Exploitation parameters of the transverse slider bearings, lubricated with used oil of non-Newtonian properties

• Autorzy: Miszczak A. , Sikora G.

Warianty tytułu

PL

Parametry eksploatacyjne poprzecznych łożysk ślizgowych smarowanych przepracowanym olejem o właściwościach nienewtonowskich

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper authors present result of the experimental research and numerical calculations of the exploitation parameters of transverse slider bearings, lubricated with the used oil of non-Newtonian properties. The results of the experimental research are based on rheological examinations of the used oil in its exploitation time. These results leaded to the preparation of the dependence models of the dynamic viscosity on diverse influences, such as temperature and pressure and also shear rate and oil ageing. The effect of temperature on the dynamic viscosity was described by an exponential function. The pressure effect is modelled with a combined function, which takes into account the initial viscosity and the high pressure viscosity. For modelling of the shear rate influence, the modified Cross model was used, while oil ageing process has been related with exponential function to the exploitation period between oil changes as variable. Apparent viscosity is a product of dynamic viscosity of diverse influences. In this way, the modelled viscosity was substituted for the fundamental equations, which are momentum conservation, energy conservation, and the continuity equation. After that, received equations were non-dimensionalized, and a value of each part was estimated. Parts in an order of the same magnitude as radial clearance were neglected, as they have insignificant influence on the further numerical calculations. Using Mathcad 15 software, our own calculation procedures, the finite element method, and iterative procedure, the influence of each dependence on exploitation parameters were calculated. Influences which are commonly taken into account in the calculations of friction nodes are the influence of temperature and pressure. Such influences as non-Newtonian properties and oil ageing are much more rarely in the literature and scientific publications. The authors have not met such a complex research yet. In this way, the prepared research conduction, which binds correlations used in the literature and the results of the experimental research, made it possible to indicate the influences of non-Newtonian properties and oil ageing on exploitation parameters of journal slider bearings. From the numerical calculations results that drop of the dynamic viscosity caused by the increase of the shear rate can cause a drop of the carrying capacity of the bearing even in 21%. A similar drop of the carrying capacity can be observed after taking into account oil ageing on the last stage of its exploitation time. When taking all of the above mentioned influences into account in the numerical calculations of the flow and exploitation parameters of the slider bearings, it appears that at the last stage of exploitation time, the drop of the carrying capacity may exceed 30%.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych oraz obliczenia numeryczne parametrów przepływowych i eksploatacyjnych poprzecznych łożysk ślizgowych, smarowanych przepracowanym olejem. Wyniki badań doświadczalnych opierają się na pomiarach właściwości reologicznych oleju silnikowego w trakcie jego eksploatacji. Posłużyły one do opracowania modeli zależności lepkości dynamicznej oleju od poszczególnych wpływów, tj. temperatury i ciśnienia, a także szybkości ścinania i starzenia oleju. Wpływ temperatury na lepkość dynamiczną został opisany funkcją wykładniczą. Wpływ ciśnienia zamodelowano funkcją mieszaną, uwzględniającą lepkość początkową oraz lepkość w wysokich ciśnieniach. Do zamodelowania wpływu prędkości ścinania użyto zmodyfikowanego modelu Crossa. Natomiast wpływ starzenia uzależniono funkcją wykładniczą, uwzględniając okres pomiędzy planowanymi wymianami oleju jako zmienną. Lepkość pozorna jest iloczynem poszczególnych zmian lepkości od odpowiednich wpływów. Tak zamodelowaną lepkość podstawiono do równań podstawowych, tj. równania zachowania pędu, energii i ciągłości strugi, a następnie ubezwymiarowiono i oszacowano wielkości poszczególnych członów. Człony rzędu wielkości luzu promieniowego pominięto jako mające nieznaczny wpływ na wyniki obliczeń numerycznych. Przy pomocy oprogramowania komputerowego Mathcad 15, własnych procedur obliczeniowych, metody różnic skończonych oraz metody kolejnych przybliżeń obliczono wpływy poszczególnych zależności na parametry eksploatacyjne poprzecznego łożyska ślizgowego. Wpływy powszechnie uwzględniane w obliczeniach węzłów tarcia to wpływ temperatury oraz ciśnienia. Wpływy nienewtonowskie oraz starzenia o wiele rzadziej pojawiają się w literaturze fachowej oraz artykułach naukowych. Autorzy nie spotkali się dotychczas z tak kompleksowymi badaniami. Tak opracowany proces badawczy, wiążący zależności stosowane w literaturze oraz wyniki badań doświadczalnych, pozwolił na ustalenie wpływu właściwości nienewtonowskich oraz starzenia oleju na parametry eksploatacyjne poprzecznych łożysk ślizgowych. Z obliczeń numerycznych wynika, iż spadek lepkości oleju spowodowany zwiększeniem szybkości ścinania może powodować spadek siły nośnej łożyska ślizgowego nawet o 21%. Podobny spadek siły nośnej łożyska następuje w wyniku uwzględnienia starzenia oleju, na koniec jego eksploatacji w silniku. Uwzględniając wszystkie z wymienionych wpływów w obliczeniach numerycznych parametrów eksploatacyjnych i przepływowych łożysk ślizgowych, okazuje się, że w końcowym okresie eksploatacji oleju spadek siły nośnej łożyska może przekraczać 30%.

