Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

СРАВНЕНИЕ ЧИСЛЕННОЙ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ МЕТОДИК РАСЧЕТА ОПОРНОГО ПОДШИПНИКА С ВНЕШНИМ НАДДУВОМ ГАЗА

Логинов В.Н. 1 Космынин А.В. 1 Широкова З.В. 1 Медведовская Ю.В. 1
1 Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Приведены результаты расчетов эксплуатационных характеристик опорного бесконтактного частично пористого подшипника с внешним наддувом газа. Расчеты поля давления в зазоре подшипника и основ-ных интегральных характеристик выполнены в рамках численной и аналитической методик, развитых в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете. Теоретические исследования проведены при работе опоры в режиме подвеса и в гибридном режиме работы. Сравнение эксплуатаци-онных характеристик различных видов газовых опор с пористыми ограничителями расхода проведено в широком диапазоне изменения параметров моделей: относительного эксцентриситета, конструктивного параметра, относительного давления наддува, числа сжимаемости. Расчетные зависимости сравнивались между собой и сопоставлялись с экспериментальными данными. Установлено, что теоретические зависимости, определенные как в рамках аналитической, так и на основе численной методики, вполне удовлетворительно для инженерной практики согласуются с результатами экспериментальных исследо-ваний и между собой.
число сжимаемости.
конструктивный параметр
несущая способность
газовая смазка
газовый подшипник
пористая среда
1. Космынин А.В., Щетинин В.С. Эксплуатационные показатели высокоскоростных шпин-дельных узлов металлообрабатывающего оборудования с газомагнитными опорами // Успе-хи современного естествознания. – 2009. – № 11. – С. 69-70.
2. Космынин А.В., Щетинин В.С., Иванова Н.А., Хвостиков А.С., Блинков С.С. Стенд для исследования выходных характеристик шпиндельного узла на газомагнитных опорах // СТИН. – 2010. – № 5. – С. 8-10.
3. Космынин А.В., Шаломов В.И., Суходоев И.Г., Виноградов С.В. О результатах экспери-ментальной проверки расчётных характеристик высокоскоростных шпиндельных узлов ме-таллорежущих станков с частично пористыми газостатическими опорами // Фундаменталь-ные исследования. – 2009. – № 1. – С. 32-33.
4. Космынин А.В., Чернобай С.П., Виноградов С.В. Расчет частично пористых газовых под-шипников высокоскоростных шпиндельных узлов // Автоматизация и современные технологии. – 2008. – № 10. – С. 8-12.
5. Космынин А.В., Шаломов В.И. Аэростатические шпиндельные опоры с частично пори-стой стенкой вкладыша // Современные проблемы науки и образования. – 2006. – № 2. – С. 69-69.
6. Космынин А.В., Щетинин В.С. Расчет несущей способности газомагнитных опор высоко-скоростных шпиндельных узлов // СТИН. – 2010. – № 9. – С. 6-8.
7. Космынин А.В., Щетинин В.С., Иванова Н.А. Методика расчета несущей способности газомагнитного подшипника высокоскоростного шпиндельного узла // Вестник Самарского ГТУ. – 2010. – № 4. – C. 226-229.
8. Логинов В.Н., Космынин А.В., Широкова З.В. Аналитическое решение задачи определе-ния характеристик цилиндрического газового подшипника // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 5. – С. 121-121.
9. Логинов В.Н., Космынин А.В., Широкова З.В., Медведовская Ю.В. Математическая мо-дель опорного газового подшипника, работающего в гибридном режиме // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6. – C. 79-79.
10. Щетинин В.С., Космынин А.В. Математическая модель расчета несущей способности высокоскоростного шпиндельного узла на газомагнитной опоре // Трение и смазка в маши-нах и механизмах. – 2010. – № 8. – С. 31-35.

