DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).1.151-164

Methodology for calculating the main characteristics of sliding bearings of car systems and units and analyzing their tribological efficiency

Viktor Aulin, Oleksandr Kuzyk, Serhii Lysenko, Andrii Hupka, Andrey Hrinkiv, Inna Zhilova

About the Authors

Viktor Aulin, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: AulinVV@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-2737-120X

Oleksandr Kuzyk, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: kuzykov1985@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-3047-3760

Serhii Lysenko, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: sv07091976@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-0845-7817

Andrii Hupka, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Ivan Pulyuy Ternopil National Technical University, Ternopil, Ukraine, e-mail: Gypkab@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-7565-5664

Andrey Hrinkiv, Senior Researcher, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: avgrinkiv@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-1888-6685

Inna Zhilova, Аssistent, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: inna-y81@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-0834-3713

Abstract

A methodology for calculating the main characteristics of sliding bearings of car systems and units is proposed. The specified methodical approach is important when evaluating indicators of tribological efficiency of couplings of parts, nodes, systems and aggregates and operational reliability of cars as a whole. The bearing activation model makes it possible to formulate measures to increase the tribological efficiency of the couplings of parts and the level of operational reliability of nodes, systems and aggregates, and cars as a whole. In addition, the parameters of the actuation model also respond to friction modes. It is shown that it is possible to increase the tribological efficiency of the sliding bearing by means of design, technological and operational methods. The main formulas that make it possible to develop algorithms for calculating a set of bearing characteristics are presented: contact pressure, stress, strength, sliding resistance, wear, resource. For this purpose, the following values are used: compliance coefficients and relative load, contact angle, contact pressures, contact displacements, and the stress state in the contact zone. The geometric and power parameters of the bearing are involved in the developed methodology and algorithm. Modes of friction and the nature and magnitude of the load on the bearing are also taken into account. An algorithm for calculating auxiliary and main characteristics of a sliding bearing has been developed. The conditions of continuity and equilibrium in contact are clarified. The differential-integral equation of the operation of the bearing is obtained and the dependence of the current contact angle on the friction path and other parameters of the sliding bearing operation model is obtained. It is shown that the tribological efficiency of sliding bearings is established by the method of comparative analysis of tribotechnical characteristics determined by the results of tests on friction machines and a stand.

Keywords

sliding bearing, characteristics, tribological efficiency, operating model, wear, bearing life

Full Text:

PDF

References

1. Pidshypnyky kochennia ta kovzannia. Terminy ta vyznachennia [Rolling and sliding bearings. Terms and definitions]. DSTU 3012-95 from January 1, 1996 [in Ukrainian].

2. Pidshypnyky kovzannia. Metody kontroliu heometrychnykh pokaznykiv i pokaznykiv yakosti materialiv [Sliding bearings. Methods of control of geometric indicators and indicators of material quality]. GOST ISO 12301-95 [in Ukrainian].

3. Pidshypnyky kovzannia. Metalevi bahatosharovi pidshypnyky kovzannia. Ruinivni vyprobuvannia mitsnosti z`iednannia antyfryktsiinoho sharu i osnovy [Sliding bearings. Metal multi-layer sliding bearings. Destructive tests of the strength of the connection between the anti-friction layer and the base] GOST ISO 4386-2-99 [in Ukrainian].

4. Pavlysche, V.T. (2003). Osnovy konstruiuvannia ta rozrakhunok detalej mashyn [Basics of design and calculation of machine parts]. L'viv: Afisha [in Ukrainian].

5. Frolov, Ye.A., Kravchenko, S.I., Popov, S.V. & Hnit'ko, S.M. (2019). Tekhnolohichne zabezpechennia iakosti produktsii mashynobuduvannia [Technological quality assurance of mechanical engineering products]. Poltava [in Ukrainian].

6. Horkusha, A. Yu.., Molchanov, O.D. & Stedlianko, V.H. (2004). Pidvyschennia nesuchoi zdatnosti pidshypnykiv kovzannia polipshenniam teplovoho balansu robochykh zon [Increasing the bearing capacity of sliding bearings by improving the thermal balance of the working zones]. Naukovi pratsi Donets'koho natsional'noho tekhnichnoho universytetu - Scientific works of the Donetsk National Technical University, 71, 151-159 [in Ukrainian].

