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.

 1

Рис. 4.1. Пористая шпоночная вставка

В качестве материала для пористых вставок использовалась модифицированная древесина с коэффициентом проницаемости 1.

Абсолютные размеры исследуемой опоры приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Наименование параметра

Обозначение

Значение

Длина подшипника

Диаметр подшипника

Длина вставки

Ширина вставки

Высота вставки

Количество вставок

L

D

a

δ

N

60 мм

50 мм

40 мм

6 мм

7,5 мм

6

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

Таблица 4.2

Наименование параметра

Формула

Значение

Удлинение подшипника

Относительная длина вставки

Относительная ширина вставки

1

1

1

1,2

0,6667

0,15

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

1.

Эксперименты выполнены при абсолютном давлении наддува ps= 0,4; 0,5 и 0,6 МПа, что соответствует относительному давлению 1, 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 Kc 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 = 1/4). Эксперименты проведены на подшипнике с конструктивным параметром Kc= 0,88.

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

На рис. 4.1 показана зависимость коэффициента несущей способности CQ (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 ks 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 %.

 1

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

1

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

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

1

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

Видно, что в широком диапазоне изменения Kc 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 1 относительная ошибка в определении CQ не превосходит 16 %.

Зависимость 1 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 1 и 1, которые представлены соответственно на рис. 4.5 и 4.6.

1

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

 1

Рис. 4.5. Зависимость коэффициента несущей способности CQ от относительного давления наддува 1 и относительного эксцентриситета ε:
1 - опыт, 1 - теория, Kc = 0,69, Λ = 0

1

Рис. 4.6. Зависимость коэффициента жёсткости ks от относительного давления наддува 1 и относительного эксцентриситета ε:
1 - опыт, 1 - теория Kc = 0,69, Λ = 0

Зависимость коэффициента несущей способности CQ (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 CQ (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 2 и 2 при относительном давлении наддува 1=1/6. Установлено, что наибольшее расхождение в теоретических и экспериментальных нагрузочных характеристик не превышает 8 %, а жесткостных характеристик - 24 %.

Зависимости коэффициента несущей способности CQ и жёсткости смазочного слоя ks от относительного давления наддува 1 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 %.

1

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

1

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

2

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

1

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

1

Рис.  4.11. Зависимость коэффициента несущей способности CQ
от относительного давления наддува 1:
1 - опыт, 1 - теория, ε = 0,5, Kc = 0,88

1

Рис. 4.12. Зависимость коэффициента жёсткости ks
от относительного давления наддува 1:
1 - опыт, 1 - 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 %.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074