Способы диагностирования электрическим методом тел качения

Электрический метод и средство диагностирования подшипниковых опор качения с жидкостной смазкой Варгашкин, Владимир Яковлевич

480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ‘, MOUSEOFF, FGCOLOR, ‘#FFFFCC’,BGCOLOR, ‘#393939’);» onMouseOut=»return nd();»> Диссертация — 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат — бесплатно , доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

Варгашкин, Владимир Яковлевич. Электрический метод и средство диагностирования подшипниковых опор качения с жидкостной смазкой : диссертация . кандидата технических наук : 05.11.13. — Москва, 1993. — 195 с.

Содержание к диссертации

Глава І. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ДШШНОСЇИРОВАНЙЯ ІШОВ ГОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ 14

1.1. Неэлектрические методы диагностирования узлов подшипника качения 14

1.2. Методы диагностирования узлов подшипника качения по электрическим параметрам 17

Глава 2. ВЫБОР ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА 31

2.1. О влиянии колебаний толщины смазочной плёнки на долговечность подшипников качения 31

2.2. Влияние амплитуды и формы колебаний толщины смазочной плёнки на коэффициент снижения долговечности А 43

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ КОЭШЩШТА СНИЖЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ 55

3.1. Измерение флуктуирующего сопротивления 55

3.2. Выбор электрического параметра для оценки коэффициента снижения долговечности 69

3.3. Разработка алгоритма измерения ^ 74

Глава 4. РАЗРАБОШ. СРЩСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ УЗЛОВ ЩЩШПНИКА КАЧШИЯ 91

4.1. Последовательность экспериментального определения значений электрических параметров диагности- руемых узлов подшипника качения и их использо вание при расчёте электрической схемы средства диагностирования 91

4.2. Измерение коэффициента р при принудительном изменении характера смазки подшипников качения 108

4.3. Анализ погрешностей измерения а 118

Глава 5. ИССШВДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДА И СРЩСТВА ПРИ ПР0ІЇЇ03ИР0ВАНИИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОД1ШШИК0ШХ УЗЛОВ 134

5.1. Постановка задачи исследования 134

5.2. Получение и предварительная обработка результатов экспериментов 142

5.3. Корреляционный анализ зависимостей мезду величинами / и ^ 153

5.4. Сравнение результатов прогнозирования долговечности подшипниковых узлов по результатам измерений fa ; fa ж ув 167

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 177

ПРИЛОЖЕНИЕ I. РАСЧЁТ РАЗМЕРОВ ЗОН ТРЕНИЯ И ПРОВОДИМОСТИ 3

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПРОГРАММА БАЙТОВОГО ОШЕНА ШЧИШШТЕДЬНОГО КОМПЛЕКСА «ИСКРА-І256» С ШОКОМ ИНТЕРФЕЙСНЫМ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ «ИСКРА-0І5-0І4» 18

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. РАСЧЁТ ПРДЩЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ВЕЛИЧИНЫ * 22

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. РАСЧЁТ ЗНАЧЕНИЙ *,„««. И игміШ 34

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ТАБЛИЦЫ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССШЩОВАНЙЙ 42

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. ПРОГРАММА Ш РАСЧЁТА ОЦЕНОК ак И Электрический метод и средство диагностирования подшипниковых опор качения с жидкостной смазкой

Источник

ЭЛЕКТРОРЕЗИСТИВНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ПРИРАБОТКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Полный текст:

Аннотация

Обоснована возможность мониторинга процессов приработки подшипников качения с использованием электрорезистивного метода контроля. Описана сущность метода, проанализированы его особенности, обеспечивающие возможность получения объективной информации о состояния объекта при его приработке. Приведены результаты экспериментальных исследований эффективности различных диагностических параметров, подтверждающие возможность реализации объективного контроля приработки подшипников электрорезистивным методом.