7. Kindrats'kyj, B.I. & Sulym, H.T. (2003). Ratsional'ne proektuvannia mashynobudivnykh konstruktsij [Rational design of machine-building structures]. Lviv: KINPATRI LTD [in Ukrainian].

8. Novikov, F.V. (2013). Teoriia vysokoiakisnoi obrobky detalej mashyn [Theory of high-quality processing of machine parts]. Kh. : Vyd. KhNEU [in Ukrainian].

9. Malashchenko, V.O., Nikolajchuk, V.V. & Tymejchuk, O.Yu. (2020). Z'iednannia zminnoi zhorstkosti [Joints of variable stiffness]. Rivne: NUVHP [in Ukrainian].

10. Kinyts'kyj, Ya.T. (2013). Teoriia mekhanizmiv i mashyn [Theory of mechanisms and machines]. (3d ed.). Khmel'nyts'kyj : KhNU [in Ukrainian].

11. Al-Quraan, T.M.A., Alfaqs, F., Haddad, J., Vojtov, V., Voitov, A. &, Kravtsov, A. et al. (2023). A Methodological Approach to Assessing the Tribological Properties of Lubricants Using a Four-Ball Tribometer. Lubricants. 11. 457 p. [in English].

12. Savuliak, V.I. & Hubanov, A.V. (2005). Kharakterystyky tertia spokoiu v pidshypnykakh kovzannia shesterennoi hidromashyny [Characteristics of friction at rest in sliding bearings of a gear hydraulic machine]. Visnyk Vinnyts'koho politekhnichnoho instytutu  Bulletin of the Vinnytsia Polytechnic Institute, 2, 81-85 [in Ukrainian].

13. Savuliak, V.I. (2002). Syntez znosostijkykh kompozytsijnykh materialiv ta poverkhnevykh shariv z ekzotermichnykh komponentiv [Synthesis of wear-resistant composite materials and surface layers from exothermic components]. Vinnytsia: UNIVERSUM-Vinnytsia [in Ukrainian].

14. Aulin, V., Derkach, O., Makarenko, D., Hrynkiv, A., Krutous, D., & Muranov, E. (2020). Development of a system for diagnosing bearing assemblies with polymer parts during operation. Technology Audit and Production Reserves. 5(1(55). P.18-20 [in English].

15. Aulin, V.V., Dykha, O.V., Lysenko, S.V. & Hryn'kiv, A.V. (2018). Vplyv rezhymu maschennia na trybotekhnichni kharakterystyky poverkhni spriazhen' detalej dyzeliv avtomobiliv [The influence of the lubrication mode on the tribotechnical characteristics of the surfaces of the couplings of car diesel parts]. Innovative technologies for the development and efficiency of road transport : mizhnar. nauk.-prakt. internet-konf. (14-15 lystop. 2018 r.) - international science and practice internet conference (pp. 218-240). Kropyvnyts'kyj [in Ukrainian].

16. Vojtov, V.A., Kravtsov, A.G. & Tsymbal B.M. (2020). Evaluation of Tribotechnical Characteristics for Tribosystems in the Presence of Fullerenes in the Lubricant. Frict. Wear. 41, P. 521-525 [in English].

17. Dykha, A. et al. (2020). Wear models and diagnostics of cylindrical sliding tribosystem : monograph. Poland : Foundation of Mechatronics Development, 196 p. [in English].

18. Dykha, O.V. et al. (2016). Dyskretne zmitsnennia ta znosostijkist' tsylindrychnykh trybosystem kovzannia [Discrete strengthening and wear resistance of cylindrical sliding tribosystems: monograph]. Khmel'nyts'kyj : KhNU [in Ukrainian].

19. Roik, T.A., Kyrychok, P.O. & Havrysh, A.P. (2007). Kompozytsijni pidshypnykovi materialy dlia pidvyschenykh umov ekspluatatsii [Composite bearing materials for increased operating conditions]. K.: NTUU "KPI" [in Ukrainian].

