CFD analysis of the hydrodynamic lubrication of a misaligned, slide conical bearing

• Autorzy: Czaban A.

Warianty tytułu

PL

Analiza CFD hydrodynamicznego smarowania stożkowego łożyska ślizgowego o nierównoległych osiach czopa i panewki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The lateral loads carried by hydrodynamic bearings, and also their uneven distribution, introduce an additional axial misalignment between the shaft and sleeve. The machining and mounting errors also result in improper initial alignment of bearing shaft or sleeve. Furthermore, due to vibrations, misalignment of shaft fluctuates during the operation of the bearing. This has an impact on the operating parameters of the bearing, and, in extreme cases, where the maximum allowable value of the misalignment is exceeded, the bearing can be damaged. The aim of this work is to investigate the effect of misalignment on the hydrodynamic pressure distribution in the conical sliding bearing lubrication gap and on the bearing load carrying capacity and friction force values. This paper shows the result of a CFD simulation of hydrodynamic conical bearings lubrication with the assumption that the bearings are misaligned, i.e. where the rotation axis of bearing shaft is not parallel to the axis of the cone of the bearing sleeve. The commercial CFD software ANSYS Fluent was used in this research. It was assumed that the flow of lubricating oil is laminar, without slipping on bearing surfaces, and that the oil has non-Newtonian properties.

PL

Nierównomierny rozkład sił obciążających łożysko ślizgowe, a co za tym idzie – deformacja wału powodują powstawanie nierównoległości pomiędzy osią czopa a osią panewki łożyska. Dodatkowo błędy procesu obróbki lub pomiędzy osią czopa i osią panewki. Położenie osi czopa nie jest stałe podczas pracy łożyska i zmienia się np. w związku z jego drganiami. Celem tej pracy jest zbadanie wpływu nierównoległości osi obrotu czopa w stosunku do osi panewki na rozkład ciśnienia hydrodynamicznego, wartości sił nośnych i na wartość momentu tarcia w stożkowym łożysku ślizgowym. W niniejszej pracy zaprezentowano wyniki symulacji CFD dla stożkowego łożyska ślizgowego przy założeniu, że przepływ oleju w szczelinie smarnej jest laminarny. Założono, że olej jest płynem o właściwościach nienewtonowskich, a zależność naprężeń od szybkości ścinania jest opisana relacją Ostwalda de Waele. Symulacje przeprowadzono dzięki wykorzystaniu komercyjnego oprogramowania CFD Ansys Fluent.

Słowa kluczowe

EN

hydrodynamic lubrication; sliding bearing; conical; misaligned; CFD; non-Newtonian oil

PL

smarowanie hydrodynamiczne; łożysko stożkowe; ślizgowe; nierównoległość osi; CFD; nienewtonowski olej

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 4
• Strony: 41--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Czaban A.

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

Bibliografia

• 1. Li Q., Liu S., Pan X., Zheng S., A new method for studying the 3D transient flow of misaligned journal bearings in flexible rotor-bearing systems, Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering), 13(4), 2012, pp. 293–310.
• 2. He Z., Zhang J., Xie W., Li Z., Zhang G., Misalignment analysis of journal bering influenced by asymmetric deflection, based on a simple stepped shaft model, Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering), 13(9), 2012, pp. 647–664.
• 3. Abass B.A., Kadhim M.M., Thermo-hydrodynamic Analysis of Misaligned Journal Bearing Considering Surface Roughness and Non-Newtonian Effects, Journal of Engineering, Vol. 19, 2013, No. 5, pp. 637–653.
• 4. Elsharkawy A.A., Lubricant additives effects on the hydrodynamic lubrication of misaligned conical–cylindrical bearings, Lubrication Science, 19, 2007, pp. 213–229.
• 5. Koprowski M., Analiza przepływu czynnika smarującego w niesymetrycznej szczelinie smarnej stożkowego łożyska ślizgowego, Polish Maritime Researsch, Vol.14, 2007, No.4 (54), pp. 59–63.
• 6. Nowak Z., Wierzcholski K., Flow of a Non-Newtonian Power Law Lubricant trough the Conical Bearing gap, Acta Mechanica 50, pp. 221–230, 1984.
• 7. Czaban A., CFD Analysis of Non-Newtonian and Non-Isothermal Lubrication of Hydrodynamic Conical Bearing, Journal of KONES. Powertrain and Transport., Vol. 21, 2014, No. 4, pp. 49–56.
• 8. Miszczak A., Analiza hydrodynamicznego smarowania ferrociecza poprzecznych łożysk ślizgowych, Fundacja Rozwoju Akademii Morskiej, Gdynia, 2006.
• 9. Czaban A., The Influence of Temperature and Shear Rate on the Viscosity of Selected Motor Oils, Solid State Phenomena, 2013,Vol. 199, pp. 188–193.
• 10. Czaban A., Cfd Analysis of Non-Newtonian and Non-Isothermal Lubrication of Hydrodynamic Conical Bearing, Journal of KONES, VOL. 21, 2014, No. 4, pp. 49–56.

Uwagi

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