Содержание к диссертации
ВВЩШИЕ 5
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
1.3. Выводы 28
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
2.3. Выводы 53
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
3.4. Выводы 89
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
4.4. Выводы 130
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
5.5. Выводы 171
ЗШЮЧЕНИЕ 174
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 177
Книга 2
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 <-ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЙБУЛЛА НА ЯЗЫКЕ "ФОРТРАН" KB "ИСКРА-1256И ПО АЛГОРИТМУ, РЖОМЕНДОВАННОМУ РД 50-690-89
/158/ 105
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. ДОКУМЕНТЫ О ОПЫШО-ПРШЬШШННОЙ ПРОВЕРКЕ И ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАВДОННОЙ РАБОТЫ 107
Введение к работе
Актуальность работы» Качество механизмов и машин в значительной степени определяется способностью деталей выдерживать условия трения, возникающего при их взаимодействии. Одними из наиболее распространённых узлов трения являются узлы подшипника качения. В настоящее время отечественная подшипниковая промышленность производит в год около I миллиарда штук шарикоподшипников, диаметром от I мм до 3 м и массой от сотых долей грамма до 6 тонн более чем 15 тысячам типоразмеров /I/,
Выход подшипниковых узлов из строя часто является причиной возникновения аварийных ситуаций. Четверть отказов систем автоматического управления происходит по вине подшипников /2/. Надёжность подшипниковых узлов, в свою очередь, определяется многочисленными факторами. Помимо качества самих подшипников к этим факторам относятся /3/ состояние системы смазки, качество монтажа, условия эксплуатации и т.п. Поэтому, подшипники, удовлетворяющие требованиям стандартов и имеющие потенциально высокую долговечность, будучи установленными в узлы трения, могут служить источниками их отказов.
Стоимость серийно выпускаемых подшипников относительно невелика. Однако, в ряде случаев, отказ подшипников вызывает аварийные ситуации, затраты на устранение которых во много раз превосходят стоимость вышедшего из строя подшипника. Примерами могут служить подшипниковые узлы электропривода, авиационного и железнодорожного транспорта, металлообрабатывающего оборудования и т.п.
В подобных случаях полезно осуществлять техническое диагностирование подшипниковых узлов. Его целью является предотвращение ввода в эксплуатацию изделия, содержащего подшипниковые узлы с по тенциально низкой долговечностью, а также выявление и ремонт таких узлов до возникновения аварийной ситуации.
Известно /4/, что долговечность подшипников зависит от толщины смазочной плёнки, образующейся между кольцами и телами качения при работе подшипникового узла. Наличие слоя смазки приводит к тому, что действующие между контактирующими деталями подшипника силы, оказываются приложенными не к относительно узкой площадке, размеры которой могут быть определены на основании теории упругости /5/, а к смазочной плёнке с относительно широкой поверхностью /6/, вследствие чего снижаются максимальные контактные давления. Кроме этого, смазочная плёнка, предохраняя поверхности от непосредственного контакта, уменьшает трение, препятствует развитию коррозии и т.п. В свою очередь, условия сборки и эксплуатации подшипникового узла, такие как предварительные и сборочные зазоры или натяги, частота вращения колец-, силовые факторы, влияют на толщину смазочной пленки /6-8/. Следовательно, оценив состояние смазочной плёнки, можно комплексно характеризовать состояние узла подшипника качения в целом.
Известен электрический метод оценки технического состояния смазочной плёнки, в основе которого лежит измерение времени её разрушений в ходе эксплуатации подшипникового узла. Однако, при работе высококачественных узлов, когда скоростной фактор достига 5 6 ет 10...Ю мм/мину разрушения смазочной плёнки маловероятны /9/.
При этом, одними из наиболее перспективных для решения задачи оценки состояния смазочной плёнки являются электрические методы, основанные на измерении параметров сопротивления подшипниковых узлов, значения которых зависят от толщины плёнки /10/. Кроме толщины смазочной плёнки на сопротивление подшипников влияют многочисленные факторы, такие, как электрические свойства смазочного материала и их зависимость от условий работы подшипников, наличие в смазке продуктов износа или растворённых влаги и газовой т.п», что затрудняет оценку состояния подшипниковых узлов путём измерения их сопротивлений.
Целью работы является разработка инструментального метода диагностирования и прогнозирования технического состояния узлов подшипника качения с практически неразрушающейся плёнкой смазочного материала, включая выбор и обоснование целесообразности использования диагностического параметра, значение которого определяется состоянием смазочной плёнки, а также разработку электрического метода и средства его измерения.
