تأثیر پارامترهای طراحی آستر لاستیکی بر عملکرد یاتاقان‌های ژورنال هیدرودینامیکی شیاردار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران

چکیده

این پژوهش به تحلیل عملکرد استاتیکی یاتاقان‌های ژورنال لاستیکی با شیارهای محوری تحت روانکاری هیدرودینامیکی با آب می‌پردازد. در این گروه از تکیه‌گاه‌ها با جایگزینی آب به جای روانکارهای روغنی، اثرات نامطلوب زیست‌محیطی ناشی از نشت روغن حذف گردیده و این موضوع گسترش کاربری آنها در صنایع مختلف بویژه تجهیزات صنایع دریایی را به دنبال داشته‌است. در پژوهش حاضر معادله رینولدز با در نظر گرفتن تغییر شکل الاستیک آستر لاستیکی بر اساس مدل وینکلر، برای تحلیل عملکرد یاتاقان به کار گرفته شده‌است. در ادامه ارزیابی معادلات حاکم به کمک روش حل عددی اجزاء محدود انجام گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهد که در شرایط بزرگ بودن عمق شیارها در قیاس با ضخامت فیلم روانکار، عملکرد یاتاقان مستقل از شکل هندسی شیار خواهد بود اما شیارهای کم عمق تاثیر قابل توجهی بر پارامترهای عملکردی مانند ظرفیت حمل بار و ضریب اصطکاک دارند. تحلیل‌ها همچنین نشان‌دهنده تاثیر ویژه هندسه لبه انتهایی شیارها بر ایجاد فشار در نواحی حامل بین آنها هستند. در این نواحی، با کاهش ضخامت فیلم روانکار، توزیع فشار و پارامترهای عملکرد پایای یاتاقان بهبود می‌یابند. تحلیل مقایسه‌ای نتایج بیانگر آنست که شیارهای طولی با مقطع مثلثی عملکرد بهتری نسبت به انواع نیم‌دایره‌ای و مستطیلی دارند، به طوری که پیکربندی مثلثی پسرو با بیشترین عمق شیار در لبه ابتدایی و فشاری تولیدی فیلم روانکار متناظر، پارامترهای عملکردی مطلوب‌تری را به نمایش می‌گذارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  • Majumdar BC, Pai R, Hargreaves DJ. Analysis of water-lubricated journal bearings with multiple axial grooves. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2004 Feb; 218:135-46.
  • He T, Zou D, Lu X, Guo Y, Wang Z, Li W. Mixed-lubrication analysis of marine stern tube bearing considering bending deformation of stern shaft and cavitation. Tribology International. 2014 May; 73:108-16.
  • Cabrera DL, Woolley NH, Allanson DR, Tridimas YD. Film pressure distribution in water-lubricated rubber journal bearings. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2005 Feb; 219:125-32.
  • De Kraker A, Van Ostayen RA, Rixen DJ. Calculation of Stribeck curves for (water) lubricated journal bearings. Tribology International. 2007 Mar; 40:459-69.
  • Litwin W. Influence of surface roughness topography on properties of water-lubricated polymer bearings: experimental research. Tribology Transactions. 2011 Mar; 54:351-61.
  • Wang N, Meng Q, Wang P, Geng T, Yuan X. Experimental research on film pressure distribution of water-lubricated rubber bearing with multiaxial grooves. Journal of Fluids Engineering. 2013 Aug; 135:084501.
  • Li P, Zhu Y, Yan K, Xiong Q, Zhang Y. Experimental investigation on the film pressure measurement in microgap water-lubricated hybrid journal bearing. Tribology Transactions. 2017 Sep; 60:814-23.
  • Zhou G, Mi X, Wang J, Hu R. Experimental comparison between the Stribeck curves of water lubricated rubber bearing with straight and spiral grooves. Industrial Lubrication and Tribology. 2018 Aug; 70:1326-30.
  • Chen Y, Sun Y, He Q, Feng J. Elastohydrodynamic behavior analysis of journal bearing using fluid–structure interaction considering cavitation. Arabian Journal for Science and Engineering. 2019 Feb; 44:1305-20.
  • Du Y, Li M. Effects on lubrication characteristics of water-lubricated rubber bearings with journal tilting and surface roughness. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2020 Feb; 234:161-71.
  • Liu G, Li M. Lubrication characteristics of water-lubricated rubber bearings with partial wear. Journal of Fluids Engineering. 2020 Feb; 142:021209.
