Parametry pracy adiabatycznego modelu łożyska krótkiego z panewką pływającą

Transkrypt

1 Parametry racy adiabatycnego modelu łożyska krótkiego anewką ływającą 5 ZGDNIENI EKSPOCJI MSZYN Zesyt (5) 7 EKSNDE MZUKOW Parametry racy adiabatycnego modelu łożyska krótkiego anewką ływającą Słowa klucowe Krótkie łożysko śligowe anewką ływającą obciążenie łożyska nośność filmu olejowego model adiabatycny maksymalna temeratura filmu olejowego maksymalne ciśnienie oleju mimośrodowość wględna. Key-words Sort floating ring bearing bearing load oil film force adiabatic model maximum oil film temerature maximum oil ressure eccentricity ratio. Summary Predmiotem badań jest adiabatycny model krótkiego łożyska śligowego anewką ływającą. W oracowaniu redstawiono model fiycny ora matematycny. Dokonano oisu arametrów oisującyc racę łożyska. Parametry te odielono na dwie gruy: wymiarowe i bewymiarowe. Predstawiono rykładowe carakterystyki statycne łożyska.. Wyka onaceń serokość anewki [m ] / Di wględna serokość łożyska D średnica [m] e mimośrodowość [m] obciążenie łożyska [N] nośność filmu olejowego [N] bewymiarowe obciążenie łożyska wysokość sceliny smarnej [m] i i / C i bewymiarowa wysokość sceliny smarnej M moment [Nm] ciśnienie [N/m ] bewy- Politecnika esowska Wydiał udowy Masyn i otnictwa Katedra Konstrukcji Masyn al. Powstańców Warsawy esów tel.: 67 algare@r.onet.l.

2 5. Maurkow miarowe ciśnienie romień [m] C i lu romieniowy [m]c C /C ilora luów romieniowyc temeratura [ C] bewymiarowa temeratura temeratura odniesienia [ C] x wsółrędna kartejańska w kierunku obwodowym y wsółrędna kartejańska w kierunku romieniowym wsółrędna kartejańska w kierunku osiowym i e i /C i mimośrodowość wględna e funkcja lekości dynamicnej oleju [Pas] a b lekość oleju w temerature odniesienia λ wsółcynnik rewodnictwa cielnego [W/ mdeg] µ wsółcynnik tarcia na owiercni anewki ływającej ρ gęstość właściwa [kg/m ] i C i / i lu wględny rędkość kątowa [/s] / ilora rędkości kątowej coa i anewki ływającej. Indeksy: J odnosi się do coa dla filmu olejowego wewnętrnego będie to co wirnika natomiast dla filmu olejowego ewnętrnego będie to anewka ływająca i odnosi się do filmu olejowego wewnętrnego i odnosi się do filmu olejowego ewnętrnego.. Wrowadenie Łożyska śligowe anewką ływającą (rys. ) najdują astosowanie w turbosrężarkac dużyc jednostek naędowyc (statki kutry rybackie) jak i mniejsyc jednostkac naędowyc n. w samocodac osobowyc. Łożyska te cecują się w stosunku do konstrukcji klasycnyc nastęującymi aletami: małe straty mocy duża stabilność racy dobre odrowadenie cieła łożyska. Złożoność rocesów fiycnyc acodącyc w casie racy utrudnia nacnie oblicanie łożysk. Do obliceń stosowane są try modele: iotermicny adiabatycny diatermicny. Pry tym reływ oleju może być oisany jako: jednokierunkowy (osiowy lub obwodowy) łaski (osiowy i obwodowy) lub restrenny [] [] [6]. Wływ modelu reływu cieła na rokład ciśnienia redstawiono w racy [] [8]. Stosowane metody oblicania arametrów racy łożyska stanowią najcęściej agadnienie odwrotne do adania konstrukcyjnego. W ryadku łożyska śligowego anewką ływającą dla adanego ołożenia środka anewki ływającej i adanej rędkości obrotowej anewki ływającej osukuje się arametrów m.in. takic jak: nośność maksymalne ciśnienie i temeratura filmu olejowego filmu ora rędkość obrotowa coa. Natomiast w niniejsej racy redstawiono model adiabatycny łożyska krótkiego gdie wynacanie arametrów racy jest godne adaniem konstrukcyjnym tn. dla adanego obciążenia i rędkości kątowej coa wynacane są oostałe arametry racy.