Słowa kluczowe

EN

slide journal bearing; non-Newtonian fluid; Cross model; load carrying capacity; apparent viscosity

PL

łożysko ślizgowe; olej nienewtonowski; model Crossa; siła nośna; lepkość pozorna

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2018
• Tom: no. 1
• Strony: 69--75
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Miszczak A.

• Gdynia Maritime University, Faculty of Marine Engineering, Poland

autor

Sikora G.

• Gdynia Maritime University, Faculty of Marine Engineering, Poland

Bibliografia

• 1. Awais M.: Applications of the Numerical Inversion of the Laplace transform to unsteady problems of the third grade fluid, Applied Mathematics and Computation, 2015, 250, 228-234.
• 2. Czaban A.: The Influence of temperature and shear rate on the viscosity of selected motor oils. Solid State Phenomena, 2013, 199, 188-193.
• 3. Dunn J. E., Rajagopal K. R.: Fluids of differential type: critical review and thermodynamic analysis, International Journal of Engineering Science, 1995, 33 (5), 689-729.
• 4. Ellahi R., Arshad Riaz: Analytical solutions for MHD flow in a third-grade fluid with variable viscosity, Mathematical and Computer Modelling, 2010, 52, 1783-1793.
• 5. Galindo-Rosales F.J., Rubio-Hernández F.J., Sevilla A.: An apparent viscosity function for shear thickening fluids. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 2011, 166, 321-325.
• 6. Khan M., Nadeem S., Hayat T., Siddiqui A. M.: Unsteady Motions of a Generalized Second-Grade Fluid, Mathematical and Computer Modelling, 2005, 41, 629-637.
• 7. Hayat T., Hina S., Hendi A.A., Asghar S.: Effect of wall properties on the peristaltic flow of a third grade fluid in a curved channel with heat and mass transfer, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2011, 54, 5126-5136.
• 8. Lang O.R., Steinhilper W., Gleitlager, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 1978.
• 9. Miszczak, A., Analiza hydrodynamicznego smarowania ferrocieczą poprzecznych łożysk ślizgowych. Monografia. Fundacja Rozwoju Akademii Morskiej, Gdynia 2006.
• 10. Miszczak A., Sikora G.: Carrying capacity and friction forces in a transverse journal bearing, lubricated with non-Newtonian oil. Journal of Kones, 2017, Vol. 24, No. 3, pp. 203-210.
• 11. Miszczak A., Sikora G.: Analysis of hydrodynamic lubrication of journal bearings with oil of non-Newtonian properties. Tribologia No. 2/2017, pp. 127-138.
• 12. Sikora G., Miszczak A.: Viscosity in Exploitation Time Analysis of the Lubricating Oil Used in the Combustion Engine of the Personal Car . Solid State Phenomena, 2015 No. 220-221, pp. 271-276.
• 13. Sikora G., Miszczak A.: Równania hydrodynamicznego smarowania poprzecznych łożysk ślizgowych z uwzględnieniem starzenia się oleju. Logistyka, 2015, 4, 5649-5656.
• 14. Sikora G., Miszczak A.: Determination of the material coefficients of the selected lubrication oils including ageing process, Logistyka, 2015, 4, 5641-5648.
• 15. Wierzcholski K., Mathematical Methods of Hydrodynamic Theory of Lubrication. Politechnika Szczecińska, Monografia, nr 511, Szczecin 1993.
• 16. Wierzcholski K.: Teoria niekonwencjonalnego smarowania łożysk ślizgowych. Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej, No. 527, Szczecin 1995.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).