Методическое пособие по работе с программой APM WinPlain

 

 

Главная

 

Методическое пособие по работе с программой APM WinPlain

 

Назначение: Программа APM WinPlain представляет модуль, предназначенный для расчета подшипников скольжения.

 

1.      Запуск программы: ПускПрограммыAPM WinMachineAPM WinPlainEnter. При наличии ярлыка программы на рабочем столе возможен запуск двойным нажатием мыши на ярлыке.

2.      Теоретические сведения.

АРМ WinPlain представляет собой программу для расчета основных типов подшипников скольжения, разработанную в Центре "Автоматизированное Проектирование Машин".

С помощью программы можно рассчитать подшипники скольжения следующих типов:

- радиальный подшипник, работающий в режиме жидкостного трения;

- радиальный подшипник, работающий в режиме полужидкостного трения;

- упорный подшипник, работающий в режиме жидкостного трения.

 

В модуле WinPlain можно посчитать основные характеристики подшипника, включая:

- параметры зазора,

- расход масла,

- среднюю и максимальную температуру масла,

- потери на трение,

- осевые биения, и т.д.

 

3. Инсталляция программы.

3.1. Требования к компьютеру и системному программному обеспечению.

АРМ WinPlain предназначена для персональных компьютеров типа IBM PC AT  с процессором 80386, 80486 или Pentium. Компьютер должен иметь оперативную память размером не менее 4 МБ. Программа работает в среде операционной системы Microsoft Windows версии 3.1 или более поздней.

3.2. Способы установки АРМ WinPlain.

Для установки АРМ WinPlain на Ваш компьютер используйте SETUP.EXE, простую и удобную инсталляционную программу, которая записана на дистрибутивной дискете. Эта программа работает под управлением Windows. Чтобы запустить ее из DOS наберите в командной строке

win a:\setup

Для того, чтобы запустить инсталляционную программу из Windows используйте команду File | Run диспетчера программ (Program Manager). В диалоговом окне Run которое будет отображено на экране введите

a:\setup

в поле текста, которое называется Command Line. После этого следуйте указаниям, которые будут выводиться на экран. Инсталляционная программа скопирует все необходимые файлы с дистрибутивной дискеты на жесткий диск Вашего компьютера и создаст группу WinPlain которая содержит иконку программы.

5. Состав пособия.

В Теоретических сведениях  приводятся общие сведения о назначении модуля WinPlain, возможностях системы, типах рассчитываемых подшипников.

В Инсталляции программы Вы узнаете, как установить WinPlain на Ваш компьютер, какие требования система предъявляет к конфигурации компьютера и системному программному обеспечению.

Глава 1, Задачи, исходные данные и результаты содержит описание задач, которые могут быть решены с помощью АРМ Plain.

В Главе 2, Справочник команд приводится полное описание всех команд меню АРМ WinPlain.

В Приложении приведены предупреждения и сообщения выдаваемые модулем в процессе работы.

6. Задачи, исходные данные и результаты.

·Подшипником - называется опора, которая воспринимает нагрузку, приложенную к валу, и обеспечивает его вращение. Подшипники скольжения это такие опоры, поверхности которых находятся в относительном движении и разделены слоем жидкости. В качестве жидкости обычно используют масло; в  отдельных случаях могут применяться другие жидкие материалы. 

Оптимальным режимом работы таких подшипников является режим жидкостного трения, при котором исключен контакт деталей, нет износа и коэффициент трения минимален.

Если масляная пленка имеет разрывы, а относительное движение деталей сопровождается непосредственным их контактом, то  такой режим работы называется режимом полужидкостного трения. В случае полужидкостного трения имеют место износ, повышенное тепловыделение, большие потери энергии, опасность возникновения задира и т.д. Режим жидкостного трения , в отличии от полужидкостного требует принудительного подвода масла, что существенно ограничивает области его применения.  В некоторых конструкциях подшипники скольжения не требуют смазки, поскольку изготавливаются из металлических материалов с низким коэффициентом трения и хорошей износостойкостью. Режим работы подшипника в этом случае называется режимом сухого трения

Модуль АРМ WinPlain предназначен для выполнения всего комплекса расчетов по проектированию подшипников скольжения. Проектирование выполняется в форме проверочных расчетов. Под проверочным понимается расчет при котором по известной внешней нагрузке, известным геометрическим размерам и выбранным материалам определяются выходные характеристики подшипника. Эти характеристики являются основой для анализа его  работоспособности.