3 Parametry racy adiabatycnego modelu łożyska krótkiego anewką ływającą 5. Model fiycny i matematycny łożyska Łożysko jest obciążone siłą ewnętrną (rys. ) ryłożoną do coa łożyskowego. uc obrotowy jest rekaywany coa a ośrednictwem cynnika smarnego na anewkę ływającą. Masa anewki ływającej ostała ominięta. W budowie modelu teoretycnego ryjęto iż reływ oleju w kierunku wsółrędnej osiowej jest nacnie więksy od reływu oleju w kierunku wsółrędnej obwodowej. Udiał renosonego cieła na drode rewodenia ostał ryjęty jako omijalnie mały w stosunku do cieła renosonego na drode konwekcji. Łożyska anewką ływającą racują w warunkac tarcia łynnego. Elementami konstrukcyjnymi łożyska są: anewka stała () ora luźno wstawiona anewka rodielająca co () i anewkę stałą wana dalej anewką ływającą (). Olej do łożyska ewnętrnego i wewnętrnego jest dostarcany od ciśnieniem re otwory () najdujące się w anewce stałej i w anewce ływającej. Obwodowe rowki smarowe (5) aewniają równomierne dorowadenie oleju do scelin smarnyc (6). ys.. Łożysko śligowe anewką ływającą ig.. loating ring bearing Preływ cieła w łożysku ryjęto jako adiabatycny [] [5] [7]. Układ sił i momentów wystęującyc łożysku redstawiono na rys.. Stan równowagi sił i momentów w łożysku oisują oniżse równania: równania równowagi sił w łożysku: () y y x x

4 . Maurkow 5 gdie wyrażenia w równaniu () są odowiednio równe: d d d d d d d d n s n s π π π π n s x n s y n s x n s y J J ys.. Układ sił i momentów wystęującyc w łożysku śligowym anewką ływającą ig.. orce system and moments system wic are found in a floating ring bearing równanie równowagi momentów tarcia w łożysku: J J M M π π α α α J J d d d d ()

5 Parametry racy adiabatycnego modelu łożyska krótkiego anewką ływającą 55 gdie wyrażenia w równaniu () są odowiednio równe: α α α J J J J dla obsaru nierobocego: < < k ora < < k dla obsaru robocego: 6 k 6 k. Natomiast rokład ciśnienia i temeratury w scelinac smarnyc redstawiają oniżse równania: równania rokładu ciśnienia w scelinac smarnyc: () gdie:. równania rokładu temeratury w scelinac smarnyc: ; ; ; ; C C ()

6 . Maurkow 56 gdie wyrażenia w równaniu () są odowiednio równe: (5) ; ; 6 6 (6) C (7) C Do rowiąania równań rokładu temeratury ryjęto nastęujące warunki bregowe: k k (8) Wymiarową temeraturę oleju asilającego anewkę ( k k ) wynacamy bilansu energii w obwodowym kanałku asilającym: k k k b k b b k (9) ora bilansu mas k b b k b () Wymiarowe objętościowe wydatki olejowe [m /s] odowiednio wynosą:

7 Parametry racy adiabatycnego modelu łożyska krótkiego anewką ływającą 57 b 6 π 6 π d 6 ( b b ) d π d () gdie: boi jest to strumień oleju wyływający anewki do otocenia dla ki jest to strumień oleju wływający do anewki kanalika asilają- cego ( ) Natomiast do relicenia temeratury wymiarowej na bewymiarową stosuje się nastęującą ależność: ρ c ( < > ) ( ) k k k () ρ c ( < > ) ( ) k k k Predstawiony owyżej model łożyska oisany jest łożonym układem równań którego rowiąanie jest możliwe na drode numerycnej.. Parametry racy łożyska Parametry wiąane geometrią warunkami asilania ora warunkami racy łożyska można redstawić w dwóc ostaciac: wymiarowej lub bewymiarowej. orma wymiarowa: arametry wiąane geometrią filmu olejowego: J J romienie elementów konstrukcyjnyc w łożysku [m] serokość łożyska [m] i min C i ( i ) minimalna wysokość sceliny smarnej [m] arametry wiąane warunkami racy łożyska: obciążenie łożyska [N] rędkość obrotowa coa [/s] rędkość obrotowa anewki ływającej [/s] M t moment tarcia na owiercni anewki ływającej [Nm] max ( min ; lub min ) maksymalne ciśnienie w łożysku [Pa] max ( max lub max ) maksymalna temeratura filmu olejowego [ C] arametry wiąane właściwościami oleju asilającego łożysko: (Τ) lekość dynamicna oleju w funkcji temeratury [Pas] ρ gęstość oleju w funkcji temeratury [kg/m ] c cieło właściwe mierone ry stałym ciśnieniu [ [J/kg deg] λ wsółcynnik rewodnictwa cielnego oleju [W/m deg]

