ANALYSIS OF HYDRODYNAMIC LUBRICATION IN STATIC LOADED JOURNAL BEARING

Abstract

Pressure distribution, friction coefficient, oil film thickness, oil flow rate, etc. are important design criteria in terms of bearing design and optimum energy efficiency in hydrodynamic lubricated journal bearings. In this study, pressure distribution, in every pressure point, is determined while using finite difference method with Reynolds Lubrication Differential Equation iteratively. With the algorithm designed in the study, it is possible to determine the pressure value, lubricant layer thickness, friction coefficient and bearing capacity by changing the journal speed. The results obtained with the MATLAB program prepared were compared with similar studies.

Keywords

• Journal bearing
• Reynolds equation
• Finite difference method
• Hydrodynamic lubrication
• Tribology

STATİK YÜKLÜ RADYAL KAYMALI YATAKLARDA HİDRODİNAMİK YAĞLAMANIN ANALİZİ

Abstract

Hidrodinamik yağlamalı kaymalı yataklarda basınç dağılımı, sürtünme katsayısı, yağ film kalınlığı, yağ debisi, vb. gibi değerler yatak tasarımı ve optimum enerji verimliliği açısından büyük öneme sahip tasarım kriterleridir. Bu çalışmada basınç dağılımını ifade eden Reynolds Yağlama Diferansiyel denklemi sonlu farklar metodu ile çözülerek her bir basınç noktası için iteratif çözüm yapılmıştır. Çalışmada kurgulanan algoritma ile muylu hızını değişimi ile basınç değeri, yağlayıcı katman kalınlığı, sürtünme katsayısı ve yatak kapasitesi belirlemek mümkündür. Hazırlanan MATLAB programı ile elde edilen sonuçlar benzer çalışmalarla kıyaslanmıştır.

Keywords

• Radyal kaymalı yatak
• Reynolds denklemi
• Sonlu farklar yöntemi
• Hidrodinamik yağlama
• Triboloji

References

1. Adatepe, H., Bıyıklıoğlu, A.,2009. Dinamik Yüklü Radyal Kaymalı Yataklarda Yağ Giriş Sıcaklığının Yatak Performansına Etkisi, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 6, No: 4, 2009 (1-10)
2. Adatepe, H., Cengil, M., Güneş, B., 2012. Statik Yük Altındaki Kaymalı Yataklarda Sürtünme Katsayısının Teorik ve Deneysel Olarak Belirlenmesi. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 9, No: 1, 2012(25-34)
3. Budynas, R., Nisbett,K., 2006. Shigley's Mechanical Engineering Design. McGraw−Hill Primis ISBN: 0−390−76487−6.
4. Durak, E., 2003. Borik Asitin Katkı Maddesi Olarak Yağlama Yağında Kullanılmasının Araştırılması, Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 5-1, 121-129.
5. Durak, E., 2019. Kaymalı yatak tasarımı kriterleri II, Erişim Tarihi: 23.05.2019. https://lubricant-world.com/kaymali-yatak-tasarimi-kriterleri-ii/
6. Frêne, J., Nicola, D., Degueurce, B., Berthe, D., Godet, M., 1997. Hydrodynamic lubrication bearings and thrust bearings. In Tribology series 33 (Ed. D. Dowson), 470 p. Elsevier, London, UK.
7. Frene,J.,1998. CFD Techniques in Hydrodynamic Lubrication, Ders Notları. Boğaziçi Üniversitesi, Makina Mühendisliği, İstanbul.
8. Gao, G., Yin, Z., Jiang, D., Zhang, X., 2014. Numerical analysis of Plain Journal Bearing under Hydrodynamic Lubrication by Water. Tribology International, 75, 31–38. doi:10.1016/j.triboint.2014.03.009