 

АРМ WinPlain позволяет рассчитать подшипники следующих типов

 - радиальные, работающие в режиме жидкостного трения;

 - радиальные, работающие в режиме полужидкостного трения;

 - упорные (подпятники), работающие в режиме жидкостного трения.

 

Рассмотрим особенности каждого из режимов трения подробнее.

Режим жидкостного трения.

Нагрузочная способность  подшипника, работающего в режиме жидкостного трения, определяется решением задачи ламинарного течения жидкости применительно к  опоре скольжения. При этом вводятся поправки, учитывающие утечку масла через торцы. Опора скольжения считается пригодной для работы если минимальный зазор в рабочем состоянии больше суммы высот микро-неровностей вала и вкладыша в 1,5 и большее число раз. Кроме этого из уравнения теплового баланса определяется температура масла, которая должна быть меньше допускаемой для выбранного сорта масла. Если это условие не выполняется, следует изменить геометрические размеры подшипника,  либо использовать принудительное охлаждение.   

Режим полужидкостного трения.

В основу определения нагрузочной способности подшипника,  работающего в режиме полужидкостного трения,  положены экспериментальные исследования контактного взаимодействия поверхностей,  находящихся в относительном движении и работающих при наличии  ограниченного количества масла. Эта проблема включает в себя задачу трения и связанную с ней задачу теплопроводности. Кроме этого в процессе контактного взаимодействия имеет место  износ; в данной версии системы его величина не рассчитывается, предполагается ввести определение этого параметра в последующих версиях.

Выполнив анализ выходных параметров для нескольких различных конструктивных вариантов  можно выбрать наилучшее решение, и в этом смысле модуль АРМ WinPlain, позволяет получать рациональные конструкции подшипников скольжения.   

 

Ниже приводится краткое описание исходных данных а также параметров, которые рассчитываются в модуле.

6.1. Типы подшипников.

Как было сказано выше, с помощью АРМ WinPlain Вы можете рассчитать опоры скольжения двух типов:

- радиальные подшипники (работающие в режиме жидкостного и полужидкостного трения);

- упорные подшипники (см. Рис.1)

    

          

Рис. 1  Конструкция радиального и упорного подшипников скольжения

Все исходные данные используемые для расчета можно разделить на три группы:

·        данные, характеризующие геометрию подшипника;

·        параметры, описывающие условия в которых работает подшипник;

·        характеристики масла.

6.2. Геометрия.

В эту группу входят размеры подшипника и вала, а также параметры, характеризующие погрешности рабочих поверхностей.

 

Диаметр вала

Наружный диаметр участка вала воспринимающего давление масла. Такой участок называется цапфой.

Единицы измерения  - миллиметры (мм).

 

Длина контактной зоны

Длина цапфы вала.

Единицы измерения  - миллиметры (мм).

 

Внешний диаметр

Диаметр определяющий внешнюю границу зоны гидродинамической реакции.

Единицы измерения  - миллиметры (мм).

 

Внутренний диаметр

Диаметр определяющий внутреннюю границу зоны гидродинамической реакции.

Единицы измерения  - миллиметры (мм).

 

Ширина смазочной канавки (Рис.2)

 Ширина технологической канавки, входящей в состав нерабочей зоны.

Единицы измерения  - миллиметры (мм).

 

    Рис. 2

 Нецилиндричность вала, вкладыша

Наибольшее расстояние от точек реальной поверхности до прилегающего цилиндра.

Единицы измерения  - миллиметры (мм).

 

Неперпендикулярность к А , к B

Ошибка перпендикулярности обозначенных поверхностей.

Единицы измерения  - миллиметры (мм).