Ключевые слова

Об авторах

Список литературы

1. Патент SU 1663256 Способ приработки радиальноупорных подшипников в дуплексе / И.А. Булавин, А.В. Смолюгов, А.Ю. Груздев, Н.В. Агеев, Н.Е, Паршин, В.П, Адаричев, В.В Гришин. – Опубл. 15.07.91. Бюл. № 26.

2. Пыльнова, А.В. Контроль подшипников качения на выбеге в процессе ультразвуковой приработки / А.В. Пыльнова, О.М. Батищева // Надежность и качество. Труды международного симпозиума. – 2010. – Т.2. – С. 124-125.

3. Шуваев, В.Г. Вибрационная диагностика и контроль приработки подшипников качения на основе разделения вибрационных сигналов / В.Г. Шуваев, А.В. Пыльнова // Надежность и качество. Труды международного симпозиума. – 2013. – Т.2. – С. 280-282.

4. Контроль и диагностика при обеспечении качества машиностроительных изделий / М.И. Абашин [и др.]; под ред. А.В. Киричека и К.В. Подмастерьева. – М. : Спектр, 2012. – 338 c.

5. Подмастерьев, К.В. Электропараметрические методы комплексного диагностирования опор качения / К.В. Подмастерьев. – М. : Машиностроение-1, 2001. – 376 с.

6. Елин, Л.В. Электрическое сопротивление пленок смазочного масла «машинное-2» и трансформаторного / Л.В. Елин, Н.В. Захаржевская // Одесский институт инженеров морского флота: Научные труды. – Вып. 8. – М. : Морской транспорт, 1949. – С. 120–134.

7. А.с. 139128 СССР, G 01 l. Устройство для контроля за состоянием подшипников / Н.И. Коровин, А.И. Эйсурович. – Опубл. 30.03.61, Бюл. № 12.

8. Кеннел, Дж. Упругогидродинамическая смазка приборного шарикового подшипника / Дж. Кеннел, Д. Снидекер // Тр. амер. о-ва инж.-мех. Сер. Проблемы трения и смазки. – 1976. – № 2. – С. 57–63.

9. Кончиц, В.В. Триботехника электрических контактов / В.В. Кончиц, В.В. Мешков, Н.К. Мышкин. – Минск : Наука и техника, 1986. – 260 с.

10. Свириденок, А.И. Акустические и электрические методы в триботехнике / А.И. Свириденок [и др.]. – Минск : Наука и техника, 1987. – 257 с.

11. Подмастерьев, К.В. Исследование влияния макроотклонений дорожек качения колец на состояние смазки в подшипнике электрорезистивным методом/ К.В. Подмастерьев, В.В. Марков // Трение и износ. 2005. – Т. 26. № 5. – С. 546-553.

12. Подмастерьев, К.В. Электрический метод и средства поиска локальных дефектов опор качения / К.В. Подмастерьев, Е.В. Пахолкин // Дефектоскопия. – 1998. – № 8. – С. 59–67.

13. Патент № 2124191 РФ, G 01 М13/04. Способ диагностирования тел качения подшипников и устройство для его осуществления / К.В. Подмастерьев, Е.В. Пахолкин. – Опубл. 27.12.98, Бюл. № 36.

14. Патент 2110053 РФ, G 01 M13/04. Способ диагностирования колец подшипников качения / К.В. Подмастерьев, С.Ф. Корндорф, Е.В. Пахолкин. – Опубл. 27.04.98, Бюл. № 12.

15. Неразрушающий контроль / В.П. Вавилов [и др.], под общ. Ред. В.В. Клюева. – М.: Машиностроение, 2006. – Т.5. Кн. 1. Тепловой контроль. Кн. 2. Электрический контроль (2-е издание, исправленное).

16. Пахолкин, Е.В. Приборы для трибомониторинга / Е.В. Пахолкин, К.В. Подмастерьев // Датчики и системы. – 2008. № 3. – С. 16-19.

Для цитирования:

Подмастерьев К.В., Подмастерьев А.К. ЭЛЕКТРОРЕЗИСТИВНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ПРИРАБОТКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ. Приборы и методы измерений. 2015;6(1):47-55.

