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.