 

Чистота поверхности

Чистота обработки поверхности, зависящая от величины микро-неровностей поверхности вала либо вкладыша. В качестве числовой характеристики высоты микро-неровностей используется параметр Rа - среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины.

 

6.3. Условия работы.

Для задания условий работы подшипников скольжения используются следующие параметры:

 

Радиальная сила

Сила, перпендикулярная оси вращения подшипника и направленная к центру вращения.

Единица измерения  - Ньютон (Н).

 

Осевая сила

Сила направленная вдоль оси вала, на котором установлен подшипник.

Единица измерения  - Ньютон (Н).

 

Скорость вращения

Число оборотов вала под подшипником.

Единица измерения -  обороты в минуту (об/мин).

 

Коэффициент трения

Отношение силы трения к силе нормальной реакции, возникающей при контакте сопряженных тел.

 

Площадь корпуса

Площадь внешней поверхности корпуса подшипника.

Единицы измерения - квадратные метры (кв. м).

 

Температура среды

Температура воздуха в месте установки подшипника.

Единицы измерения - градусы Цельсия (град).

 

Модуль Юнга

Модуль упругости первого рода.

Единица измерения - 106 Паскаль (МПа).

 

Максимально допустимая нагрузка

Напряжение, превышение которого ведет к возникновению пластических деформаций в упорном подшипнике.

Единица измерения – Паскаль (Пa).

 

6.4. Характеристики масла.

Температура масла

Наибольшее значение температуры масляного слоя при установившемся режиме.

Единица измерения - градусы Цельсия (град).

Давление подачи масла

Избыточное давление масла на входе в рабочую зону подшипника.

Единица измерения – Паскаль (Пa).

 

Угол контакта масла (Рис.3)

Угол, величина которого определяет длину несущей поверхности.

Единица измерения – градус (град).

 

 

 

             Рис. 3

Минимальная толщина пленки

Наименьшая толщина пленки масла в рабочей зоне подшипника.

Единица измерения – миллиметры (мм).

 

Теплопроводность

Направленный перенос тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым. Теплопроводность характеризуется количеством тепла отведенного с единицы поверхности в единицу времени при разности температур в один градус.

Единица измерения - Ватт на квадратный метр градус (Вт/кв*гр).

 

Число наклонных плоскостей

Конструкционный коэффициент, определяющий число масляных клиньев, уравновешивающих внешнюю нагрузку.

 

Коэффициент наклонной плоскости  (Рис.4)

                  

Конструкционный коэффициент, равный отношению максимального зазора к минимальному.

  

 

      

 Рис.4

Параметры масла

Для описания физических свойств масла, применяемого для смазки в подшипнике используются следующие параметры.

 

Теплоемкость масла

Количество теплоты, поглощенное телом единичной массы при повышении его температуры на один градус.

Единица измерения - Джоуль на килограмм градус (Дж/кг*град).

 

Плотность масла

Масса единицы объема вещества.

Единица измерения - килограмм на кубический метр (кг / куб. м)

 

Вязкость

Способность жидкости оказывать сопротивление относительному смещению ее слоев. Динамическая вязкость численно равна касательному напряжению, которое необходимо создать на поверхности жидкости , чтобы получить единичный градиент скорости смещения слоев.

Единица измерения - Паскаль секунда (Па*сек)

 

Способ подачи масла

Определяет метод подачи масла: направляется масло в рабочую или в нерабочую зону.

 

6.5. Результаты.

С помощью модуля АРМ WinPlain могут быть рассчитаны следующие параметры:

 

Аадиальный подшипник скольжения, работающий в режиме жидкостного трения

 

Минимальная толщина пленки - hmin  (Рис.5)

Минимальная толщина пленки масла между контактирующими поверхностями.

Единица измерения  - миллиметры (мм).

 

 

 

        Рис.5

Критическая толщина пленки - hcr

Значение минимальной толщины смазочной пленки, при котором происходит переход из жидкостного режима работы в полужидкостный.

Единица измерения  - миллиметры (мм).