For citation:

Podmasteryev K.V., Podmasteryev A.K. ELECTRO-RESISTANCE METHOD OF CHECK A PROCESS GRINDING THE ROLLING BEARINGS. Devices and Methods of Measurements. 2015;6(1):47-55. (In Russ.)

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Источник

Лекция 6

ЭЛЕКТРОРЕЗИСТИВНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

При решении задач технического диагностирова­ния, контроля и прогнозирования состояния узлов ма­шин и механизмов (подшипников качения, скольжения, зубчатых зацеплений и т.п.), а также при трибомониторинге широкое применение находят электропараметрические методы, основанные на определении искомых характеристик объекта путем оценки параметров флуктуирующих при его работе активного электрического сопротивления или проводимости. Данные методы назы­вают электрорезистивными, они существенно расширя­ют область применения традиционных методов электри­ческого сопротивления, основанных на оценке состояния электропроводящих объектов (например, медных про­водников на печатных платах) по их электрическому сопротивлению.

При реализации электрорезистивных методов со­стояние объекта оценивается при его работе в эксплуа­тационных (или имитирующих эксплуатационные) режимах и условиях. При этом специальные первичные преобразователи не применяются — сигнал измеритель­ной информации снимается непосредственно с трущихся деталей или деталей, гальванически связанных с ними, а определение необходимых характеристик объекта осу­ществляется с помощью соответствующих алгоритмов обработки информации.

Методы обеспечивают комплексную оценку со­стояния объекта, контроль макрогеометрии и поиск де­фектов его рабочих поверхностей, оценку толщины и фактического состояния разделяющей поверхности сма­зочной пленки, количественную оценку режима смазки в зонах трения и т.п. С их помощью эффективно решаются задачи входного контроля и контроля качества сборки узлов на этапе изготовления машин и механизмов, функ­циональной диагностики объектов в процессе эксплуата­ции изделий, оценки степени износа и возможности экс­плуатации объектов в течение следующей межконтрольной наработки (дефектация) при техническом обслужи­вании и ремонте, функциональной диагностики объектов при проведении испытаний и трибологических исследо­ваниях.

При работе смазанного узла вследствие гидродина­мического эффекта в зонах трения его деталей самопро­извольно образуется устойчивый слой (пленка) смазоч­ного материала, препятствующий непосредственному контактированию поверхностей. Толщина пленки непре­рывно изменяется — флуктуирует, возможны ее кратко­временные местные разрушения в контактах наиболее высоких неровностей поверхностей (микроконтакты), что свидетельствует о переходе от жидкостной смазки к полужидкостной или граничной. Состояние смазки в зонах трения формируется совместным действием боль­шого числа факторов и параметров (микро- и макрогео­метрия рабочих поверхностей, нагрузка в контакте и скорость относительного перемещения поверхностей, свойства конструкционных и смазочных материалов, температура, работоспособность системы смазывания и т.п.) и является комплексным критерием, количественная оценка которого обеспечивает получение необходимой информации как для контроля, так и для прогнозирова­ния технического состояния узлов трения.

Смазочный материал обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, поэтому изменения со­стояния смазки в зонах трения (флуктуации толщины пленки, ее разрушения, изменения характера контактирования поверхностей и т.п.) приводят к соответствую­щим изменениям электрической проводимости (g) и со­противления (R) объекта.

Сопротивление трибосопряжения включает ряд со­ставляющих:

где R_м, R_оп, R_ст, R_сп — соответственно сопротивления контактируемых деталей, стягивания, окисных пленок и смазочных пленок.

