai= i÷d ’ -'= ï+d ‘

Коэффициенты подсчитывают для нескольких значений вязко­

сти смазки, соответствующих рабочим температурам в подшип­

нике.

4. Параметры C и C2 определяют по формулам

7,д

Ci =

Ai' ’

При проверочном расчете параметры Ci и C2 определяют для значения зазора б, принятого в данной конструкции подшипника. Если же в задачу расчета входит исследование подшипника с

целью выбора его. оптимальной, конструкции, то параметры. под­ считывают для нескольких значений зазора-

5. Относительные толщины масляной пленки X

]12

б

(где hi н Tz2 — зазоры в подшипнике, образуемые при действии импульса сил) находят по точкам пересечения линии C на диа­

грамме рис. 1, б для каждой пары Ci и C2.

6. Определяют абсолютные значения зазоров в подшипнике между пальцем и втулкой, возникающие при действии импульса,

∕η=χl6; ft2=x2δ.

7. Строят графики полученных величин и анализируют резуль­

Результаты расчета представлены в виде графиков зависимости

Анализ результатов расчета позволяет сделать следующие вы­ воды:

1. Значения минимальной толщины масляной пленки в подшип­ никах с равновеликими опорными поверхностями, воспринимаю­

щими больший или меньший импульсы, весьма малы (от долей микрона до 2—2,5 мкм).

24

2. Снижение вязкости смазки при увеличении температуры в

подшипнике приводит к уменьшению толщины пленки-

3- Повышение частоты вращения способствует увеличению тол­

щины пленки (очевидно, в результате усиления гидродинамичес­

кого эффекта).

4. Уменьшение опорной поверхности, воспринимающей действие

минимальной толщины пленки. Причиной малой толщины масля­

ной пленки, полученной при импульсном методе расчета, являет­

ся приближенный характер этого способа расчета, обусловленный рядом принятых допущений. Частично указанные допущения пере­ числены в § 1. На практике чаще применяют упрощенный метод

расчета по допускаемому удельному давлению, приведенный ниже.

тываемая по формуле

P p' " di ,

где P — нагрузка, действующая на подшипник, кгс; d —диаметр подшипника, см;

/—длина подшипника, см.

Взависимости от характера приложенной нагрузки величина

удельного давления делится на наибольшее и среднее удельное

давление.

Наибольшее удельное давление

где Pmax — максимальная сила, действующая на подшипник.

Для тихоходных машин

Р.ППХ - Pr .Ci=X,

где Pτ max — максимальное давление газов в цилиндре.

Для быстроходных машин

где Pln — сила инерции поршневой группы.

25

Среднее удельное давление

где Pm —среднее усилие, действующее на подшипник, опреде- ■ ленное по развернутой диаграмме усилий в зависимости

от угла поворота коленчатого вала.

Расчет подшипника сводится к определению величины удель­

ных давлений, действующих на подшипник, и сравнению получен­

ных значений с величиной допускаемых удельных давлений, реко­ мендованных справочной литературой для подшипников рассма­ триваемого типа. Для поршневых подшипников величина допус­ каемых удельных давлений, основанная главным образом на дан­

ных эксплуатации, находится в пределах 200—900 кгс/см2 для ди­

зелей (большие значения — для быстроходных машин) и в пре­

делах 150—200 кгс/см2 для компрессоровПричем для четырех­

тактных двигателей допускаемые удельные давления более высо­ кие, чем для двухтактных двигателей и компрессоров, так как в

первом случае подшипники работают с перекладкой зазора, улуч­

шающей маслоснабжение и теплоотвод в подшипнике, а во вто­ ром случае — без перекладки, что ухудшает теплоотвод и маслоснабжение-

Существующая методика расчета подшипников (по допускае­ мым значениям удельных давлений) весьма неточна и может быть

использована лишь для косвенной оценки напряженности подшип­ никового узла, в первую очередь, с позиции теплоотвода и его жесткости.

Дело в том, что процессы формирования смазочной пленки,

распределения гидродинамических давлений, циркуляции масла и

другие явления, происходящие в подшипнике и определяющие в

конечном счете его несущую способность, зависят не только от величины удельного давления, но и от ряда других факторов, та­

ких как длительность действия нагрузки, вязкость смазки, зазор

в подшипнике, влияние которых не учитывается в методике расче­ та подшипников по допускаемым удельным давлениям.

В настоящее время еще не предложена методика расчета порш­ невых подшипников, основанная на анализе сущности процессов,

происходящих в подшипнике, так как постановка экспериментов по изучению этих процессов и их теоретическое исследование со­

пряжены со значительными трудностями.

§ 5. Цель исследования

Общая тенденция к увеличению мощности новых машин влечет

за собой повышение нагрузок и скоростей во всех узлах машины,

в том числе и в подшипниках.