 

Рекомендуемый радиальный зазор

Зазор, оптимальный с точки зрения работоспособности подшипника.

Единица измерения  - миллиметры (мм).

 

Максимальная температура масла

Максимальное значение температуры в рабочей зоне подшипника.

Единица измерения  - градусы Цельсия (град).

 

Средняя температура масла

Среднее значение температуры в рабочей зоне подшипника.

Единица измерения  - градусы Цельсия (град).

 

Потери на трение

Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в подшипнике.

Единица измерения  - 103 Ватт (кВт).

 

Расход масла

Объем масла протекающий через подшипник в единицу времени.

Единица измерения  - кубический метр в секунду (куб. метр/сек).

 

Колебания радиального зазора

Погрешности изготовления оказывают существенное влияние на величину фактического эксцентриситета,  образовавшегося после приложения нагрузки к валу  подшипника. Главными факторами, влияющими на точность вращения,  является некруглость и  нецилиндричность цапфы вала и вкладыша подшипника. Очевидно, что при вращении вала наличие указанных выше погрешностей приведет к изменению величины эксцентриситета и к радиальному биению вала .  Для определения величин этих биений были выполнены специальные исследования,  по результатам которых удалось определить как величину максимального биения, так и плотности рассеяния величин этих  биений. По результатам такого расчета можно просмотреть массивы радиальных биений, построенные по результатам имитационных испытаний при равномерном вращении вала. Кроме того можно просмотреть гистограммы рассеяния радиальных биений подшипника, построенные по результатам  статистической обработки  числовых массивов.  

 

Бадиальный подшипник скольжения в режиме полужидкостного трения:

 

Действительный коэффициент трения

Действительное значение коэффициента трения между трущимися поверхностями (валом и вкладышем).

 

Относительный диаметральный зазор

Отношение радиального зазора к диаметру вала.

 

Диаметр вкладыша

Внутренний диаметр вкладыша подшипника.

Единица измерения  - миллиметры(мм).

 

Средняя температура масла

Среднее значение температуры масла в рабочей зоне подшипника.

Единица измерения  - градусы Цельсия(град).

 

Среднее давление на подшипник

Отношение среднего значения радиальной силы к опорной площади подшипника.

Единица измерения  - 106 Паскаль (МПа).

 

Впорный подшипник скольжения:

 

Угол скоса наклонной плоскости - aс (Рис.6)

 

Единица измерения  - градус (град).

 

 

         Рис.6

Средняя температура масла

Среднее значение температуры масла в рабочей зоне подшипника.

Единица измерения  - градусы Цельсия (град).

 

Минимальная толщина пленки масла

Минимальная толщина пленки масла между контактирующими поверхностями.

Единица измерения  - миллиметры (мм).

 

Критическая толщина пленки масла

Значение минимальной толщины смазочной пленки, при котором происходит переход из жидкостного режима в полужидкостный.

Единица измерения  - миллиметры (мм).

 

Полный расход масла

Объем масла протекающий через подшипник в единицу времени.

Единица измерения  - кубический метр в секунду (куб. метр/сек).

 

Угол наклона плоско-параллельного участка - q1

Единица измерения  - радиан (рад).

 

Угол наклонного участка - q2 (Рис.7)

 

Единица измерения  - радиан(рад).

 

 

 

 

 

 

     Рис. 7

7. Описание команд.

Данный раздел содержит описание команд меню и диалоговых окон, реализованных в программе APM WinPlain. Рис. 8 показывает главное и все выпадающие меню системы.

Рис. 8 Структура меню модуля APM WinPlain

7.1. Меню Файл

Всплывающее меню Файл содержит команды для создания и загрузки архивных файлов, а также печати исходных данных и результатов расчетов.

Рис. 9  Меню Файл

7.1.1. Команда Загрузить

Команда Файл | Загрузить позволяет загрузить ранее созданный архивный файл.  В ответ на эту команду на экране появляется стандартное диалоговое окно для выбора файла (см. Рис. 10), используемое в Microsoft Windows. В этом окне нужно указать архивный файл, который хотите загрузить.