Значение R_M определяется удельным сопротивлени­ем материалов деталей (р), и по сравнению с другими составляющими R для металлов пренебрежимо мало (для сталей р € [10 -7 ; 10 -6 ] Ом • м). Окислы металлов — полу­проводники с р_ок € [10 2 ; 10 5 ] Ом • м, однако ввиду боль­шой пористости окисных пленок поверхностей трения R_оп обычно имеет невысокие значения. Сопротивление стягивания R_ст зависит от радиуса контурной площади контакта а_к, а также размеров r и числа п_п действитель­ных пятен контактов поверхностей:

Сопротивление смазочных пленок R_cn также вклю­чает несколько составляющих: тонкие поверхностные пленки (3-10 нм) имеют туннельную проводимость с

тонкие граничные слои (0,1-1 мкм) обладают полупро­водниковыми свойствами, а смазочный материал в толстых слоях является диэлектриком (р_см € [10 5 ; 10 22 ] Ом • м), при этом значение сопротивления пленки связано с ее толщиной монотонной и практически линейной зависи­мостью, что широко используется в трибометрии.

В зависимости от вида смазки различные состав состав­ляющие оказывают большее или меньшее влияние на значение сопротивления объекта, комплексно характери­зующее его состояние:

в условиях жидкостной смазки R определяется в основном параметрами гидродинамической смазочной пленки (R приблизительно равно R_cn) и, изменяясь из-за флуктуаций ее тол­щины и свойств смазочного материала при работе объек­та, остается достаточно большим (при толщине пленки h = 1 мкм R € [10 7 ; 10 11 ] Ом);

в условиях граничной смазки R определяется в основном сопротивлением стягивания (R приблизительно равно R_ст) и, изме­няясь в зависимости от параметров действительных пя­тен контактов поверхностей, существенно снижается (при микроконтактировании R € [10 -3 ; 10 2 ] Ом);

при полужидкостной смазке (наиболее распро­страненный режим) R определяется комплексом различ­ных параметров фрикционного взаимодействия и изме­няется в широких пределах (на рис. 17 представлен схе­матично вид функции g(f), а на рис. 18 — примеры им­пульсов проводимости при микроконтактировании).

Рис. 18. Примеры импульсов проводимости при микроконтактировании в подшипнике качения

Вследствие случайности происходящих в зонах трения процессов флуктуации проводимости объекта при его работе являются случайными, при этом характер закона распределения вероятности проводимости для различных видов смазки соответствует графикам рис. 19, где g_n и g_K — характерные средние значения проводимо­сти при наличии смазочной пленки в зонах трения и при микроконтактировании.

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И МОДЕЛИ

В зависимости от решаемых диагностических задач и конструктивных особенностей объектов используются различные диагностические параметры и модели.

Наибольшую информацию о техническом состоя­нии объекта позволяет получить оценка закона распре­деления вероятности его проводимости или сопротивле­ния. Опыт использования такой оценки известен в три­бометрии при определении нагрузки в контакте, интен­сивности изнашивания, исследовании явления пленочно­го голодания. Оценка закона, однако, представляет су­щественную проблему и предполагает применение сложной диагностической аппаратуры, что приемлемо лишь в лабораторных условиях при проведении триболо­гических исследований. В практике неразрушающего контроля и технической диагностики обычно ограничиваются анализом совокупности диагностических пара­метров — точечных оценок закона распределения вероятности информативного параметра.

Рис. 19. Плотность распределения проводимости трибосопряжения при жидкостной (а), граничной (б) и полужидкостной (в) смазках

Одним из наиболее распространенных диагностиче­ских параметров является среднее сопротивление, кото­рое определяют либо непосредственно R_cp, либо как ве­личину, обратную средней проводимости R ‘_ср = 1 / G_cp. В первом случае объект подключают к источнику тока I₀ и измеряют среднее значение падения напряжения U_ср на нем за некоторое время Т_н, а во втором — к источнику напряжения U₀ и измеряют среднее значение тока I_ср:

По существу R_ср и G_cp являются оценками матема­тического ожидания законов распределения вероятности сопротивления и проводимости объекта, поэтому пара­метры R_ср и R‘_cр однозначно и комплексно характеризу­ют его состояние. В случае жидкостной смазки (G_cp = g_n) они характеризуют усредненное значение толщины пленки в зонах трения, при граничной (G_cp = g_K) — несут информацию о размерах пятен контактов и толщине по­верхностных пленок. Широкое применение этих пара­метров обусловлено также простотой их измерения (достаточно использовать вольтметр или амперметр с магни­тоэлектрической системой).

