Document 168418

УДК 620.179.1.082.7:658.58
А.В. ЖИДКОВ, М.П. ЖИЛЬЦОВ, А.С. ПАШМЕНТОВА, И.В. ПАВЛЮЧЕНКО,
Л.С. БОБЕРНАГА
A.V. ZHIDKOV, M.P. ZHILTSOV, A.S. PASHMENTOVA, I.V. PAVLYUCHENKO,
L.S. BOBERNAGA.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ В ЗОНЕ ТРЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОЙ ДЕТАЛИ
EXPERIMENTAL RESEARCHES ELECTRICAL PARAMETERS PROCESSES IN
THE FRICTION ZONE SPHERICAL DETAILS
В статье рассмотрена проблема оценки качества изготовления сферических поверхностей. Приведены первичные сигналы с разных опор трения. Проведена обработка сигнала, сделаны соответствующие выводы.
Ключевые слова: испытания, граничные слои, сферические поверхности, смазка, электрорезистивный
метод, трение, трибосопряжение, износ.
The article considers the problem of assessing the quality of manufacture of spherical surfaces. The article
shows the primary signals with different friction bearings. Signal processing was carried out, conclusions were made.
Keywords: testing, boundary layers, spherical surfaces, lubrication, electroresistive method, friction, tribocoupling, wear.
Применение сферических поверхностей в технике весьма разнообразно, к ним относятся шарнирные, сферические подшипники и наконечники, эндопротезы ТБС и другие конструктивные детали [1], [2], [3].
Трение в исследуемых трибосопряжениях оказывает существенное влияние на надежность и качество таких узлов и устройств, поэтому для потребителей является актуальной
проблема оценки качества состояния сферических деталей до их установки в объект эксплуатации [4].
Целью данных исследований является получение диагностической информации о состоянии рабочих поверхностей сферической опоры с парой трения типа металл-металл и
оценки их качества в режимах работы близких к эксплуатационным.
При проведении исследовании использовался электрорезистивный метод, позволяющий получить информацию о трибосопряжении, исходя из анализа электрического сопротивления в зоне трения, косвенным способом через измерение падения напряжения на предмете исследования.
Предмет исследования представляет собой палец шаровой опоры, находящийся в трибосопряжении с корпусом опоры. Шаровый палец закреплен в сверлильном патроне, которому с осевой нагрузкой сообщается момент вращения от двигателя, корпус в это же время
является неподвижной частью трибосопряжения. Таким образом, имитируются приближенные к реальным условия работы сферической опоры.
В установку для проведения исследования входит: источник стабильного тока с диагностическим сигналом I= 1 мА, инструментальный усилитель с коэффициентом усиления
𝑘 = 24, осциллограф с полосой пропускания 𝑓 = 100 МГц, ртутный токосъёмник, виды
смазки: литол, силиконовая смазка.
При вращении шарового пальца вследствие гидродинамического эффекта самопроизвольно образуется смазочная пленка [5]. Поскольку, электросопротивление смазочной пленки существенно превосходит, как правило, сопротивление металлического контакта между
опорой и корпусом трибосопряжения, то контроль параметров сопротивления сферической
опоры отражает техническое состояние смазочной пленки, которая уменьшает трение, снижает контактные напряжения, предохраняет трущиеся поверхности от коррозии. Вследствие
этого, нарушения сплошности смазочной пленки приводит к ухудшению показателей надежности опоры [6].
На рисунках 1, 2 представлены сигналы, полученные из зоны трения взаимодействующих деталей с деформированной и недеформированной шаровой опорой, с используемым
смазочным материалом вида «Литол».
с
0.0
В
Амплитуда
0.5
0.5
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
Время
Рисунок 1 – Сигнал, полученный с недеформированной опоры
с
0.3
0.2
0.0
В
Амплитуда
0.1
0.1
0.2
0.3
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
Время
Рисунок 2 – Сигнал, полученный с деформированной опоры
На рисунках 3, 4, 5, 6 приведены соответствующие БПФ спектрограммы и вейвлет
скалограммы, построенные с помощью специализированной программы Wolfram Mathematica 9.0.
Гц
0.00003
0.000025
В
Амплитуда
0.00002
0.000015
0.00001
5. 10
6
0
0
50 000
100 000
150 000
200 000
250 000
Частота
5. 10
6
4. 10
6
3. 10
6
2. 10
6
1. 10
6
Гц
В
Амплитуда
Рисунок 3 – БПФ спектрограмма, полученная с недеформированной опоры
0
0
50 000
100 000
150 000
200 000
250 000
Частота
Рисунок 4 – БПФ спектрограмма, полученная с деформированной опоры
0.5
0.0
0.5
0
5000
10000
15000
20000
Рисунок 5 – Вейвлет скалограмма, полученная с недеформированной опоры
0.3
0.2
0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0
5000
10000
15000
20000
Рисунок 6 – Вейвлет скалограмма, полученная с деформированной опоры
На рисунках 7, 8 представлены сигналы, полученные из зоны трения взаимодействующих деталей с деформированной и недеформированной шаровой опорой, с используемым
силиконовым смазочным материалом.