Рис. 10  Диалоговое окно Открыть файл с данными

7.1.2. Команда Сохранить

С помощью команды Файл | Сохранить Вы можете создать архивный файл в котором будут сохранены исходные данные и результаты расчетов. Позднее Вы можете загрузить этот файл и продолжить работу с тем объектом который в нем хранится. При выборе команды появляется диалоговое окно (рис.2.2) в котором Вы должны ввести имя архивного файла.

7.1.3. Команда Печать

С помощью команды Файл | Печать пользователь может распечатать исходные данные и результаты расчета.

7.1.4. Команда Установка Принтера

Команда Файл | Установка Принтера позволяет выбрать тип принтера, способ его подключения к компьютеру, режимы печати. В ответ на эту команду вызываются диалоговые окна настройки печати, содержание которых зависит от принтера, которым Вы пользуетесь.

7.1.5. Команда Выход

Команда Файл | Выход предназначена для выхода из программы.

 

7.2. Меню Данные

Меню (Рис. 11) содержит команды позволяющие ввести исходные данные, необходимые для расчета подшипника.

Рис. 11  Меню Данные

7.2.1. Команда Тип подшипника

Команда Данные | Тип подшипника позволяет выбрать тип подшипника, который будет рассчитываться. На экране появляется диалоговое окно Выбор типа подшипника (см. Рис. 12). В правой части окна расположены три радио-кнопки, соответствующие типам подшипников, рассчитываемым в системе, в левой показан рисунок с условным изображением подшипника выбранного типа. Здесь и в дальнейшем используйте кнопку Ok для подтверждения выбора, кнопку Отмена для закрытия окна (при этом сохраняются установки, выбранные ранее), и кнопку Справка  для получения справки по работе с окном.

Рис. 12  Диалоговое окно Выбор Типа Подшипника.

7.2.2. Команда Геометрия

Команда Данные | Геометрия позволяет ввести параметры описывающие геометрию подшипника. На экране появляется диалоговое окно (Рис. 13) в котором Вы можете ввести параметры, характеризующие размеры подшипника и точность его изготовления.

Рис. 13  Диалоговое окно Геометрия подшипника

Кнопка Дополнительные параметры позволяет задать значение радиального зазора. Радиальный зазор может не задаваться, в этом случае он будет рассчитан с учетом введенных данных; вычисленное значение показывается в диалоговом окне Результаты расчета. Выбор кнопки вызывает диалоговое окно (Рис. 14).

Рис.14  Диалоговое окно Геометрия Подшипника (Дополнительные Параметры)

7.2.3. Команда Условия работы

Команда Данные | Условия работы позволяет ввести параметры, характеризующие условия в которых работает подшипник. На экране появляется диалоговое окно Условия работы показанное на Рис. 15.

Рис. 15  Диалоговое окно Условия Работы

Кнопка Дополнительные параметры позволяет изменить значение контактного угла масляной пленки. Значение используемое по умолчанию - 120 градусов. На экране появляется диалоговое окно, показанное на Рис. 16.

Рис. 16  Диалоговое окно Условия работы (Дополнительные Параметры)

7.2.4. Команда Параметры масла

Команда Данные | Параметры масла позволяет ввести параметры описывающие физические характеристики масла, используемого для смазки в подшипнике. На экране появляется диалоговое окно Ввод характеристик масла  (Рис. 17). 

В группе Основные параметры вводятся теплоемкость и плотность масла. Кроме этого пользователь должен указать вязкость. Ввести вязкость можно двумя способами: указав марку масла либо задав два значения вязкости, соответствующие различным температурам. Выбор способа задания вязкости осуществляется с помощью радио-кнопок группы Данные по вязкости. Если пользователь выбрал кнопку Марка масла, он должен выбрать марку смазочного материала в списке Марка масла в нижней левой части диалогового окна. При выборе радио-кнопки Значения необходимо задать значения вязкости при двух различных температурах. Эти значения можно ввести непосредственно в полях группы Значения вязкости либо задать  графически в окне (Рис. 18), вызываемом с помощью кнопки Определить зависимость.

