The analysis of hydrodynamic pressure distribution and load carrying capacity in the gap of slide journal bearings with micro-grooves

• Autorzy: Miszczak A.

Warianty tytułu

PL

Analiza rozkładu ciśnienia hydrodynamicznego oraz siły nośnej w szczelinie poprzecznego łożyska ślizgowego z mikrorowkami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of this paper is to analyse the distribution of hydrodynamic pressure, load carrying capacities, and friction force in the gap of the slide bearing on account of the type, number, and size of micro-grooves on the surface of the sleeve. It was assumed that micro-grooves were distributed equally on the circumference of the sleeve as well as parallel to its axis. Micro-bearings with micro-grooves are more and more of ten utilized in the technical applications, e.g., in HDD disks or in computer fans. It is advisable to carry out a numerical analysis on the influence of the number and the size of micro-grooves on the value of the Basic flow parameters in the slide micro-bearing. A laminar flow of lubricating fluid and an isothermal model of the lubrication of the slide bearing was used for the analysis. A classical Newtonian model was applied as the constitutive equation. A cylindrical slide Bering with the finished length and smooth sleeve, and a full wrap angle was used for the research. The density and thermal conductivity of the oil were considered to be constant in the thin film of oil. The results of measurements of shape and sizes of micro-grooves in real micro-slide bearings were presented by the author in the previous publications. The results of that research are used at present to determine the preliminary assumptions concerning the shape and the size of the micro-grooves. The results obtained in the research show the minor influence of micro-grooves on the value of the friction force and a few percentages rate influence of micro-grooves on the value of load carrying capacity.

PL

Celem niniejszej pracy jest analiza rozkładu ciśnienia hydrodynamicznego, siły nośnej i siły tarcia w szczelinie poprzecznego łożyska ślizgowego ze względu na rodzaj, liczby i wielkość mikrorowków na powierzchni panewki. Do analizy przyjęto mikrorowki rozłożone równo po obwodzie panewki i równoległe do osi panewki. Mikrołożyska ślizgowe z mikrorowkami są coraz częściej stosowane w technice, np. w dyskach HDD czy też wentylatorach komputerowych. Celowym jest dokonanie analizy numerycznej, jaki wpływ na wartość podstawowych parametrów przepływowych ma liczba i wielkość mikrorowków. Do analizy hydrodynamicznego smarowania przyjęto laminarny przepływ cieczy smarującej oraz izotermiczny model smarowania łożyska ślizgowego. Jako równanie konstytutywne zastosowano klasyczny model newtonowski. Do rozważań przyjęto walcowe łożysko ślizgowe o skończonej długości z gładką panewką o pełnym kącie opasania. W cienkiej warstwie filmu olejowego przyjęto niezmienność gęstości i współczynnika przewodzenia ciepła oleju. Wyniki pomiaru kształtu i wymiaru mikrorowków w rzeczywistych mikrołożyskach ślizgowych autor przedstawiał we wcześniejszych publikacjach. Wyniki tych badań służą obecnie do określenia wstępnych założeń dotyczących kształtu i wielkości mikrorowków. Uzyskane wyniki badań wskazują na znikomy wpływ mikrorowków na wartość siły tarcia i kilkuprocentowy wpływ mikrorowków na wartość siły nośnej.

Słowa kluczowe

EN

slide bearing lubrication; journal bearings; hydrodynamic pressure; non-classical surface; micro-grooves; load carrying capacity; friction force

PL

smarowanie łożysk ślizgowych; poprzeczne łożysko ślizgowe; ciśnienie hydrodynamiczne; nieklasyczna powierzchnia; mikrorowki; siła nośna; siła tarcia

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 2
• Strony: 119--126
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Miszczak A.

• Gdynia Maritime University, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia, Poland

Bibliografia

• 1. Bootsma J., The gas to liquid interface of spiral grooved journal bearings and its effect on stability. Trans. ASME J. Lubr. Technol. 1974. 96 (3), 337–345.
• 2. Hirs G., The load capacity and stability characteristics of hydrodynamic grooved journal bearings. ASLE Trans. 1965. 8 (3), 296–305.
• 3. Kawabata N., Ozawa Y., Kamiya S., Miyake Y., Static characteristics of the regular and reversible rotation type herringbone grooved journal bearing. Trans. ASME J. Tribol. 1989. 111 (3), 484–490.
• 4. Malanoski S., Pan C., The static and dynamic characteristics of the spiralgrooved thrust bearing. Trans. ASME J. Basic Eng. 1965. 87 (3), 547–555.
• 5. Yoshimoto S., Ito Y., Takahashi A., Pumping characteristics of a herringbonegrooved journal bearing functioning as a viscous vacuum pump. Trans. ASME J. Tribol. 1999. 122 (1), 131–136.
• 6. Hsing F. C., Formulation of a generalized narrow groove theory for spiral grooved viscous pumps. Trans. ASME J. Lubr. Technol. 1972. 94 (1), 81–85.
• 7. Wierzcholski K., Miszczak A., Temperature and Adhesion Influence on the Microbearings Operating Parameters. Solid State Phenomena 2013, Vol. 199, 176–181.
• 8. Wierzcholski K., Miszczak A., Adhesion influence on the oil velocity and friction forces in cylindrical microbearing gap. Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance 2010, 1 (161), 71–79.
• 9. Wierzcholski K., Miszczak A., Adhesion influence on the oil velocity and friction forces in hyperbolic microbearing gap. Journal of KONES 2010, 17 (3), 483–489.
• 10. Zirkelback N., Andres L.S., Finite element analysis of herringbone groove journal bearings: a parametric study. Trans. ASME J. Tribol. 1998. 120 (2), 234–40.
• 11. Miszczak A., Surface topography of operated slide journal microbearings used in HDD. Journal of KONES 2012, 19 (4), 449–456.
• 12. Czaban A., Miszczak A., Surface topography of non-operated slide journal micro-bearings. Journal of KONES 2011, 18 (2), 109–115.
• 13. Wierzcholski K., Miszczak A. Khudoley A., Measurement of unused microbearing grooved surfaces for computer ventilator. Tribologia 2011, 3, 143–153.
• 14. Gad A.M., Nemat-Alla M.M., Khalil A.A., Nasr A.M., On the Optimum Groove Geometry for Herringbone Grooved Journal Bearings. Trans. ASME J. Tribol. 2006. 128 (3), 585–593.
• 15. Vohr J.H., Chow C.Y., Characteristics of herringbone-grooved, gas-lubricated journal bearings. Trans. ASME J. Basic Eng. 1965, 87 (3), 568–578.
• 16. Bonneau D., Absi J., Analysis of aerodynamic journal bearings with small number of herringbone grooves by finite element method. Trans. ASME J. Tribol .1994. 116 (4), 698–704.
• 17. Kobayashi T., Dynamic analysis of herringbone-grooved gas-lubricated journal bearings: infinite and finite groove number solution. Trans. JSME Ser. C 2001. 67 (658), 2026–2031.
• 18. Schiffmann J., Favrat D., The effect of real gas on the properties of herringbone grooved journal bearings. Tribol. Int. 2010, 43 (9), 1602–1614.
• 19. Miyanaga N, Tomioka J., Development of herringbone-grooved aerodynamic journal bearing systems for ultra-high-speed rotations. Key Eng. Mater. 2015, 656, 652–657.
• 20. Miszczak A., Analiza hydrodynamicznego smarowania ferrocieczą poprzecznych łożysk ślizgowych. Monografia. Fundacja Rozwoju Akademii Morskiej, Gdynia 2006.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).