Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Частично пористые газостатические опоры шпиндельных узлов. Теория и эксперимент: монография

Космынин А. В., Виноградова С. В., Виноградов В. С., Щетинин В. С., Смирнов А. В.,

4.1. Оценка достоверности теоретических данных

Комплекс экспериментов выполнен с однорядным газостатическим подшипником с пористыми шпоночными вставками. в ряду наддува располагалось шесть вставок. форма шпоночных вставок показана на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Пористая шпоночная вставка

В качестве материала для пористых вставок использовалась модифицированная древесина с коэффициентом проницаемости .

Абсолютные размеры исследуемой опоры приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

В относительных величинах основные параметры подшипника показаны в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Для представления характеристик подшипников в зависимости от безразмерного комплекса прямо пропорционального среднему радиальному зазору, в рассмотрение введен конструктивный параметр K_c, связанный с параметром питания K соотношением:

.

Эксперименты выполнены при абсолютном давлении наддува p_s= 0,4; 0,5 и 0,6 МПа, что соответствует относительному давлению , равном 1/4, 1/5 и 1/6. Испытания при неподвижном вале проведены при средних радиальных зазорах между вкладышем подшипника и валом равных 33; 44; 49; 52,5 и 62,5 мкм. Соответственно этим зазорам конструктивный параметр подшипника K_c составлял 0,46; 0,62; 0,69; 0,74 и 0,88.

Опыты при вращающемся вале выполнены при таких же давлениях наддува, что и в статических испытаниях. Максимальная частота вращения вала составляла 14000 мин^-1. При этом максимальная величина числа сжимаемости Λ достигала значение 0,063 (при  = 1/4). Эксперименты проведены на подшипнике с конструктивным параметром K_c= 0,88.

Результаты экспериментальных исследований при неподвижном вале приведены на рис. 4.1...4.6.

На рис. 4.1 показана зависимость коэффициента несущей способности C_Q (несущей способности Q) от относительного эксцентриситета ε.

Анализ нагрузочной характеристики показывает на вполне удовлетворительное качественное и количественное согласование теоретических и экспериментальных данных. Расхождение между результатами опытов и расчётов в области рабочих значений относительного эксцентриситета ε= 0,5...0,7 не превышает 1 %.

Зависимость коэффициента жёсткости смазочного слоя k_s от относительного эксцентриситета ε представлена на рис.4.2.

Представленные графики свидетельствуют, что при хорошем качественном согласовании кривых увеличивается ошибка в определении коэффициента жёсткости по сравнению с оценкой коэффициента несущей способности. Заметим, что при ε = 0,5 относительная ошибка в определении коэффициента жёсткости не превосходит 1 %, а при ε = 0,9 не более 9 %.

Рис. 4.1. Зависимость коэффициента несущей способности C_Q (несущей способности Q) от относительного эксцентриситета ε:
 - опыт,  - теория, =1/6, K_c=0,46, Λ=0

Рис.4.2. Зависимость коэффициента жёсткости k_S (жёсткости S) от относительного эксцентриситета ε:
 - опыт,  - теория, =1/6, K_c=0,46, Λ=0

На рис. 4.3 показана зависимость коэффициента несущей способности C_Q (несущей способности Q) от конструктивного параметра K_c и относительного эксцентриситета ε.

Рис.4.3. Зависимость коэффициента несущей способности C_Q  (несущей способности Q) от конструктивного параметра K_c и относительного эксцентриситета ε:
 - опыт,  -  теория, =1/5, Λ=0

Видно, что в широком диапазоне изменения K_c и ε теоретические результаты расчётов дают вполне достоверную оценку реальным значениям нагрузочным характеристикам. Детальный анализ расчётных и опытных данных показал, что при разных относительных давлениях наддува  относительная ошибка в определении C_Q не превосходит 16 %.

Зависимость  представлена на рис. 4.4. Здесь так же можно наблюдать хорошее качественное согласование теоретических и экспериментальных жесткостных характеристик при одновременном росте их рассогласования, которое в рабочем диапазоне изменения относительного эксцентриситета ε = 0,5...0,7 не превышает 24 %.

Аналогичный вывод можно сделать и по зависимостям  и , которые представлены соответственно на рис. 4.5 и 4.6.

Рис. 4.4. Зависимость коэффициента жёсткости k_s (жёсткости S)
от конструктивного параметра K_c и относительного эксцентриситета ε:
 - опыт,  - теория,  = 1/5, Λ = 0

Рис. 4.5. Зависимость коэффициента несущей способности C_Q от относительного давления наддува  и относительного эксцентриситета ε:
 - опыт,  - теория, K_c = 0,69, Λ = 0

Рис. 4.6. Зависимость коэффициента жёсткости k_s от относительного давления наддува  и относительного эксцентриситета ε:
 - опыт,  - теория K_c = 0,69, Λ = 0

Зависимость коэффициента несущей способности C_Q (несущей способности Q) от относительного эксцентриситета ε при Λ = 0,042 представлена на рис. 4.7. Сопоставление экспериментальных и теоретических данных при вращающемся вале показывает на их хорошее согласование. Относительная ошибка в определении C_Q (Q), как показали расчёты, в области рабочих значений относительного эксцентриситета не превышает 8 %, а коэффициента жёсткости смазочного слоя (рис. 4.8) - 18 %.

На рис. 4.9 и 4.10 показаны соответственно зависимости  и  при относительном давлении наддува =1/6. Установлено, что наибольшее расхождение в теоретических и экспериментальных нагрузочных характеристик не превышает 8 %, а жесткостных характеристик - 24 %.

Зависимости коэффициента несущей способности C_Q и жёсткости смазочного слоя k_s от относительного давления наддува  при частоте вращения вала n = 14000 мин^-1показаны соответственно на рис. 4.11 и 4.12.

Установлено, что максимальная относительная ошибка в оценке грузоподъёмности опоры не превышает 5 %, а жёсткости - 25 %.

Рис. 4.7. Зависимость коэффициента несущей способности C_Q (несущей способности Q) от относительного эксцентриситета ε:
 - опыт,  - теория,  = 1/6, K_c = 0,88, Λ = 0,042

Рис. 4.8. Зависимость коэффициента жёсткости k_s (жесткости S)
от относительного эксцентриситета ε:
 - опыт,  - теория,  = 1/6,  = 0,88, Λ = 0,042

Рис. 4.9. Зависимость коэффициента несущей способности C_Q
(несущей способности Q) от числа сжимаемости Λ:
 - опыт,  - теория, ε = 0,5,  = 1/6, K_c = 0,88

Рис. 4.10. Зависимость коэффициента жёсткости k_s (жесткости S)
от числа сжимаемости Λ:
 - опыт,  - теория, ε = 0,5, =1/6, K_c = 0,88

Рис.  4.11. Зависимость коэффициента несущей способности C_Q
от относительного давления наддува :
 - опыт,  - теория, ε = 0,5, K_c = 0,88

Рис. 4.12. Зависимость коэффициента жёсткости k_s
от относительного давления наддува :
 - опыт,  - теория, ε = 0,5,  = 0,88

Совокупный анализ всего комплекса выполненных экспериментов позволил сделать вывод, что при неподвижном вале относительная ошибка в теоретическом определении не превосходит 18 %, жёсткости смазочного слоя - 24 %. При вращающемся вале рассогласование данных составляет: по несущей способности опоры - 8 %, жёсткости - 25 %.