20. Aulin, V., Lysenko, S., Hrynkiv, A. & Pashynskyi, M. (2022). Improvement of tribological characteristics of coupling parts "shaft-sleeve" with polymer and polymer-composite materials. Problems of Tribology. 27(3/105). Р. 96-107 [in English].

21. Aulin, V.V. (2014). Fizychni osnovy protsesiv i staniv samoorhanizatsii v trybotekhnichnykh systemakh [Physical basis of processes and states of self-organization in tribotechnical systems: monograph]. Kirovohrad : TOV "KOD" [in Ukrainian].

22. Engineering method for calculating the wear of a cylindrical sliding bearings (2019) / Dykha O., Babak O., Makovkin O., Dytyniuk V. Actual problems of modern science : monograph / M. Skyba, T. Topolinski, J. Musial, O. Polishchuk (Eds). Bydgoszcz. P. 277-287 [in English].

23. Lavrynenko, V.I. & Novikov, M.V. (2013). Nadtverdi abrazyvni materialy v mekhanoobrobni [Ultra-hard abrasive materials in machining]. M. V. Novikov (Ed.) K.: Vyd. INM im. V. M. Bakulia [in Ukrainian].

24. Welsh, R. J. (1984). Plain Bearing Design Handbook. Publisher: Butterworth-Heinemann. 176 p. [in English].

25. Havrysh, A. P. et al. (2014). Vplyv tekhnolohichnykh faktoriv almaznoho khoninhuvannia na parametry shorstkosti i tochnosti poverkhon' kompozytnykh pidshypnykiv kovzannia polihrafichnykh mashyn [Influence of technological factors of diamond honing on parameters of roughness and accuracy of surfaces of composite sliding bearings of printing machines]. Naukovi Visti NTUU "KPI"  Scientific News of NTUU "KPI", 5, 59-75 [in Ukrainian].

26. Novikov, F. V. et al. (2012). Prohresyvni tekhnolohii mekhanichnoi obrobky [Progressive technologies of mechanical processing]. Novikov F. V. (Ed.). Kh. : Vyd. KhNEU [in Ukrainian].

27. Frolov, Ye.A. et al. (2019). Tekhnolohichne zabezpechennia iakosti produktsii mashynobuduvannia [Technological quality assurance of engineering products]. Poltava [in Ukrainian].

Citations

1. ДСТУ 3012-95 Підшипники кочення та ковзання. Терміни та визначення. [Чинний від 1996-01.01]. Київ, 1996.

2. ГОСТ ISO 12301-95 Підшипники ковзання. Методи контролю геометричних показників і показників якості матеріалів.

3. ГОСТ ИСО 4386-2-99 Підшипники ковзання. Металеві багатошарові підшипники ковзання. Руйнівні випробування міцності з`єднання антифрикційного шару і основи.

4. Павлище В.Т. Основи конструювання та розрахунок деталей машин. Львів: Афіша, 2003. 560 с.

5. Технологічне забезпечення якості продукції машинобудування / Фролов Є.А., Кравченко С.І., Попов С.В., Гнітько С.М. Полтава, 2019. 204 с.

6. Горкуша А.Ю., Молчанов О.Д., Стедлянко В.Г. Підвищення несучої здатності підшипників ковзання поліпшенням теплового балансу робочих зон. Наукові праці Донецького національного технічного університету. 2004. Вип. 71. С.151-159.

7. Кіндрацький Б.І., Сулим Г.Т. Раціональне проектування машинобудівних конструкцій: монографія. Львів: КІНПАТРІ ЛТД. 2003. 280 с.

8. Новіков Ф.В. Теорія високоякісної обробки деталей машин : монографія. Х. : Вид. ХНЕУ. 2013. 384 с.

9. Малащенко В.О., Ніколайчук В.В., Тимейчук О.Ю. З’єднання змінної жорсткості: монографія. Рівне: НУВГП, 2020. 97 с.

10. Кіницький Я.Т. Теорія механізмів і машин: Довідник. Вид. 3-тє, випр. і доп. Хмельницький : ХНУ. 2013. 59 с.

