Гидродинамическая теория смазки

НАМИ

ОТДЕЛ ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ

ЛАБОРАТОРИЯ

РЕФЕРАТ

ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ СМАЗКИ

и ее возможности для расчета и анализа

РАБОТЫ ПОДШИПНИКОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННГО СГОРАНИЯ

Старший научный сотрудник КАЛАЧЕВ Л.Д.

МОСКВА

1990

- 1 -

АННОТАЦИЯ

Хорошо известно, что расчет подшипников на основе тради-

ционной методики определения средних и максимальных удельных

давлений, определяемых по удельному давлению приходящемуся

на площадь проекции вкладыша, очень груб. Однако до настоя-

щего времени этот способ очень широко распространен по двум

причинам: во-первых, метод очень прост и, во-вторых, колос-

сальное количество расчетов выполненных этим методом дает

хорошую статистику для оценки работы вновь создаваемых под-

шипников.

Между тем, поскольку подшипники работают в условиях жид-

костной смазки, недостатки этого метода поняты очень давно.

Вывод собственно уравнений гидродинамической смазки относит-

ся к прошлому веку (ПЕТРОВ Н.Н. 1883 год). Одна из первых

попыток применить гидродинамическую теорию к расчету подшип-

ников д.в.с. относится к 1937 году (Орлов П.И.).

В настоящее временя более прогрессивный метод гидродина-

мического расчета уже нашел широкое применения во многих об-

ластях машиностроения (применительно к подшипникам), в том

числе и применительно к подшипникам ДВС. Этот метод имеет

широкое применение в зарубежных фирмах.

Однако, до настоящего времени в НАМИ не делалось серьез-

ных попыток применение этого метода при проектировании под-

шипников ДВС и при анализе их работы.

Настоящий реферат содержит краткое изложение гидродина-

мической теории смазки, методики использования уравнений

этой теории и результаты расчетов применительно к шатунному

подшипнику автомобильного двигателя.

---

Из изложенного далее следует, что расчет подшипников на

основании гидродинамической теории смазки раскрывает многие

стороны работы подшипников, недоступные расчету на основе

средних удельных нагрузок.

Основной вывод, который следует из приведенного материа-

ла состоит в том, что

ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПОДШИПНИКОВ АВТОМО-

БИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ИХ РАСЧЕТ НЕОХОДИМО ВЕСТИ МЕТОДОМ

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ СМАЗКИ.

бильных двигателей

- 2 -

СОДЕРЖАНИЕ стр.

1. ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ СМАЗКИ 3

1.1 ГЕОМЕТРИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА 3

1.2 УРАВНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ СМАЗКИ 4

1.3 ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ 5

1.4 РАСЧЕТНОЕ ПОЛЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА 6

1.5 ПРИМЕР РАСЧЕТА ПОЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ 6

1.6 ВЛИЯНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ФАКТОРОВ 7

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДШИПНИКА В ЦЕЛОМ 9

2.1 КАСАТЕЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ. СИЛА ТРЕНИЯ 9

2.2 НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОДШИПНИКА 10

2.3 МОМЕНТ и МОЩНОСТЬ ТРЕНИЯ 11

2.4 РАСХОД МАСЛА 11

2.5 НАГРЕВ МАСЛА 13

3. ДВИЖЕНИЕ ЦЕНТРА ПОДШИПНИКА 14

3.1 УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ 14

3.2 МАССА ПОДВИЖНОГО ЭЛЕМЕНТА 14

3.3 РЕАКЦИЯ МАСЛЯНОГО СЛОЯ. ВНУТРЕННЯЯ СИЛА 15

3.4 ВНЕШНЯЯ НАГРУЗКА 15

3.5 ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ 16

4. КОНТАКТ ПОВЕРХНОСТЕЙ. СУХОЕ ТРЕНИЕ 17

4.1 ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ при контакте 17

4.2 КОНТАКТНЫЕ УСИЛИЯ в точке касания 18

4.3 ПРИМЕР РАСЧЕТА СМАЗКИ 18

4.4 КОНТАКТНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ. 19

4.5 РАБОТА СУХОГО ТРЕНИЯ 20

5. ДЕФЕКТЫ ПОВЕРХНОСТИ 21

5.1 ВИДЫ ДЕФЕКТОВ 21

5.2 НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ при наличии ДЕФЕКТА 21

5.3 НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ при наличии ПЕРЕКОСА 22

6. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ 23

7. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ПОДШИПНИКА 24

7.1 СУММАРНАЫЕ ПОТЕРИ ТРЕНИЯ 24

7.2 ИТОГОВЫЕ ТАБЛИЦЫ РАСЧЕТА 24

7.3 ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ НА ПОТЕРИ ТРЕНИЯ 25

ВЫВОДЫ 26

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 26

- 3 -

1. ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ СМАЗКИ

1.1 ГЕОМЕТРИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА

1.1.1 Схема пары цилиндрического подшипника дана на рис.1.1.1

Плоскость рисунка назовем ПЛОСКОСТЬЮ ВРАЩЕНИЯ. В качест-

ве неподвижного элемента выбран шип (или шатунная шейка ко-

ленчатого вала). С этим элементом связана неподвижная систе-

ма координат. За подвижный, вращающийся элемент принята

втулка подшипника или вкладыш.

Подвижный элемент - втулка подшипника вращается против

часовой стрелки с угловой скоростью W, вектор угловой ско-

рости направлен перпендикулярно плоскости чертежа. Отсчет

углов поворота проводится по направлению вращения (против

часовой стрелкии) и начинается от горизонтальной оси -Х.

Втулка может смещаеться относительно шипа в пределах до-

пустимого зазора. Величина радиального