Практика экспериментальных исследований опор на газовой смазке [1; 2] показывает на значительные материальные и, как следствие, финансовые затраты на их подготовку и проведение, что заметно ограничивает круг проведения опытов в широком диапазоне изменения конструктивных параметров подшипников. В связи с этим существенно возрастает роль теоретических исследований, базирующихся на разработке корректных, научно обоснованных методик расчета. Методики, основанные на использовании численных методов, дают вполне удовлетворительную для инженерной практики точность расчетов, что подтверждается их хорошим согласованием с опытными данными [3-7; 10]. Из-за необходимости принятия дополнительных допущений относительно течения газа в зазоре опоры аналитические методики достаточной точностью не отличаются. Тем не менее в работах [8; 9] представлены аналитические методики определения интегральных характеристик газового подшипника, работающего в режиме подвеса и в гибридном режиме, расчет по которым на основе сопоставления с опытными данными показал весьма обнадеживающие результаты.

В настоящей работе приведено сравнение характеристик частично пористого газостатического подшипника, рассчитанных на использовании развитых в КнАГТУ численной [4] и аналитической [8; 9] методик. При этом там, где это возможно, теоретические характеристики сопоставляются с экспериментальными данными, полученными на испытательных стендах КнАГТУ.

Конструкция частично пористого подшипника с внешним наддувом газа приведена на рис. 1.

Исследованию подвергнуты двухрядные подшипники с шестью цилиндрическими пористыми вставками в каждом ряду наддува. Сравнение математических моделей проводилось по основной интегральной характеристике – коэффициенту несущей способности опоры , где – радиус вала, – длина подшипника, – атмосферное давление, – абсолютное давление наддува, – несущая способность, , .

После перехода к безразмерным величинам получаем, что коэффициент несущей способности является функцией шести основных параметров:

,

где – относительное давление наддува, – относительный эксцентриситет, – средний зазор, – удлинение подшипника, – диаметр вала, – относительная раздвижка линий наддува, – конструктивный параметр, – высота вставок, – коэффициент проницаемости, – число сжимаемости, – угловая скорость вращения вала, – коэффициент вязкости.

Зависимость коэффициента несущей способности подшипника от относительного эксцентриситета при неподвижном вале () показана на рис. 2а; а при вращающемся вале () – на рис. 2б. Значения остальных параметров: , , , .

Видно, что при хорошем согласовании расчетных зависимостей с экспериментальными данными аналитическая модель обладает несколько большей точностью.

Зависимость коэффициента несущей способности подшипника от относительного эксцентриситета и конструктивного параметра при неподвижном вале представлена на рис. 3 (, , ). Красным цветом изображены теоретические зависимости, полученные при относительном эксцентриситете , зеленым – , синим – .

Из представленных графиков видно хорошее качественное и количественное согласование расчетов нагрузочных характеристик. Максимальное расхождение между значениями не превосходит 8%, что косвенно подтверждает адекватность аналитической модели.

Зависимость коэффициента несущей способности подшипника , работающего в гибридном режиме (при вращающемся вале), от относительного давления наддува и числа сжимаемости приведена на рис. 4, на котором красным цветом изображены теоретические зависимости и экспериментальные точки, полученные при относительном давлении , зеленым – , синим – . Расчеты выполнены при: , и .

Анализ представленных характеристик показывает на тенденцию роста погрешности с ростом числа сжимаемости . Вместе с этим относительная разность между значениями коэффициента несущей способности по-прежнему не превосходит 8%.

В целом сравнение эксплуатационных характеристик различных видов газовых опор с пористыми ограничителями расхода в широком диапазоне изменения режимных и конструктивных параметров, рассчитанных с помощью численной и аналитической методик, показало на их вполне удовлетворительное качественное и количественное согласование.

Рецензенты:

Феоктистов С.И., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Технология самолетостроения» ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет», г. Комсомольск-на-Амуре.

Биленко С.В., д.т.н., доцент, зав. кафедрой «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет», г. Комсомольск-на-Амуре.


Библиографическая ссылка

Логинов В.Н., Космынин А.В., Широкова З.В., Медведовская Ю.В. СРАВНЕНИЕ ЧИСЛЕННОЙ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ МЕТОДИК РАСЧЕТА ОПОРНОГО ПОДШИПНИКА С ВНЕШНИМ НАДДУВОМ ГАЗА // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=8813 (дата обращения: 23.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252