Гідродинамічний розрахунок короткого радіального підшипника ковзання
Значна кількість автомобільних двигунів оснащені, так званими, короткими радіальними підшипниками ковзання.
Для короткого радіального підшипника ковзання ( ), розв’язуючи рівняння Рейнольдса, враховують лише осьовий потік мастила, нехтуючи градієнтом тиску мастила у напрямі його руху по колу.
У цьому випадку визначається розподіл тиску мастила в підшипнику за наступною формулою:
, (8.33)
де .
Для чисельних розрахунків приймемо наступні параметри (тут і далі значення параметрів задано в системі СІ): , , , , , .
Алгоритм визначення величин тиску мастила в підшипнику чисельним методом на персональному комп’ютері (ПК) за програмою MathCAD наступний:
, , , , , , ,
, .
Визначаються радіальна і дотична складові рівнодійних гідродинамічних сил у підшипнику, а також вантажність підшипника, враховуючи, що на елемент вала розміром в одиницю довжини підшипника на дузі діє сила , проекція цієї сили на лінію центрів (розглядається дифузорна частина підшипника), а на вісь, перпендикулярну лінії центрів – (рисунок 8.10).
Інтегруючи наведені вище функції по у межах (зона додатних значень ), визначаємо і , і далі – по всій довжині підшипника, отримуємо радіальну ( ), дотичну ( ) складові і загальне значення вантажності підшипника ( ).
Чисельне інтегрування при визначенні (Н) дало наступні результати:
– радіальна складова, визначена чисельним інтегруванням на ПК функції (8.33) по колу і вздовж осі підшипника:
(8.34)
визначена з використанням інтегральної функції:
–при інтегруванні на ПК ,
–при використанні інтегральної функції:
(8.35)
;
; (8.36)
– дотична складова (Н), визначена чисельним інтегруванням на ПК функції (8.33) по колу і вздовж осі підшипника (знак „мінус” перед функцією тиску мастила взято тому, що на рисунку 8.10 вектори і протилежно спрямовані):
(8.37)
– дотична складова, що визначена з використанням наведеної нижче інтегральної функції, має той же чисельний результат:
, (8.38)
, ;
; .
Наведені результати свідчать про коректність отриманих інтегральних функцій для визначення радіальної і дотичної складових вантажності короткого радіального підшипника ковзання.
Загальна вантажність підшипника (Н) у нашому випадку:
. (8.39)
Гранично допустимий зазор у спряженні підшипник-вал визначається шляхом порівняння зовнішнього навантаження на шип вала і мінімально допустимої вантажності підшипника.
За наявності джерела мастила характер розподілу тиску мастила в підшипнику практично не змінюється; лише в зоні максимальних значень тиску величина його зростає на величину тиску мастила джерела. Останнє можна пояснити інтенсивним витіканням мастила через бокові зазори у короткого підшипника.
Вантажність короткого підшипника визначається в основному гідродинамічною складовою тиску мастила. У той же час короткий підшипник, який переважно використовують у автотракторних двигунах, без постійного постачання мастила в підшипник (без джерела мастила) працювати взагалі не може (висока кутова швидкість обертання вала і вузький підшипник).