Тепловая диагностика трения подшипников скольжения

Внедрение: 2017 г.

Целью диссертационной работы "Численное восстановление моментов сил трения в системе полимерных подшипников скольжения по температурным данным" [1] является разработка метода тепловой диагностики трения для систем подшипников скольжения при невысоких скоростях вращения на основе численного решения прямых и обратных задач теплопроводности с учетом движения вала. 

PCIe-плата L‑502 была применена автором при экспериментальной проверке эффективности метода тепловой диагностики трения в системе подшипников скольжения. На разработанном модуле испытания материалов на трение и износ (рисунок 1) испытываются 4 подшипника скольжения, нагрузки задаются с равными весами на втулки посредством рычагов в средних подшипниках скольжения. Стальной вал закреплен через муфту с валом машины трения 2070 СМТ‑1. Расстояние между подшипниками составляет 0,08 м.

Рисунок 1. Модуль для испытаний на трение износ антифрикционных полимерных композиционных материалов.

На рисунке 2 представлен общий вид модуля для испытаний материалов на трение и износ с системой регистрации температур в подшипниках и на поверхности вала, а также момента трения по времени.

Рисунок 2. Общий вид модуля для испытаний материалов на трение и износ.

В испытываемых подшипниках во втулках регистрировались значения температур с помощью медь-константановых термопар в окрестности зоны контакта на полмиллиметра от поверхности трения в четырех точках каждого подшипника. Температуры регистрировались с помощью 16-канального многофункционального модуля АЦП / ЦАП E‑502‑X‑U‑D с частотой 180 Гц. Значения момента трения зарегистрированы с помощью устройства «ТЕРМОДАТ‑17Е3» с частотой 1 Гц. В связи с большими колебаниями в измерениях температур, выборки температурных данных обработаны путем медианной фильтрации, затем сглаживанием кубическими сплайнами (рисунок 3). Полученные температурные данные использованы для решения обратной задачи восстановления функций интенсивности тепловыделения. 

Рисунок 3. Сглаживание температурных данных кубическими сплайнами в промежутке времени испытаний.

На рисунке 4 представлено сопоставление зависимостей суммарного момента силы трения, полученных по температурным данным решением обратной задачи теплопроводности и измерением индуктивным датчиком машины трения на части отрезка времени испытаний, поскольку поведение кривых со временем не изменяется.

Рисунок 4. Временные зависимости суммарных моментов трения: 1 – восстановленные по температурным данным; 2 – измеренные индуктивным датчиком момента трения.

Выводы к экспериментальной части диссертации:

1. Равнозначные моменты трения в системе четырех подшипников скольжения при невысоких скоростях вращения вала восстановлены по температурным данным путем решения граничной обратной задачи теплопроводности в условиях различия температурных полей в подшипниках, что свидетельствует об эффективности метода тепловой диагностики трения и в случае неравенства временных зависимостей моментов трения;
2. Согласование значений суммарного момента трения, полученных с помощью принципиально разных методов, находится в пределах 10‑15 %, что подтверждает возможность практического использования предложенного метода для диагностики трения в системе подшипников при невысоких скоростях вращения вала.

Источник:

Тихонов Р.С. Численное восстановление моментов сил трения в системе полимерных подшипников скольжения по температурным данным: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Якутск. – 2017. – 124 с.

Разработчик: Тихонов Р.С. (ФГБУН Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения РАН)