Аналитически-экспериментальное определение температурного коэффициента режима ЭГД-смазки

УДК 621.89

Жиркин Ю.В., Пузик Е.А.

АНАЛИТИЧЕСКИ-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА РЕЖИМА ЭГД-СМАЗКИ

Аннотация. Статья посвящена изучению явления термоэффекта входной зоны. В статье приводятся зависимости, позволяющие использовать температуру смазочного материала, входящего в зону контакта, для определения температурного коэффициента и толщины смазочного слоя, разделяющего трущиеся поверхности при работе подшипников качения. Знание фактического значения толщины смазочного слоя на контакте весьма значимо для проведения анализа работоспособности подшипников качения.

Ключевые слова: эластогидродинамическая смазка в подшипниках качения, термоэффект входной зоны, температурный коэффициент.

Zhirkin Y.V., Puzik E.A.

ANALYTICALLY AND EXPERIMENTAL METHOD USED FOR DEFINITION THE TEMPERATURE COEFFICIENT OF THE ELASTO-HYDRODYNAMIC LUBRICATION

Abstract.This article devoted to the thermoeffect of the entrance zone. It is describe a method for calculation the temperature of a lubricant, which enter to the zone of contact, for determination the temperature coefficient, and a method for calculation thickness of the lubricating layer, which separate the friction surface. The actual value of the lubricating layer in the contact is very meaningful for analysis of the functionality of the rolling bearing.

Keywords: elasto-hydrodynamic lubrication in the rolling bearing, thermoeffect of the entrance zone, temperature coefficient

На толщину смазочного слоя, разделяющего трущиеся поверхности при работе подшипников качения, существенное влияние оказывает вязкость смазочного материала, зависящая как от давления, так и температуры.

Однако температура масла на контакте в большинстве случаев неизвестна и существенно отличается от температуры масла, поступающего в зону контакта. Это следствие проявления термоэффекта входной зоны, о котором упоминали ещё А.В. Крук,

A. Дайсон, Г. Нейлор и др.

Поэтому расчёт толщины смазочного слоя по формуле, приведённой И.Д. Ратнером [1] при температуре смазочного материала на входе в контакт, может привести к получению завышенного значения толщины смазочного слоя. Особенно при высоких скоростях движения.

В результате исследования данной проблемы

B.Н. Васиным была предложена формула для расчёта толщины смазочного слоя, учитывающая термоэффект входной зоны.

= 1,864(^0Ue )0,

0,7235 0.558 і

a

-0,002 0,444 -0.

' РпР Чн

X1,

где /Ао - кинематическая вязкость масла при атмосферном давлении, Па-с; - суммарная скорость

качения в контакте, м/с; а - пьезокоэффициент вязко -сти смазочного материала, Па-1; рпр - приведённый радиус кривизны поверхностей трения, м; qH, К1 -коэффициент, учитывающий термоэффект входной зоны на контакте:

0.114 0.285 770,2565 -0,0285 -0.0855

а Е Рш qH

где Р - температурный коэффициент, 1/К.

Однако вычисление толщины смазочного слоя по формуле (1) осложняется отсутствием значений температурного коэффициента для исследуемых масел.

Для определения величины температурного коэффициента необходимо знать фактическую температуру масла на контакте. С этой целью была проведена серия экспериментов по определению температуры на контакте в соответствии с методикой, описанной в работах [2] и [3]. Эксперимент проводился на базе масел четырёх различных классов вязкости: 100, 220, 320, 460 на двух различных скоростных режимах, число оборотов внутреннего кольца приводного подшипника составляло 514, 1400 об/мин, суммарная скорость качения в контакте при этом составила 2,9, 7,2 м/с соответственно.

Средние значения полученных температур приведены на рис. 1.

200 г

Суммарная спорость

Рис. 1. Среднее значение рабочей температуры в точке контакта для смазочных материалов четырёх классов вязкости (100, 220, 320, 460) при двух суммарных скоростях качения в контакте 2,9, 7,92 м/с

Рис. 2. Зависимость толщины смазочного слоя, разделяющего трущиеся поверхности от температуры смазочного материала, поступающего в зону контакта при суммарной скорости качения в контакте 2,9 м/с

Рис. 3. Зависимость толщины смазочного слоя, разделяющего трущиеся поверхности, оттемпературы смазочного материала, поступающего в зону контакта при суммарной скорости качения в контакте 7,92 м/с

По обобщённому графику (1) видно, что на температуру в точке контакта существенное влияние оказывает суммарная скорость качения, а также вязкость смазочного материала. Значительный прирост температуры наблюдается при подаче наиболее вязкого материала (класс вязкости 460) при суммарной скорости качения 7,92 мм2/с.

При этой же скорости, но при использовании наименее вязкого смазочного материала, температура в точке контакта существенно ниже. При более низкой скорости температура в точке контакта для масел классом вязкости (КВ) 220, 320, 460 существенно не отличается. Более низкая температура при указанной скорости фиксировалась при использовании смазочного материалаКВ 100.

Таким образом, увеличение вязкости смазочного материла несущественно влияет на изменение температуры в точке контакта, т.е. при увеличении вязкости наблюдался незначительный прирост температуры. Однако при более вязком смазочном материале (СМ), например КВ 460, температура в точке контакта была выше, чем при менее вязком, например КВ 100.

