Simulation of the Thermal Process in a Polymeric Sliding Bearing with Swinging Movement of the Shaft

Исследуется тепловой процесс в радиальном подшипнике скольжения из наполненного фторопласта, работающем в возвратно-вращательном режиме.Тепловой процесс в подшипнике скольжения описывался трехмерным уравнением теплопроводности в цилиндрических координатах.Влияние возвратно-вращательного движения вала на нестационарное 3D температурное поле учитывалось конвективным членом уравнения теплопроводности.При допущении малости эксцентриситета подшипника предложена упрощённая запись условия фрикционного теплообразования в зоне контакта.Для определения нестационарного температурного поля в подшипнике скольжения использовался известный метод конечных разностей с расщеплением по пространственным переменным, заключающийся в поэтапном решении одномерных разностных уравнений.Для решения одномерного уравнения по угловой координате с конвективным членом, учитывающим возвратно-вращательное движение вала, использовалась монотонная разностная схема.Монотонная схема позволяет находить решение уравнения теплопроводности при любых шагах по временной и угловой переменной.Из множества таких приближенных решений предложено выбирать решение при числе Куранта равном 1. Рассматривается пример расчёта теплового процесса подшипника скольжения из Ф4К20 со следующими геометрическими размерами: радиус вала 0,0125; радиусы втулки -0,01 и 0,016, длина вала и подшипника -0,096 и 0,022 м.Вычислительные эксперименты проводились при одинаковой нагрузке 2400 Н и различных значениях амплитуды и частоты качаний.При частоте 1 Гц и амплитуде движения вала 60° отмечено периодическое колебание температуры во времени с амплитудой примерно 2,5 °C.Расчётами с варьированием теплоёмкости при конвективном члене показано, что колебания температур обусловлены движением вала.Разработанные методы расчёта могут быть использованы в качестве методики определения кинематических условий, при которых в математической модели теплового процесса необходимо учитывать скорость движения вала.Полученные результаты могут быть использованы при тепловой диагностике трения в реальных подшипниках скольжения.