8 58. Maurkow arametry wiąane warunkami asilania: as temeratura oleju asilającego łożysko [ C] as ciśnienie oleju asilającego łożysko [Pa] orma bewymiarowa: arametry wiąane geometrią filmu olejowego: e o /C mimośrodowość wględna arametr oisujący ołożenie środka coa wględem anewki stałej /D serokość wględna łożyska i min i i bewymiarowa minimalna wysokość filmu olejowego C C /C ilora luów romieniowyc w łożysku i C i / i lu łożyskowy wględny arametry wiąane właściwościami oleju asilającego łożysko: / bewymiarowa lekość dynamicna oleju arametry wiąane warunkami asilania ρc as ( as ) bewymiarowa temeratura oleju asilającego łożysko as as bewymiarowe ciśnienie oleju asilającego łożysko arametry wiąane warunkami racy łożyska: obciążenie bewymiarowe łożyska D ( ) / ilora rędkości obrotowej coa i anewki ływającej µ M t / wsółcynnik tarcia na owiercni anewki ływającej ρc ρc max max lub max ( max ) bewy miarowa maksymalna temeratura oleju w łożysku max max ( ) lub max max bewymiarowe maksymalne ciśnienie oleju w łożysku. 5. Carakterystyki statycne łożyska W ierwsym etaie obliceń do wynacenia sukanyc arametrów racy astosowany ostał model iotermicny łożyska. W omawianej metodie rowiąania arametrami adanymi m.in. są: obciążenie łożyska () i rędkość

9 Parametry racy adiabatycnego modelu łożyska krótkiego anewką ływającą 59 obrotowa coa ( ). Natomiast arametrami wynikowymi m.in. są: rokłady ciśnienia w obu filmac smarnyc ( i ()) rędkość kątowa anewki ływającej ( ) ołożenia środków coa i anewki ływającej ( ). Pretwarając wyniki obliceń numerycnyc badania właściwości łożysk można dokonać astosowaniem carakterystyk statycnyc. Carakterystyki te mogą być redstawione w formie: wymiarowej bewymiarowej jak i miesanej. Prykład obliceniowy wynacania arametrów racy a omocą carakterystyk statycnyc redstawiono na rys. a e. Dla dwóc ryadków adanego obciążenia: 5 [N] [N] i rędkości kątowej coa [/s] oostałe arametry adane tabl.. Z wykresu (rys. a) odcytano bewymiarowe obciążenie ( ) rędkość kątową anewki ływającej ( ) ora mimośrodowość wględną wyadkową ( ). Dalse arametry wynikowe odcytano dla wynaconej wartości mimośrodowości wględnej wyadkowej wykresów (rys. b e) tn.: maksymalne ciśnienie w filmac smarnyc ( max max) minimalne wysokości scelin smarnyc ( max max) wsółcynnik tarcia na owiercni ewnętrnej anewki ływającej (µ ) kąt ołożenia linii środków anewka stała co ( ) ilora rędkości kątowyc coa i anewki ływającej /. Wyniki obliceń redstawiono w tabeli. abela. Prykład obliceniowy able. Calculation examle PMEY ZDNE OM EZWYMIOW OM WYMIOW J [m] C 66 [m] J [m] 6655 [m] 5 6 [m] [N] [N] 7 [MPa] 75 6 [ C] [ C] [/s] a( ) b( ) e a 555 b 9 a ( ) b( ) e 8 α 555 b 9 PMEY WYNIKOWE 6 7 e 6; e 7; / 76 / 68 [/s] 5 [/s] min 9 min min 67 min min - [m] min 8 - [m] min 56 [m] min 8 [m] µ 7 µ 57 M t [Nm] M t 89 [Nm] max max 6 max max max 5 [MPa] max 8 [MPa] max [MPa] max 87 [MPa]