На основе совместного рассмотрения теорий фрик­ционного изнашивания, контактирования шероховатых поверхностей и электрического контакта синтезирован универсальный диагностический параметр G»_cp, функ­ционально связанный с интенсивностью фрикционного изнашивания:

где а_с — определяется типом объекта, свойствами мате­риалов деталей, параметрами микрогеометрии рабочих поверхностей, видом смазки.

Так, например, для упругого контакта неровностей поверхностей стальных деталей при режиме смазки, близком к граничному (нагрузку воспринимают в основ­ном микронеровности, а сближение поверхностей опре­деляется нагрузкой в контакте), рекомендуется в зависи­мости от характеристик поверхностей _с €[0,9; 1,1] для точечного контакта и _G € [1,3; 1,7] для линейного контакта; при полужидкостном режиме смазки с редкими микроконтактами (нагрузку воспринимает в основном смазочный слой, сближение определяется толщиной гид­родинамической пленки) рекомендуется _G € [2,9; 3,6]. ­В случае пластического контакта микронеровностей по­верхностей при граничном трении для точечного контак­та _G = 0,8, для линейного _G = 1,2, а при полужидко­стном режиме смазки с редкими микроконтактами — _G = 2,6. Таким образом, широко применяемый диагно­стический параметр G_cp является частным случаем пара­метра G»_p при _G =1

Характерно, что всегда выполняется условие (R‘_ср / R_cр) 3 . Изме­няясь от 1 при отсутствии колебаний толщины пленки до 0 при полужидкостной смазке, β _д характеризует относи­тельное снижение долговечности подшипника по срав­нению с его долговечностью при той же средней толщи­не пленки и отсутствии ее колебаний.

Для решения ряда трибометрических задач при ра­боте объектов в условиях полужидкостной смазки (оцен­ка средней толщины смазочной пленки в зонах трения, степени ее флуктуаций, размеров действительных пло­щадок контактов при микроконтактировании и т.п.) в качестве диагностических параметров применяются оценки среднего сопротивления смазочной пленки R_n и среднего контактного сопротивления объекта R_K, кото­рые определяют с учетом принятых на рис. 17 обозначе­ний из выражений:

:

где «n_Т — число импульсов проводимости в объекте, соот­ветствующих R(t) ≤ R_пор за время Т_н; t_н(к) — время начала (конца) i-го импульса проводимости; R_nop — пороговое значение сопротивления (задается R_nop € [50; 100] Ом, что несколько превышает сопротивление объекта при микроконтактировании и соответствует g_пор= g_пор1 на рис. 19).

Для контроля и диагностики узлов трения, количе­ственной оценки состояния смазки в зонах трения, де­фектоскопии рабочих поверхностей широко применяются электроконтактные методы, основанные на анализе параметров импульсов проводимости объекта при мик­роконтактировании. В качестве диагностических пара­метров используют предельные и средние значения час­тоты и длительности микроконтактирований за опре­деленное время или число оборотов подвижной детали. Наиболее универсальным и информативным параметром этой группы является нормированное интегральное вре­мя (НИВ) электрического контактирования (К). Значе­ние этого параметра определяется отношением суммар­ной длительности соответствующих микроконтактиро­ванию импульсов проводимости объекта за время измерения к значению Т_н :

Изменяясь от 0 при жидкостной смазке до 1 при граничной смазке параметр НИВ (К) является статисти­ческой оценкой вероятности микроконтактирования в объекте (Р_к).