Как указывалось, поршневые подшипники, во многом опреде­

ляющие работоспособность всей машины, в настоящее время отно-

.26

сятся к категории малоисследованных. Однако современные требо­

вания высокой надежности и долговечности машин ставят перед

конструкторами задачу непрерывного поиска путей повышения ра­

ботоспособности подшипников. В результате поисков появилось

большое разнообразие конструкций подшипников, работающих

практически в одинаковых режимных условиях (см. § 2). Причем

отличие каждой новой конструкции от ранее применяемой продик­

тованожеланием повысить несущую способность подшипника.

К сожалению, в результате отсутствия необходимых рекомен­

даций, основанных на всесторонних исследованиях, новая кон­

струкция подшипников применяется без достаточных обосновании,

исходя из известных общих положений. Общие же положения при­

менимы в определенных границах, которые должны быть опреде­

лены с учетом конкретных условий работы подшипника.

Цель настоящего исследования — получить достаточно полную

картину фактических условий работы поршневых подшипников,

главным образом состояния и формы смазочного слоя. Накопление

опытных материалов о физических процессах, проходящих в сма­ зочном слое, позволит создать уточненную методику расчета иссле­ дуемых подшипников и разработать рекомендации по проектиро­

ванию работоспособных конструкций опор скольжения для порш­

невых судовых машин.

В качестве объектов исследований выбраны модели подшипни­

ГЛ.ЛВА Il

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПОРШНЕВЫХ подшипников

§6. Стенд для исследования моделей подшипников

иметодика проведения опытов

Исследование модели подшипника проводилось на стенде с

возвратно-качательным движением опытного вала, для привода

которого был разработан и изготовлен специальный кривошипно­ шатунный механизм. Были разработаны также варианты динами­

ческого нагружающего устройства (гидравлического и механиче­

ского), позволяющие создать нагрузку па опытный подшипник,

27

имитирующую индикаторную диаграмму нагружения подшипников

поршневых машин.

Общая схема стенда с гидравлическим вариантом нагружателя приведена на рис. 7. Исследуемый подшипник 5 расположен на

экспериментальном валу 7 посредине между опорными подшип*

никами 8.

Экспериментальному валу сообщается качательное движение посредством коромысла 4 и кривошипа 14 от вала 15. Вал опи*

Рис. 8. Геометрические параметры опытного модельного подшипника.

щать экспериментальный вал вдоль оси на 100 мм с целью замера

толщины масляной пленки и гидродинамических давлений в сма­

зочном слое в различных сечениях подшипника. Импульсы от дат­ чиков для записи толщины масляной пленки и гидродинамических давлений передаются через токосъемник 9 на усилители 12, а за­

тем — на шлейфный осциллограф 13.

Основным объектом исследования является 360-градусный под­

шипник скольжения, основные геометрические параметры которо­

го приведены на рис. 8. Для замера расхода смазки через различ­

ные зоны торцов подшипника к торцам прикреплены специальные устройства (рис. 9). Конструкция устройства такова, что масло из

подшипника поступает в каждую камеру только с определенного

29-

ограниченного участка торца подшипникаДля расширения диа­

пазона контролируемых участков торцов корпус подшипника мо­

жет быть повернут вокруг продольной оси на ±9° по отношению

к линии действия нагрузки. Слив масла из камер производят че­

рез специальные штуцеры и полиэтиленовые трубки в мерные со­ суды. Температура вытекающего из подшипника масла замеряет­ ся при помощи термометров, установленных на трубках в непо­ средственной близости от штуцеров. Масло :— марки 30 (турбин­

ное УТ).

Рис. 9. Устройства для замера расхода смазки через различные зо­ ны подшипников.

Измерение температуры в различных зонах рабочей поверхно­

сти подшипника производится хромель-копелевыми термопарами.

Чистота обработки рабочей поверхности подшипника V7—Ѵ8. Контрольно-измерительная аппаратура стенда позволяет фик­

сировать следующие параметры:

—толщину масляной пленки в подшипнике — путем записи на осциллограмму при помощи емкостных датчиков E (рис. 10),

вмонтированных в экспериментальный вал;

—гидродинамическое давление в масляном слое — путем за­

писи на осциллограмму при помощи вмонтированных в вал пьезо­

датчиков давления Д с рабочими пластинками из титаната бария;

—расход масла из различных зон торцевой поверхности под­

шипников — при помощи специальных разделительных устройств

имерных сосудов (в количестве 40 штук — по числу камер);

—температуру масла, поступающего в подшипник и выходя­

щего из него, замеряемую ртутными термометрами;

—температуру в исследуемом подшипнике — при помощи хро-

мель-копелевых термопар, заделанных в различных зонах вклады­ шей;

—давление масла на входе в подшипник — манометрами с

диапазоном измерения 0—5 кгс/см2.

Методика измерения гидродинамических давлений при помощи датчиков с рабочими пластинками из титаната бария дана в рабо-

30