مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عملکرد استاتیکی یاتاقان‌های ژورنال غیرمدور لب‌دار تحت روانکار شامل نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید با استفاده از مدل سیال تنش کوپل

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
چکیده
در سال‌های اخیر با توجه به افزایش سرعت ماشین‌آلات چرخشی نیاز به روانکارها و یاتاقان‌های بهبودیافته برای پاسخ به این چالش افزایش یافته است. در راستای رفع این نیاز محققان روانکارهای حاوی مواد افزودنی از جمله نانوروانکارها و یاتاقان‌هایی با طرح‌های جدید از جمله یاتاقان‌های غیرمدور لب‌دار را پیشنهاد کرده‌اند. در این مقاله، اثر پیش‌بار و نسبت طول به قطر بر عملکرد استاتیکی یاتاقان‌های ژورنال غیرمدور با طول محدود روانکاری‌شده با روانکار حاوی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم در کسر حجمی نانوذرات ۰/۰۱ مورد مطالعه قرار می‌گیرد. بدین منظور با درنظرگرفتن مدل سیال تنش کوپل برای نانوروانکارها، معادله رینولدز اصلاح‌شده به‌وسیله روش اجزا محدود حل و فشار ایجادشده در لایه روانکار محاسبه می‌شود. با کمک فشار فیلم به‌دست‌آمده زاویه مشخصه، ظرفیت تحمل بار، نیروی اصطکاک، ضریب اصطکاک و نشتی جانبی برای یاتاقان‌های دو، سه و چهارلب محاسبه می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد که روانکارهای حاوی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم می‌توانند مشخصه‌های عملکرد استاتیکی یاتاقان‌های ژورنال لب‌دار را بهبود ببخشند. با توجه به نتایج افزایش پیش‌بار و نسبت طول به قطر باعث افزایش ظرفیت تحمل بار یاتاقان‌های لب‌دار می‌شود. همچنین از نتایج دیده می‌شود که انتخاب مقادیر مناسبی از پارامترها می‌تواند نقش بسزایی بر عملکرد این یاتاقان‌ها داشته باشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Analysis of Static Performance of Noncircular Lobed Journal Bearings with Lubricants Containing TiO2 Nanoparticles Using Couple Stress Fluid Model

نویسندگان English

M. Maleki Varnoosfaderani
A. Dashti Rahmatabadi
A.A. Dehghan
Mechanical Engineering Department, Mechanical Engineering Faculty, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده English

In recent years, due to the increase in the speed of rotary machineries, demands for enhanced lubrication and bearing design to overcome this challenge has increased. To satisfy these need, researchers have proposed additive contained lubricants such as Nano-lubricants and bearings with different designs such as noncircular lobed bearings. In this article, effects of preload and aspect ratio on static performance of noncircular lobed journal bearings of finite length lubricated with lubricant containing TiO2 Nano-particles for particle volume fraction of 0.01 are studied. Using finite element method, the steady-state film pressure is obtained by solving the modified Reynolds equation based on the Nano-lubricants and Couple Stress model theories. With the help of film pressure, attitude angle, friction coefficient, friction force, and side leakage of noncircular lobed journal bearings are obtained. The results show that using lubricants containing TiO2 Nano-particles can enhance the performance of static characteristics of two, three, and four lobed journal bearings. According to results, increase in preload and bearing length will increase load carrying capacity noncircular lobed bearings. Based on results, choosing proper design parameters can have great impact on static performance of noncircular lobed journal bearings.

کلیدواژه‌ها English

Noncircular Bearing
Nano-Lubricant
Static Performance
TiO2 Nano-Particles
Couple Stress Model
Choi SUS, Eastman JA. Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles. International Mechanical Engineering Congress And Exhibition, San Francisco, CA (United States), 12-17 Nov, 1995. New York City: ASME; 1995. [Link]
Stokes VK. Theories of fluids with microstructure: An introduction. Berlin: Springer-Verlag; 1984. pp. 34-78. [Link] [DOI:10.1007/978-3-642-82351-0]
Sinha P, Singh C, Prasad KR. Couple stresses in journal bearing lubricants and the effect of cavitation. Wear. 1981;67(1):15-24.
https://doi.org/10.1016/0043-1648(81)90077-6 [Link] [DOI:10.1016/0043-1648(81)90072-7]
Lee CG, Hwang YJ, Choi YM, Lee JK, Choi C, Oh JM. A study on the tribological characteristics of graphite nano lubricants. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2009;10(1):85-90. [Link] [DOI:10.1007/s12541-009-0013-4]
Tao Y, Tao Y, Wang B, Tai Y. Preparation and investigation of nano-AlN lubricant with high performance. Materials Chemistry and Physics. 2014;147(1-2):28-34. [Link] [DOI:10.1016/j.matchemphys.2014.03.040]
Binu KG, Shenoy BS, Rao DS, Pai R. A variable viscosity approach for the evaluation of load carrying capacity of oil lubricated journal bearing with TiO2 nanoparticles as lubricant additives. Procedia Materials Science. 2014;6:1051-1067. [Link] [DOI:10.1016/j.mspro.2014.07.176]
Binu KG, Shenoy BS, Rao DS, Pai R. Static characteristics of a fluid film bearing with TiO2 based nanolubricant using the modified Krieger-Dougherty viscosity model and couple stress model. Tribology International. 2014;75:69-79. [Link] [DOI:10.1016/j.triboint.2014.03.013]
Babu KS, Prabhakaran Nair K, Rajendrakumar PK. Computational analysis of journal bearing operating under lubricants containing Al2O3 and ZnO nanoparticles. International Journal of Engineering Science and Technology. 2014;6(1):34-42. [Link] [DOI:10.4314/ijest.v6i1.4]
Jatti VS, Singh TP. Copper oxide nano-particles as friction-reduction and anti-wear additives in lubricating oil. Journal of Mechanical Science and Technology. 2015;29(2):793-798. [Link] [DOI:10.1007/s12206-015-0141-y]
Chen H, Ding Y, Tan C. Rheological behavior of nanofluids. New Journal of Physics. 2007;9:1-27. [Link] [DOI:10.1088/1367-2630/9/10/367]
Guha SK. A theoretical analysis of dynamic characteristic of finite hydrodynamic journal bearings lubricated with coupled stress fluids. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part J Journal of Engineering Tribology. 2004;218(2):125-133. [Link] [DOI:10.1177/135065010421800207]
Crosby WA, Chetti B. The static and dynamic characteristics of a two-lobe journal bearing lubricated with couple stress fluid. Tribology Transactions. 2009;52(2):262-268. [Link] [DOI:10.1080/10402000802527773]