Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

COMPARISON OF NUMERICAL AND ANALYTICAL METHODS CALCULATION OF CHARACTERISTICS SUPPORT BEARING WITH EXTERNAL PRESSURIZATION GAS

Loginov V.N. 1 Kosmynin A.V. 1 Shirokova Z.V. 1 Medvedovskaya Yu.V. 1
1 Komsomolsk-na-Amure state technical university
Приведены результаты расчетов эксплуатационных характеристик опорного бесконтактного частично пористого подшипника с внешним наддувом газа. Расчеты поля давления в зазоре подшипника и основ-ных интегральных характеристик выполнены в рамках численной и аналитической методик, развитых в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете. Теоретические исследования проведены при работе опоры в режиме подвеса и в гибридном режиме работы. Сравнение эксплуатаци-онных характеристик различных видов газовых опор с пористыми ограничителями расхода проведено в широком диапазоне изменения параметров моделей: относительного эксцентриситета, конструктивного параметра, относительного давления наддува, числа сжимаемости. Расчетные зависимости сравнивались между собой и сопоставлялись с экспериментальными данными. Установлено, что теоретические зависимости, определенные как в рамках аналитической, так и на основе численной методики, вполне удовлетворительно для инженерной практики согласуются с результатами экспериментальных исследо-ваний и между собой.
The calculation results of the performance of the reference contact partially porous bearing with external pres-surization gas. Calculation of the pressure field in the gap of the bearing and the main integral characteristics performed in the framework of the numerical and analytical techniques developed in Komsomolsk-na-Amure State Technical University. Theoretical studies were carried out at work bearing in suspension mode and in a hybrid mode. A comparison of the performance of different types of gas bearings with porous flow reducers conducted in a wide range of model parameters: the relative eccentricity, the structural parameter, the relative boost pressure, number of compressibility. Calculated dependences were compared with each other and compared with experimental data. Found that the theoretical curves are defined as in the analytical and numerical methods based entirely satisfactory for engineering practice in agreement with experimental results and with each other.
number of compressibility.
structural parameter
bearing ability
the gas greasing
the gas bearing
the porous environment

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.