Optymalny kształt szczeliny smarowej hydrodynamicznego łożyska wzdłużnego dla zróżnicowanych wymuszeń

• Autorzy: Wasilczuk M.

Warianty tytułu

EN

Optimum film profile of a hydrodynamic thrust bearing for various operating conditions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kształt szczeliny smarowej w hydrodynamicznym łożysku wzdłużnym ma duży wpływ na jego właściwości, dlatego uzyskanie optymalnego kształtu szczeliny smarowej podczas pracy powinno przyczynić się do poprawy właściwości łożyska. Jednak studia literaturowe na temat metod projektowania i doboru hydrodynamicznych łożysk wzdłużnych wykazały, że stosowane metody projektowania nie uwzględniają optymalizacji kształtu szczeliny jako metody polepszania właściwości łożyska. Ponadto spotykane w literaturze prace na temat optymalizacji ze względu na zastosowane w nich założenia nie uwzględniały zależności pożądanego kształtu szczeliny smarowej od warunków pracy łożyska (wymuszeń). Wykorzystując opracowaną metodykę optymalizacji kształtu szczeliny smarowej przeprowadzono teoretyczne badania wpływu wymuszeń na postać optymalnego kształtu szczeliny smarowej. Podczas optymalizacji zastosowano specjalną funkcję celu zapewniającą maksymalizację bezpieczeństwa pracy łożyska. Uzyskane wyniki optymalizacji przeprowadzonej dla różnych wymuszeń wykazały, że optymalne kształty szczeliny smarowej są bardzo zróżnicowane w zależności od wymuszeń działających na łożysko podczas pracy, co przekonuje do celowości wykorzystania optymalizacji kształtu szczeliny smarowej podczas projektowania łożyska.

EN

Oil gap profile exerts a great influence on the bearing properties therefore obtaining a film profile close to an optimum should improve bearing performance. Optimization of oil film profile was a classical task of the theory of hydrodynamic lubrication but due to complexity of calculations, isothermal models of oil film were used until recently. Now it is possible to utilize more realistic oil film models. Safe operation of a hydrodynamic bearing is limited by three limits: minimum film thickness limit, specific load limit and temperature limit. Limits of operation of hydrodynamic bearings may be used for setting optimisation objectives. Thus, optimisation objective function should combine at least two main criteria: maximisation of film thickness should be more important at lower speeds, while at higher speeds minimisation of temperature should be a principal objective. According to this a special objective function of two variables (minimum film thickness and maximum temperature) was devised. Technical literature enables one to determine limiting values of minimum film thickness and maximum temperature. Minimum film thickness nad maximum temperature were used as optimisation constraints and were also utilized in a goal function in such way that the optimisation goal was to cause that actual bearing film thickness and temperature were as far from limiting values as possible in order to make bearing operation as safe as possible. Film profile was described by 10 parameters which were altered in the course of optimisation procedure. For each set of parameters minimum film thickness and maximum temperature were calculated with the use of thermohydrodynamic model of the oil film. Calculated film thickness and temperature were used to calculate value of the goal function and then current value of the function was compared with its previous value and decisions on changes of parameters describing film profile were made within the optimisation procedure. Repetition of such steps was carried out until changes in the value of objective function became insignificant. Operating conditions for calculations were specified according to the load carrying capacity of typical industrial tilting pad thrust bearings on the basis the manufacturers' catalogues. Optimization was carried out for low, medium and high-speed conditions to observe the influence of operating conditions on the profile. Optimum film profiles obtained for different operating conditions vary in ratio of minumum to maximum film thickness, circumferential length, and shape type (convex, flat or concave). In the low-speed case bearing surface is of pocket shape in order to stop side leakage and increase minimum film thickness, whereas optimum profile for higher speeds becomes flat or even slightly convex. Such a result for higher speed seems to reflect increasing importance of maximum temperature factor in the objective function. Despite of such differences in optimum shape of the oil gap it is a common practise to use the same bearings for a variety of operating conditions, which means that in an industrial bearing the real oil film gap profile is far from optimum. Such differences are an important reason for utilization of optimisation results in design of the bearings which should improve their performance. The development of CAD/CAM systems seems to make it economically feasible that in near future bearings are individually designed and manufactured.

Słowa kluczowe

PL

hydrodynamiczne łożysko wzdłużne; kształt szczeliny smarowej

EN

hydrodynamic thrust bearing; oil gap profile; bearing design

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2004
• Tom: nr 1
• Strony: 149--162
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Wasilczuk M.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Gdańska, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk

Bibliografia

• 1. Wasilczuk M.: Studium problemów badawczych, konstrukcyjnych oraz metod projektowania hydrodynamicznych łożysk wzdłużnych. Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej, Seria Mechanika, Gdańsk 2004 (w druku)
• 2. Kanarachos A.: A Contribution to the Problem of Designing Optimum Performance Bearings. Trans. ASME, Journ. Lubr. Technol., Oct. 1977, s. 462-468.
• 3. Anant Pal Singh: An Overall Optimum Design of a Sector-Shaped Thrust Bearing with Continuous Circumferential Surface Profiles. Wear, 117 (1987) s. 49-77.
• 4. Rohde S.M., McAllister: On the optimization of fluid film bearings. Proc. Royal Society Londyn, A. 351, s. 481-497 (1976).
• 5. Leopard A. J.: Tilting Pad Bearings- Limits of Operation. Lubrication Engineering, vol. 32, 12, s. 637-644.
• 6. Wasilczuk M.: Optymalizacja kształtu szczeliny smarowej w hydrodynamicznym łożysku wzdłużnym. W: Polska Tribologia 2000 Teoria i Praktyka, Radom s. 196-204.
• 7. Hydrodynamische Axial-Gleitlager im stationaren Betrieb. Deutsche Industrie Normen 31 654 Teil 1-3. Mai 1991.
• 8. Calculation methods for steadily loaded, off-set pivot, tilting pad thrust bearings. Engineering Sciences Data Unit No 83004.
• 9. Waukesha Bearings: Tilting Pad Thrust Bearing Selection Guide (katalog), Waukesha (USA).