Электроконтактные методы традиционно исполь­зуются в трибологии для выявления и анализа металли­ческого контактирования деталей трибосопряжений, количественной оценки полужидкостной смазки и т.п., при этом наибольшее развитие эти методы получили в направлении диагностирования подшипников и опор качения.

Обобщенная диагностическая модель микроконтактирования в подшипнике имеет вид:

где индексы н(в), i свидетельствуют о принадлежности параметра наружному (внутреннему) кольцу и (или) i-ому телу качения; Р₁ и Р — вероятности микроконтак­тирования деталей по одной паре неровностей и общая; п_ш — число неровностей в зоне контакта; Rq, Rmax, Rp,S, b_ш, v, k₂ — параметры шероховатости поверхностей; λ — коэффициент толщины пленки; F, F_r — общая и ра­диальная нагрузка в контакте; E, η — модуль упругости и коэффициент Пуассона материалов деталей; Σр — сумма главных кривизн поверхностей в точке касания; п_а, n_b — конструктивные параметры подшипника; А_Д — площадь дефекта; k₀(х), h(х) — гидродинамическое давление и толщина смазочной пленки в точке с координатой х; ,μ, п — динамическая вязкость и пьезокоэффициент вязко­сти смазочного материала; δ — сближение поверхностей; λ_а, λ_b — кривизны поверхностей до деформации; h_m1 — наименьшее расстояние между недеформированными поверхностями; h₀ — толщина смазочной пленки в точках экстремумов давления; А’ — коэффициент пропорцио­нальности; V_a ,V_b — скорости перемещения поверхностей; s, ε — параметры, определяющие профиль дефекта; D_max, m_Д и х’ — параметры глубины, протяженности и смещения дефекта; Т_п(х) — полином Чебышева; R(φ), R₀ — текущее и среднее значения радиуса дорожки каче­ния; φ — угловая координата;Q_k , φ_к— амплитуда и фазо­вый угол k-й гармоники радиуса дорожки качения (к = 1 для эксцентриситета, к = 2 для овальности, к = 3. — для огранки); р — предельный номер учитываемой при анализе гармоники; α — координата ближайшего к F_r тела качения; W и β ,- модуль и аргумент вектора смеще­ния кольца; γ = 2п / Z — угловое расстояние между тела­ми качения; Z — число тел качения; G_δ , G_r — упругая ха­рактеристика и радиальный зазор в подшипнике.

Модель описывает характер влияния на рассматри­ваемый диагностический параметр таких характеристик объекта, как номинальная макрогеометрия, регулярные отклонения геометрической формы, шероховатость и параметры локальных дефектов рабочих поверхностей деталей, свойства конструкционных и смазочных мате­риалов, режимы и условия работы объекта и т.п. (рис. 20). Таким образом, получаемая информация об объекте многопараметрическая, что, с одной стороны, обеспечивает возможность реализации комплексной оценки его состояния, характеризуемого совместным влиянием всей совокупности внутренних параметров объекта и внешних факторов, а, с другой, создает условия контроля отдельных характеристик технического состояния объекта.

При решении задачи выделения необходимой ин­формации о состоянии подшипника принимаются во внимание следующие особенности электроконтактных методов:

на значение диагностического параметра деталей, которые за время его оценки попадают в контактные зо­ны нагруженных тел качения с кольцами;

с увеличением нагрузки в контакте вероятность микроконтактирования деталей возрастает, что приводит к увеличению чувствительности параметра к состоянию находящихся в контактной зоне участков рабочих по­верхностей;

неравномерность распределения нагрузки между телами качения создает возможность задания тре­буемой чувствительности параметра К к различным участкам поверхностей путем их соответствующего нагру­жения.

Рис. 20. Схема воздействия характеристик подшипникового узла на диагностический параметр НИВ

С учетом указанных особенностей выделение необ­ходимой информации о состоянии объекта осуществля­ется путем создания алгоритмов обработки информации о флуктуирующем значении его сопротивления (прово­димости), адаптированных к имеющему место в объекте или создаваемому при диагностировании характеру его нагружения.

Источник