10 6. Maurkow a) b) c)

11 Parametry racy adiabatycnego modelu łożyska krótkiego anewką ływającą 6 d) e) Onacenia do rys.: ( ) obciążenie bewymiarowe w funkcji mimośrodowości wględnej wyadkowej ( ) ilora rędkości kątowej coa i anewki ływającej w funkcji mimośrodowości wględnej wyadkowej () obciążenie bewymiarowe w funkcji obciążenia wymiarowego min min( ) minimalna bewymiarowa wysokość wewnętrnego filmu olejowego w funkcji mimośrodowości wględnej wyadkowej 5 min min( ) minimalna bewymiarowa wysokość ewnętrnego filmu olejowego w funkcji mimośrodowości wględnej wyadkowej 6 µ µ ( ) wsółcynnik tarcia na owiercni anewki ływającej w funkcji mimośrodowości wględnej wyadkowej 7 min min ( ) maksymalne bewymiarowe ciśnienie w łożysku wewnętrnym w funkcji mimośrodowości wględnej wyadkowej 8 min min ( ) maksymalne bewymiarowe ciśnienie w łożysku ewnętrnym w funkcji mimośrodowości wględnej wyadkowej 9 ( ) funkcja oisująca ołożenie linii środków: co anewka stała. ys.. Carakterystyki statycne łożyska śligowego anewką ływającą ig.. Static caracteristics of a floating ring bearing 6. Podsumowanie naliując dostęną literaturę można auważyć iż adiabatycny model łożyska krótkiego do oblicania arametrów racy łożyska śligowego anewką ływającą nie był dotyccas stosowany. Dobór arametrów geometrycnyc w istotny sosób wływa na arametry racy łożyska. Na odstawie rys. można auważyć iż dla roatrywanego ryadku wystęują nacne różnice międy maksymalnym ciśnieniem w wewnętrnym i ewnętrnym filmie olejowym wysokość minimalna filmu olejowego wewnętrnego jest więksa od minimalnej wysokości filmu olejowego ewnętrnego. Ze wrostem mimośrodowości wględnej wyadkowej maleje ilora /. Ilora rędkości kątowej coa i anewki ływającej mienia

12 6. Maurkow się w badanym akresie od wartości 9 do wartości. Ze wrostem mimośrodowości maleją oory rucu w łożysku. W obliceniac srawdającyc stosowane są modele gdie wynacane warunki racy są bliskie recywistym. W kolejnej ublikacji redstawione ostaną wyniki astosowaniem adiabatycnego modelu łożyska krótkiego. Praca włynęła do edakcji 8..6 r. iteratura [] uluscek.: Das Scwimmbücsenlager bei stationärem etrieb. Diss. EH 98. [] Clarke D.M all C. Hayden G.N. Wilkinson.S.: Steady State Model of am loating ing earing Including ermal Effects. rans. SME J. of ribolgy 99 vol. January. [] Huebner H. Kennet: ree Dimensional ermodynamic nalysis of Sector rust earings. SE rans vol [] Kaniewski W.: Warunki diatermicnego filmu smarnego. Zesyty naukowe Politecniki Łódkiej. Zesyt secjalny [5] Kameron.: eoria smaki w inżyniernom diele. Gosudarstwiennyje naucno-tecniceskoje idatielstwo masynostrojennoj literatury Moskwa 96. [6] Krause.: Exerimentelle Untersucung eines dynamisc beansructen Scwimmbücsenlagers. EH Züric 987. [7] Maurkow.: ermodynamicna teoria smarowania i statycne carakterystyki śligowego łożyska orecnego anewką ływającą. Praca doktorska Politecnika esowska 99. [8] Maurkow.: Die eurteilung der teoretiscen Modelle; des Isotermiscen des diabatiscen eines Scwimmbücsenlagers. International Conference on Comuter Integrated Manufacturing Zakoane May 99. Parameters of an adiabatic model sort floating ring bearing work Summary e subject of researc is te adiabatic model of a sort floating ring bearing. e work as resented ysics and matematical model. Parameters wic describe te work of a bearing ave been discussed. ese arameters ave been divided into two grous: dimensional and dimensionless. e work as also resented exemlary static caracteristics of a bearing.