11. Al-Quraan T.M.A., Alfaqs F., Haddad J., Vojtov V., Voitov A., Kravtsov A. et al. Methodological Approach to Assessing the Tribological Properties of Lubricants Using a Four-Ball Tribometer. Lubricants. 2023. 11. 457 p.

12. Савуляк В.І., Губанов А.В. Характеристики тертя спокою в підшипниках ковзання шестеренної гідромашини. Вісник Вінницького політехнічного інституту. 2005. № 2. С. 81-85.

13. Савуляк В. І. Синтез зносостійких композиційних матеріалів та поверхневих шарів з екзотермічних компонентів: монографія. Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця. 2002. 161 с.

14. Aulin V., Derkach O., Makarenko D., Hrynkiv A., Krutous D., & Muranov E. Development of a system for diagnosing bearing assemblies with polymer parts during operation. Technology Audit and Production Reserves. 2020. 5(1(55), P.18-20.

15. Аулін В. В., Диха О. В., Лисенко С. В., Гриньків А. В. Вплив режиму мащення на триботехнічні характеристики поверхні спряжень деталей дизелів автомобілів. Інноваційні технології розвитку та ефективності функціонування автомобільного транспорту : міжнар. наук.-практ. інтернет-конф., 14-15 листоп. 2018 р., м. Кропивницький. 2018. С. 218-240.

16. Vojtov, V.A., Kravtsov, A.G. & Tsymbal, B.M. Evaluation of Tribotechnical Characteristics for Tribosystems in the Presence of Fullerenes in the Lubricant. Frict. Wear. 2020. 41, P.521-525.

17. Wear models and diagnostics of cylindrical sliding tribosystem : monograph / Dykha A. et al. Poland : Foundation of Mechatronics Development, 2020. 196 p.

18. Дискретне зміцнення та зносостійкість циліндричних трибосистем ковзання : монографія / Диха О.В. та ін. Хмельницький : ХНУ. 2016. 197 с.

19. Роїк Т.А., Киричок П.О., Гавриш А.П. Композиційні підшипникові матеріали для підвищених умов експлуатації : монографія . К.: НТУУ "КПІ". 2007. 404 с.

20. Aulin, V., Lysenko, S., Hrynkiv, A., & Pashynskyi, M. Improvement of tribological characteristics of coupling parts "shaft-sleeve" with polymer and polymer-composite materials. Problems of Tribology. 2022. 27(3/105). Р.96-107.

21. Аулін В. В. Фізичні основи процесів і станів самоорганізації в триботехнічних системах : монографія. Кіровоград : ТОВ "КОД". 2014. 369 c.

22. Engineering method for calculating the wear of a cylindrical sliding bearings / Dykha O., Babak O., Makovkin O., Dytyniuk V. Actual problems of modern science : monograph / M. Skyba, T. Topolinski, J. Musial, O. Polishchuk (Eds). Bydgoszcz, 2019. P. 277-287.

23. Лавриненко В.І., Новіков М.В. Надтверді абразивні матеріали в механообробні : енциклопедичний довідник / за. ред. акад. НАН України М. В. Новікова. К.: Вид. ІНМ ім. В. М. Бакуля, 2013. 456 с.

24. Welsh, R. J. Plain Bearing Design Handbook. Publisher: Butterworth-Heinemann, 1984. 176 p.

25. Вплив технологічних факторів алмазного хонінгування на параметри шорсткості і точності поверхонь композитних підшипників ковзання поліграфічних машин / А. П. Гавриш та ін. Наукові Вісті НТУУ "КПІ". 2014. № 5. С. 59-75.

26. Прогресивні технології механічної обробки : монографія / Новіков Ф. В. та ін. ; за заг. ред. докт. техн. наук, професора Новікова Ф.В. Х. : Вид. ХНЕУ. 2012. 372 с.

27. Технологічне забезпечення якості продукції машинобудування / Фролов Є.А. та ін. Полтава, 2019. 204 с.

Copyright (c) 2024 Viktor Aulin, Oleksandr Kuzyk, Serhii Lysenko, Andrii Hupka, Andrey Hrinkiv, Inna Zhilova