9. Grabon´ W., Smykla J., 2012. Computer Program for Simulation of Pressure Distribution in the Hydrodynamic Radial Bearing. Artif Intell Driven Solut Bus Eng Prob, pp. 176–186 ISBN: 978-954-16-0060-3 .
10. Hashimoto, H., 1997. Surface Roughness Effects in High- Speed Hydrodynamic Journal Bearings, ASME Journal of Tribology, 119, 4,776-780.
11. Koç, E., 2008. Makina Elemanları Cilt 2., Adana Nobel Kitabevi, Adana.
12. Kurban, A.O., 1990. Eksenel Kaymalı Yataklarda Elastohidrodinamik Yağlama ve Elastik Deformasyona Uğrayabilen Kaymalı Yatak Dizaynı. Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 110s, Kayseri.
13. Liu, H., Xu, H., Ellison, P. J., Jin, Z., 2010. Application of Computational Fluid Dynamics and Fluid–Structure Interaction Method to the Lubrication Study of a Rotor–Bearing System. Tribology Letters, 38(3), 325–336. doi:10.1007/s11249-010-9612-6.
14. Mane, R.M., Soni, S., 2013. Analysis of Hydrodynamic Plain Journal Bearing, Excerpt from the Proceedings of the 2013 COMSOL Conference in Bangalore.
15. Myung-Rae, C., Shin,H.J. ve Han,D.C., 2000. A Study On The Circumferential Groove Effects On The Minimum Oil Film Thickness In Engine Bearings Ksme International Journal, Vol. 14, No. 7, 737- 743.
16. Nuruzzaman, D. M., Khalil, M. K., Chowdhury, M. A., Rahaman, M. L., 2010. “Study on Pressure Distribution and Load Capacity of a Journal Bearing Using Finite Element Method and Analytical Method,” International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering IJMME-IJENS, vol. 10, no. 5.
17. Razavykia, A., Delprete, C., Baldissera, P.,2019. Numerical Study of Power Loss and Lubrication of Connecting Rod Big-End, Lubricants 7, 47; doi:10.3390/lubricants7060047.
18. Salman,Ö, Durak, E., 2011. Çevre Dostu Bitkisel Yağ Esaslı Yağlama Yağları, YTÜ Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, Sigma 29,412-421.
19. Santos, E.N., Blanco, C.J.C., Macˆedo, E.N., Maneschy, C.E.A., Quaresma, J.N.N.,2012. Integral transform solutions for the analysis of hydrodynamic lubrication of journal bearings. Tribology International, 52 s, 161–169.
20. Şimşek, M., 2014. Mikro Ark Oksidasyon İle Al203 Kaplanmış AA7075 Alaşımının Kuru Ve Yağlı Şartlarda Sürtünme Ve Aşınma Davranışının İncelenmesi", Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 232s, Isparta.
21. Singh, A., Verma, N., Chaurasia, A., Kumar, A., 2020. Effect of TiO2 Additive Volume Fraction in Lubricant Oil on the Performance of Hydrodynamic Journal Bearing. IOP Conf. Series:Materials Science and Engineering 802, doi:10.1088/1757- 899X/802/1/012005.
22. Soydan Y., Ulukan L., 2013. Temel Triboloji. Sürtünme- Aşınma Yağlama Bilimi ve Teknolojisi. Sakarya.
23. Sun, J., Changlin, G., 2004. Hydrodynamic Lubrication Analysis of Journal Bearing Considering Misalignment Caused by Shaft Deformation, Tribology International, Volume 37, Issue 10, Pages 841-848, https://doi.org/10.1016/j.triboint.2004.05.007
24. Syfris D., Chasalevris A., 2012. An Exact Analytical Solution of the Reynolds Equation for the Finite Journal Bearing. Tribology International. 55(1), pp. 46-58. doi:10.1016/j.triboint.2012.05.011
25. Temiz, V. 2014. Makina Elemanları 1 Triboloji Genel Bilgiler, Ders notları. Erişim tarihi:15.05.2019. https://web.itu.edu.tr/temizv/Sunular/Triboloji.pdf.
26. Tobias H., 2016. Journal Bearing Design Tool: Time-dependent Analysis of Bearing Film Thickness, Power Loss and Load Response, Master of Science in Engineering Technology, Mechanical Engineering, Luleå University of Technology.
27. Wang Y., Yin Z., Jiang D., Gao G., Zhang X., 2016. Study of the lubrication performance of water-lubricated journal bearings with CFD and FSI method. Industrial Lubrication and Tribology, 68(3) pp. 341-348. doi: 10.1108/ILT-04-2015-0053
28. Woloszynski, T., Podsiadlo P., Stachowiak, G.W., 2015. Efficient Solution to the Cavitation Problem in Hydrodynamic Lubrication, Tribology Letters volume 58, 18.