Нестационарные течения жидкости и газа в опорах скольжения с учетом колебаний поверхностей (31.01.2011)

Автор: Завьялов Олег Геннадьевич

Завьялов Олег Геннадьевич

Нестационарные течения жидкости и газа

в опорах скольжения

с учетом колебаний поверхностей

01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Томск - 2011

Работа выполнена на кафедре гидроаэромеханики математико-механического факультета Санкт-Петербургского государственного университета

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

профессор Матвеев Сергей Константинович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Куропатенко Валентин Федорович

доктор технических наук,

профессор Алдошин Геннадий Тихонович

доктор физико-математических наук,

профессор Шрагер Геннадий Рафаилович

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН

Защита состоится « 15 » апреля 2011 г. в ____ часов на заседании совета Д 212.267.13 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Томском государственном университете по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета

Автореферат разослан « » ______________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

ст. научный сотрудник Ю.Ф. Христенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена изучению нестационарного течения вязкого слоя жидкости или газа в опорах скольжения, формирования тонкого слоя между двумя поверхностями, взаимодействия поверхностей в опорах с учетом смазочного слоя, а также динамики роторов в опорах скольжения.

Актуальность темы

Впервые работа вала в опорах скольжения с несжимаемой смазкой была исследована во второй половине XIX века в работах Н.П. Петрова, Тауэра, О.Рейнольдса. Основное уравнение для определения давления смазки в подшипнике скольжения, полученное из системы уравнений Навье-Стокса и уравнения неразрывности на основе гипотез гидродинамической теории смазки с учетом малости толщины смазочного слоя по сравнению с характерными размерами подшипника и условиями прилипания смазки на поверхностях подшипника, называется уравнением Рейнольдса.

Важный вклад в развитие гидродинамической теории смазки внесли А. Зоммерфельд, Н.Е. Жуковский, С.А. Чаплыгин, Ш. Дуффинг, А. Камерон, М.В. Коровчинский, Н.А. Слёзкин, С.М. Тарг, И.Я. Токарь, Э.Л. Позняк.

В ряде работ рассмотрено влияние сил инерции жидкости на характеристики гидродинамического слоя. Метод осреднения инерционных сил по толщине смазочного слоя, предложенный Слёзкиным Н.А. и Таргом С.М., применен в исследованиях Полецкого А.Т., Бургвица А.Г., Андрейченко К.П., Bourgin Patrick, Tichy John.

Одной из основных гипотез гидродинамической теории смазки является пренебрежимо малое изменение свойств жидкости и давления смазки по толщине масляного слоя. В основной массе подшипников скольжения в несущем слое смазки имеет место ламинарное течение.

При вращении вала в подшипнике процессы выделения теплоты вследствие вязкой диссипации и теплообмена с поверхностями подшипника приводит к большим изменениям температуры смазочной пленки. Поэтому с ростом скорости вращения ротора вязкость несжимаемой смазки снижается, в результате чего несущая способность подшипника падает. Для большинства условий работы подшипников скольжения тепловые эффекты могут быть оценены при использовании изотермической модели. При этом температура смазки принимается постоянной.

Для исследования динамики роторов в подшипниках скольжения и моделировании течения смазки в подшипнике необходимо определять значение и направление подъемной силы в подшипнике, коэффициенты матриц жесткости и демпфирования подшипника скольжения. Расчет подъемной силы возможен при решении уравнения Рейнольдса в стандартной форме. Определение коэффициентов жесткости и демпфирования (динамических коэффициентов) подшипника скольжения и решение уравнения Рейнольса методом численного интегрирования уравнений в частных производных выполнено в работах Э.Л. Позняка.

В машиностроении применяют различные виды подшипников, где конструктивные решения позволяют изменить динамические характеристики опоры и избежать нежелательных динамических явлений при работе ротора (потери устойчивости, вибраций).

В группе устойчивых в работе подшипников можно выделить категорию подшипников, где изменение динамических характеристик опоры достигается путем модификации геометрии поверхностей скольжения, введения погрешностей от идеальной цилиндрической формы, что учитывается в уравнении Рейнольдса изменением функции толщины слоя смазки. Так в качестве опор применяются подшипники с канавками различной конфигурации и размеров. Среди работ по этому направлению следует отметить работы Г.А. Завьялова, В.А. Биушкина, С.Г. Дадаева, Левиной Г.А.

Развитие гидродинамической теории смазки тесным образом связано с исследованием динамики валов в опорах скольжения, в том числе вопросов устойчивости равновесного положения или периодического движения вала. Проблеме устойчивости валов машин на масляном слое подшипников посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ. Общими вопросами исследования колебаний роторов в нашей стране занимались Д.М. Диментберг, В.В. Болотин, В.Л. Бидерман, В.А. Светлицкий, Я.Г. Пановко, А.Н. Филиппов, Д.В. Хронин, С.В. Аринчев, А.Г., Заблоцкий Н.Д., Бурков М.С., Бургвиц, Г.А. Завьялов. Согласно представлениям В. Оравски, неустойчивость вращения ротора может возникать из-за автоколебаний, которые могут вызываться жидкостной смазкой в подшипниках или трением в системе ротора.

Автоколебания и неустойчивые режимы, обусловленные наличием смазки в подшипниках скольжения, исследовались многими из цитируемых авторов. Первая работа в данном направлении принадлежала А. Стодоле (1925), который рассматривал движение вала на слое смазки, Последующие работы, посвященные динамике роторов в опорах скольжения, условно можно разделить на две группы. К первой относятся работы, в которых рассматривается движение вала на слое смазки, что позволяет более точно учитывать особенности жесткости и демпфирования смазочного слоя для подшипника конечной длины и произвольной формы. Ко второй относятся работы, в которых между двумя одинаковыми подшипниками на гибкий вал посередине насажен один диск. В силу симметрии задача аналогична первой, но необходимо учитывать дополнительные силы, вызванные упругостью вала, где один подшипник представляет собой упругую линейную опору, а второй – подшипник скольжения.

В работах первой группы исследование динамики вала в подшипнике скольжения изучалось путем прямого интегрирования уравнений движения. В работах второй группы в уравнениях движения диска заложены помимо характеристик смазки, также упругие параметры вала.


загрузка...