Рост температуры в точке контакта происходит с увеличением суммарной скорости движения при вращении внутреннего кольца.

Полученные предложенным аналитическим методом значения температуры на контакте значительно превышают температуру смазочного материала, поступающего в зону контакта, и характеризуют фактическую вязкость смазочного материала на контакте, что оказывает существенное влияние на толщину смазочной плёнки и соответственно на условия реализации режима ЭГД-смазки в подшипниках качения [4].

Используя полученные значения температур по формуле, предложенной И.Д. Ратнером, была определена толщина смазочного слоя в точке контакта для исследуемых масел. Графики зависимости толщины масляной плёнки (МП), разделяющей трущиеся поверхности, от температуры СМ, поступающего в зону контакта для четырёх классов вязкости СМ, представлены на рис. 2, 3.

Из представленных зависимостей видно, что температура смазочного материала, поступающего в зону контакта, оказывает существенное влияние на толщину смазочного слоя. При суммарной скорости качения 2.9 м/с наибольшие значения толщины МП устанавливаются для смазочного материала КВ 460. При суммарной скорости качения 7.92 м/с значение толщины МП для четырёх классов вязкости существенно не различается. Однако наименьшее значение МП для данной скорости качения фиксируется при использовании смазочного материала КВ 100 при его разогреве до 45°С и для смазочного материала КВ 460 при его разогреве от 45°С.

Зная значение толщины смазочного слоя (СС), разделяющего трущиеся поверхности, используя зависимости В.Н. Васина (1), (2), становится возможным установление зависимости температурного коэффициента р от температуры СМ, поступающего на контакт (рис. 4, 5). Математически зависимости коэффициента р от температуры СМ, поступающего на контакт, представлены в таблице.

350 зоо^ еа. ч < —♦—100 - 320 —«—460

к ч І

ш 1 200 | 150 о о. 100 50 \ ''а к 'І "Ч

ч > **4 к: -і ь

\ К ь» — * =1 К= =1 р =1

N к с- ь

— к.

25 30 35 40 45 50 55 60

Температура СМ, поступающего в зону контакта, С

Рис. 4. Зависимость температурного коэффициента р оттемпературы СМ, поступающего взону контакта при суммарной скорости качения в контакте 2,9 м/с

ния толщины смазочного слоя на контакте весьма значимо для проведения анализа работоспособности подшипников качения.

Список литературы

1.

3.

Рис. 5. Зависимость температурного коэффициента р оттемпературы СМ, поступающего в зону контакта при суммарной скорости качения в контакте 7,92 м/с

Зависимость температурного коэффициента р оттемпературы СМ4, поступающего взону контакта при суммарных скоростях качения в контакте 2,9 и 7,92 м/с

Класс вязкости СМ Суммарная скорость качения в контакте, м/с

2,9 7,92

100 2 * 1010 * t~5 389 299547 *t-223*

220 26165 * t'1’373 263276 *t~2-293

320 50726* Г1641 56507 «f1996

460 23889 *f133 33206 *t-1356

Полученные зависимости позволяют по ф-ле (2) более точно определить толщину смазочного слоя на контакте, используя в расчётах температуру СМ, входящего в зону контакта. Знание фактического значе-

Коднир Д.С., Жильников Е.П., Байбородов Ю.И. Эластогидродинамический расчёт деталей машин. М.: Машиностроение, 1988. 160 с.

Жиркин Ю.В., Пузик Е.А., Мироненков Е.И. Экспериментальные исследования области реализации ЭГД смазки в подшипниках качения // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 68-й междунар. науч.-техн. конференции. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. Жиркин Ю.В., Пузик Е.А. Определение рабочей температуры смазочного слоя непосредственно в зоне контакта // Materiaty VII Mi^dzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji

«Perspektywiczneopracowanias^nauk^ i technikami -2011» Vol. 54. Technicznenauki: Przemysl. Nauka i studia, 2011. 112.

4. Жиркин Ю.В., Пузик E.A., Аналитико-экспериментальное определение параметров ЭГД-смазки в подшипниках качения опор рабочих валков стана 2000 горячей прокатки // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2010. №4. С. 52-56.

References

1. Kodnir D.S, Zhilnikov E.P., Biborodov Yu.I. Elastodynamics calculation of machine element. M.: Mechanical engineering, 1988. 160 p

2. Zhirkin Y.V., Puzik E.A., Mironenkov E.I. Experimental research of area of elasto-hydrodynamic lubrication in the rolling bearing// Actual problem of the modern science technics and education: materials of the 68th international scientific-technical conference. Magnitogorsk. 2010

3. Zhirkin Y.V., Puzik E.A. The definition of the operating temperature of the lubricating layer in the contact // The materials of the 7th international theoretical and practical conference: «The perspective direction of the science and technics-2011». Vol. 54. Technical sciences. Praga. Science and education. 112 p.

4. Zhirkin Y.V., Puzik E.A. Analytical and experimental determination of the parameters of the EHD lubrication in rolling bearings work rolls hot rolling mill 2000 // Vestnik MSTU named after G.I. Nosov. 2010. 4. pp. 52-56.