Рис. 17  Диалоговое окно Ввод характеристик масла

 

Рис. 18  Диалоговое окно Зависимость Температура-Вязкость для масла

Пользователь должен с помощью мыши указать две точки по которым будет восстановлена температурно - вязкостная характеристика масла.

Краткое описание окна Зависимость Температура-Вязкость для масла следующее.

Оно содержит линейки, полосы прокрутки, информационную панель и кнопки управления. Горизонтальная линейка соответствует температуре в градусах, вертикальная линейка соответствует вязкости в Паскаль секундах. Информационная панель показывает значение температуры и вязкости, соответствующие текущему положению курсора.

 

  Кнопки

 

          подтверждает введенные значения и закрывает окно

          изменяет масштаб графика

          изменяет шаг вспомогательной сетки

          удаляет отмеченные ранее точки

 

Удалить поставленные точки можно также нажав правую кнопку мыши.

 

7.3. Команда Расчет

Команда Расчет инициирует выполнение расчетов. Она становится доступной, когда введены все исходные данные. Во время расчета появляется информационное окно, показывающее процент выполнения вычислений.

 

7.4. Команда Результаты

Команда Результаты вызывает диалоговое окно с результатами расчета. На экране появляется окно (Рис. 19) Результаты расчета. Команда становится доступной после выполнения расчетов.

Рис.19  Диалоговое окно Результаты расчета

7.5. Меню Помощь

Рис. 19  Меню Помощь

 

7.5.1. Команда Подсказка

Команда Подсказка вызывает окно с оглавлением системы подсказки по программе АРМ WinPlain.

7.5.2. Команда О Программе

Команда О Программе выводит на экран окно в котором содержатся название и версия программы, а также сведения о разработчике и обладателе лицензии на программу. Кнопка AПM позволяет получить информацию о Центре "Автоматизированное Проектирование Машин", в котором разработана программа.

 

8. Приложения. Предупреждения, выдаваемые модулем APM WinPlain.

8.1. Предупреждения при вводе исходных данных.

При вводе исходных выдается предупреждающее сообщение если введенное значение выходит за пределы области допустимых значений. Пример такого случая приведен на Рис. 20. Тогда программа вернет Вас в поле ввода того параметра, для которого Вы указали неверное значение.

Рис. 20 Предупреждение модуля APM WinPlain

8.2. Предупреждения при расчете.

Осевая сила слишком велика для данного подшипника.

Это сообщение выдается, когда введенная осевая нагрузка превышает максимально допустимую. Подшипник в этих условиях работать не может, поэтому расчеты прерываются. Рекомендуется увеличить геометрические размеры или уменьшить осевую силу. Также возможно увеличить максимально допустимую нагрузку, то есть применить для изготовления подшипника материал с более высокими прочностными характеристиками.

Температура масляного слоя слишком велика.

Это сообщение выдается если температура масла в рабочей зоне подшипника превышает 80 С. При высоких температурах (больше 80 C) смазывающие свойства большинства масел резко ухудшаются. Это может привести к нарушению сплошности масляной пленки и быстрому износу трущихся поверхностей деталей. В этом случае рекомендуется увеличить геометрические размеры подшипника, радиальный зазор или уменьшить угловую скорость вращения. Возможно также применение внешней системы охлаждения.

Минимальная толщина масляного слоя меньше критической.

Данное сообщение выводится когда минимальная толщина масляного слоя становится меньше критической (Рис. 21); в этом случае поверхности подшипника и вкладыша будут соприкасаться, что приведет к переходу в полужидкостный режим и резкому повышению тепловыделения. Это может привести к быстрому износу трущихся поверхностей и разрушению подшипника. Рекомендуется увеличить геометрические размеры подшипника или уменьшить нагрузку на него.

Режим жидкостного трения

Режим полужидкостного трения.

Рис. 21 Варианты толщины масляного слоя в контактной зоне.

 


email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

 

 

 

 

Рейтинг@Mail.ru Каталог-Молдова - Ranker, Statistics

Directrix.ru - рейтинг, каталог сайтов