  • Han Y, Tang T, Xiang G, Jia H. A fluid–solid–heat coupling analysis for water-lubricated rubber stern bearing considering the deflection of propeller shaft. Applied Sciences. 2021 Jan; 11:1170.
  • Zhang X, Yu T, Guo F, Liang P. Analysis of the influence of small quantity secondary lubricant on water lubrication. Tribology international. 2021 Jul; 159:106998.
  • Liu G, Li M. Lubrication characteristics of water-lubricated rubber bearings based on an improved algorithm of the mass conservation boundary condition. Journal of Tribology. 2022 Aug; 144:081804.
  • Qiao J, Zhou G, Pu W, Li R, He M. Coupling analysis of turbulent and mixed lubrication of water-lubricated rubber bearings. Tribology International. 2022 Aug; 172:107644.
  • Guo X, Zhou X, Luo B, Zou Q, Wang Y, Huang J. The effect of creep on the lubrication property of rubber-plastic composite water-lubricated bearings. In2023 7th International Conference on Transportation Information and Safety (ICTIS) 2023 Aug 4 (pp. 1424-1429). IEEE.
  • Wu C, Wang Y, Chen F, Long X. A mixed-lubricated friction model of water lubricated bearing based on fractal theory. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2023 Oct; 237:1913-29.
  • Shen Y, Zhang Y, Zhang X, Zheng H, Wei G, Wang M. A fluid-structure interaction method for the elastohydrodynamic lubrication characteristics of rubber-plastic double-layer water-lubricated journal bearings. Lubricants. 2023 May; 11:240.
  • Xie Z, Jiao J, Yang K, Zhang H. A state-of-art review on the water-lubricated bearing. Tribology International. 2023 Feb; 180:108276.
  • Profito FJ, Vladescu SC, Reddyhoff T, Dini D. Numerical and experimental investigation of textured journal bearings for friction reduction. Tribology International. 2024 Jul; 195:109643.
  • Li R, Zhang X, Yang PA, Han Y, Xiao K, Cao Z, Gong X, Shou M. Magnetic-controlled friction behavior of a water-lubricated magnetorheological rubber bearing under boundary lubrication. Tribology International. 2024 Jun; 194:109499.
  • Li R, Zhou G, Du L, Zhou Q, Yang R, Wang J. A novel analytical approach for determining stiffness and damping coefficients in water-lubricated rubber bearings considering asperity lateral contact. Advances in Mechanical Engineering. 2021 Jan; 13:1687814021992961.
  • Zhou G, Li P, Liao D, Zhang Y, Zhong P. The friction-induced vibration of water-lubricated rubber bearings during the shutdown process. Materials. 2020 Dec; 13:5818.
  • Zhang X, Gao W, Cui J, Shen Y, Huang T, Gao G, Cao J. Experimental study on the lubrication and vibration properties of rubber-plastic double-layer bush water-lubricated bearings. Industrial Lubrication and Tribology. 2025 Mar; 77:538-46.
  • Zhang Z, Zhou G, Li P, Du L, He M. Research on the vibration behavior of ring–block friction pair made of materials of water-lubricated rubber bearing under special operating conditions. Applied Sciences. 2023 Jun; 13:7676.
  • Liu Q, Ouyang W, Li R, Jin Y, He T. Experimental research on lubrication and vibration characteristics of water-lubricated stern bearing for underwater vehicles under extreme working conditions. Wear. 2023 Jun; 523:204778.
  • Zhou G, Qiao J, Pu W, Zhong P. Analysis of mixed lubrication performance of water-lubricated rubber tilting pad journal bearing. Tribology International. 2022 May; 169:107423.
  • Wang L, Xiang G, Han Y, Yang T, Zhou G, Wang J. A mixed visco-hyperelastic hydrodynamic lubrication model for water-lubricated rubber bearings. International Journal of Mechanical Sciences. 2025 Jan; 286:109887.
  • Zhang H, Yuan C, Tan Z. A novel approach to investigate temperature field evolution of water lubricated stern bearings (WLSBs) under hydrodynamic lubrication. Advances in Mechanical Engineering. 2021 Feb; 13:1687814021992961.
  • Bei Y, Fregly BJ. Multibody dynamic simulation of knee contact mechanics. Medical engineering & physics. 2004 Nov; 26(9):777-89.
  • Yu R, Chen W, Li P. The analysis of elastohydrodynamic lubrication in the textured journal bearing. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2016 Oct; 230:1197-208.
  • Khonsari MM, Booser ER. Applied tribology: bearing design and lubrication. John Wiley & Sons; 2017 Oct 9.