с
0.2
0.0
В
Амплитуда
0.1
0.1
0.2
0.3
0.00000
0.00005
0.00010
0.00015
0.00020
Время
Рисунок 7 – Сигнал, полученный с недеформированной опоры
с
0.2
В
Амплитуда
0.0
0.2
0.4
0.00000
0.00005
0.00010
0.00015
0.00020
Время
Рисунок 8 – Сигнал, полученный с деформированной опоры
На рисунках 9, 10, 11, 12 приведены аналогичные соответствующие БПФ спектрограммы и вейвлет скалограммы.
Гц
0.00007
0.00006
0.00004
В
Амплитуда
0.00005
0.00003
0.00002
0.00001
0
0
20 000
40 000
60 000
80000
100000
120 000
140 000
Частота
Рисунок 9 – БПФ спектрограмма, полученная с недеформированной опоры
Гц
0.0001
0.00006
В
Амплитуда
0.00008
0.00004
0.00002
0.0000
0
20 000
40 000
60 000
80000
100000
120 000
140 000
Частота
Рисунок 10 – БПФ спектрограмма, полученная с недеформированной опоры
0.2
0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0
5000
10000
15000
20000
0
5000
10000
15000
20000
Рисунок 11 – Вейвлет скалограмма, полученная с недеформированной опоры
0.2
0.0
0.2
0.4
Рисунок 12 – Вейвлет скалограмма, полученная с деформированной опоры
В результате обработки были также получены следующие электрические параметры
(среднее значение (1), (4), дисперсия (2), (5), СКО (3), (6)) сигналов опор с разными смазками
(Литол – л; силиконовая смазка – с):
л
л
𝑈ср.недеформ.
= 0,155 В;
𝑈ср.деформ.
= 0,056 В;
(1)
л
л
𝐷недеформ. = 0,049;
𝐷деформ. = 0,008;
(2)
л
л
𝑆недеформ. = 0,221 В;
𝑆деформ. = 0,088 В;
(3)
с
с
𝑈ср.недеформ. = 0,026 В;
𝑈ср.деформ. = 0,01 В;
(4)
с
с
𝐷недеформ. = 0,01;
𝐷деформ. = 0,012;
(5)
с
с
𝑆недеформ. = 0,1 В;
𝑆деформ. = 0,11 В;
(6)
л
л
𝑅ср.недеформ. = 6,46 Ом;
𝑅ср.деформ. = 3,34 Ом;
(7)
с
с
𝑅ср.недеформ.
= 1,04 Ом;
𝑅ср.деформ.
= 0,4 Ом;
(8)
На основании проведенных оценочных экспериментальных исследований наблюдается разное сопротивление при деформированной и недеформированной шаровой опоры. Однако результаты, полученные при разных смазках разнятся между собой, что в свою очередь
свидетельствует о целесообразности проведения дальнейших детальных исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Шарнирные наконечники [Электронный ресурс] / ЗАО "Альберис". - Режим
доступа: http://www.podshipnick.ru/sharnirnye_nakonechniki.shtml,
свободный. Загл. экрана, (дата обращения: 13.04.2015).
2.
Анализ сферических механизмов [Электронный ресурс] / «Севдормаш». - Режим
доступа:
http://www.sevdor.com/analiz-gazopronicaemosti/572-analiz-sfericheskihmehanismov.html,
свободный. - Загл. экрана, (дата обращения: 13.04.2015).
3.
Pinchuk L.S.,Nikolaev V.I., Tsvetkova E.A., Goldade V.A. Tribology and biophysics of artificial joints [Текст] / L.S. Pinchuk, V.I. Nikolaev, E.A. Tsvetkova, V.A. Goldade. - GB,
Elsevier B.V., 2006. - 361 с.:ил.- ISBN: 0-444-52162-3
4.
Подмастерьев К.В. Электропараметрические методы комплексного диагностирования опор качения. – М.: Машиностроение-1, 2001. – 376 с.
5.
Варгашкин В.Я. Электрический метод и средство диагностирования подшипниковых опор качения с жидкостной смазкой: Дисс... канд. техн. наук. – М., 1993. – 195 с.
6.
Захаров, М.Г. Влияние разрывов смазочной пленки на оценку состояния подшипников качения [Текст] / М.Г. Захаров, В.Я. Варгашкин // Пути повышения надежности
приборов и систем: материалы НТК. – Орел, 1989. – С. 31-36.
Жидков Алексей Владимирович
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет–УНПК», г. Орёл
Аспирант кафедры ПМиС специальности «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»,
научный сотрудник НОЦ «Диатрансприбор»
Телефон: +79536222332
E–mail: alexeyzhidkov1991@mail.ru
Жильцов Михаил Петрович
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет–УНПК», г. Орёл
Студент
научный сотрудник НОЦ «Диатрансприбор»
Телефон: +79536291236
E–mail: mik2015zh@yandex.ru
Пашментова Анна Сергеевна
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет–УНПК», г. Орёл
Студент
научный сотрудник НОЦ «Диатрансприбор»
Телефон: +79202847536, E–mail: adjourn@yandex.ru
Павлюченко Ирина Викторовна
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет–УНПК», г. Орёл
Студент
научный сотрудник НОЦ «Диатрансприбор»
Телефон: +79606417269; E–mail: ira.pavlyuchenko.93@mail.ru
Бобернага Людмила Сергеевна
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет–УНПК», г. Орёл
Студент
научный сотрудник НОЦ «Диатрансприбор»
Телефон: +79536235270; E–mail: ludmila200894@mail.ru