Поставленная цель предполагает решение ряда научных и техни-чевких задач;
- теоретического обоснования эффективности оценки состояния зон трения узлов подшипника качения электрическим методом;
- выбора параметра, позволяющего оценивать влияние колебаний толщины смазочной плёнки на долговечность подшипников качения с жидкостной смазкой;
- разработки метода измерения флуктуирующего электросопротивления и реализующих его структурных электрических схем; разработки метода, позволяющего косвенными путём, по параметрам флуктуирующего сопротивления подшипникового узла, определять значение предложенного параметра;
- разработки средства оценки технического состояния узлов подшипников качения, реализующего указанный метод;
- экспериментальных исследований зависимостей между величинами, характеризующими условия работы подшипниковых узлов и определяющими их техническое состояние, и измеряемым с помощью предложенного средства параметром с целью подтверждения возможности его использования в качестве контролируемого при диагностировании узлов;
- исследований корреляционных зависимостей между измеренными значениями предложенного параметра и наработки подшипниковых узлов с целью подтверждения возможности его использования в качестве контролируемого при прогнозировании технического состояния узлов;
- опытно-промыпшенной проверки и внедрения результатов работы, разработки методики диагностирования подшипниковых узлов с жидкостной смазкой в условиях эксплуатации.
Работа опирается на выводы теорий контактирования шероховатых поверхностей, вероятности, эластогидродинамической смазки. В расчётах использованы численные методы решения систем уравнений, интегрирования, элементы математической статистики, регрессионного, спектрального, корреляционного анализа. В экспериментальных исследованиях применялись проекционные методы измерения статистических характеристик, метод оценки технического состояния подшипников с разрушающейся смазочной плёнкой путём измерения времени разрушений. Эксперименты выполнены с помощью серийно выпускаемого оборудования и электроизмерительных приборов, а также средств диагностирования подшипниковых узлов, разработанных в ОрёлПШ. Обработка экспериментальных данных осуществлялась на ЭВМ по оригинальным алгоритмам и программам.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- установлена достаточная степень перекрытия зоны трения и зоны j обусловливающей проводимость смазочной плёнки подшипников, что свидетельствует об эффективности контроля состояния зоны трения по состоянию зоны проводимости;
- предложен параметр, позволяющий оценивать влияние колебаний толщины неразрушающейся смазочной плёнки на долговечность подшипников качения;
- разработаны метод и структурные схемы устройств для измере ния характеристик флуктуирующего сопротивления, а также косвенный метод измерения предложенного параметра по этим характеристикам;
- экспериментально установлены зависимости между параметрами условий эксплуатации и параметром колебаний толщины смазочной плёнки, которые позволяют связать изменения последнего с ухудшением технического состояния подшипникового узла, т.е. использовать предложенный параметр в качестве диагностического.
Практическую ценность работы составляют:
- разработанная конструкция средства, позволяющего оценивать техническое состояние узлов подшипника качения с жидкостной смазкой по предложенному параметру;
- представленная последовательность расчёта подобных средств, в основу которой положено использование электрических свойств подлежащих диагностированию подшипниковых узлов для случаев, когда эти свойства отличаются от описанных в работе;
- экспериментально установленные зависимости между значениями диагностического параметра и наработки подшипниковых узлов, позволяющие использовать разработанные метод и средство при прогнозировании, а также методика прогнозирования технического состояния подшипниковых узлов роторов канатных машин»
Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждены и получили положительнзгю оценку на 16 конференциях и семинарах, в том числе:
I). Всесоюзной научно-технической конференцмм "Обеспечение узлов трения машин", Ворошиловоград, 1988г.;
2). Всесоюзной научно-технической конференции "Современное состояние и перспективы развития методов и средств виброметрии и вибродиагностики", Минск, 1989г.;
3). семинаре общества "Знание» РСФСР "Современные методы и приборы контроля качества продукции", Московского дома научно-технической пропаганды им, Ф.Э.Дзержинского, Москва, 1989г.;
4). межрегиональной научно-технической конференции "Современные методы повышения качества и надёжности на предприятиях машиностроения", Орёл, 1990г.;
5). межрегиональной научно-технической конференции "Проблемы совершенствования и внедрения новой технологии на предприятиях машиностроительной промышленности", Орёл, 1990г.;
6). семинаре общества "Знание" Украины "Автоматизация процессов механообработки и сборки в машино- и приборостроении", Алушта, 1991г.;
7). межрегиональной научно-технической конференции "Раработка и внедрение новых ресурсосберегающих технологий в области машиностроения", Орёл, 1991г.;
8). межрегиональном научно-техническом семинаре "Флуктуацион-ные методы измерений и контроля", Орёл, 1992г.;
9). межреспубликанском научно-техническом семинаре "Прогрессивные информационные и технологические процессы в машино- и приборостроении", Орёл, 1993г.;
10). международной научно-технической конференции "Проблемы конверсии, разработка и испытания приборных устройств", Владимир, 1993г. и др.
Публикации. По содержанию и результатам диссертационной работы опубликованы 23 печатные работы, получено три авторских свидетельства и одно положительное решение по заявкам на изобретение, а также информационный листок Орловского ЦНТИ о научно-техническом достижении.
Ос ем работы. Диссертационная работа изложена на 142 страницах основного машинописного текста, содержит 46 рисунков и 2 таб лиш. Состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, включающего 167 наименований работ отечественных и зарубежных авторов, а также семи приложений, оформленных отдельной книгой.
Материал диссертационной работы размещён следующим образом:
В первой главе на основе анализа существующих методов диагностирования узлов подшипника качения показано, что при оценке технического состояния в процессе изготовления, ремонта и технического обслуживания механизмов и машин одними из наиболее перспективных являются электрические методы и, в частности, метод, основанный на измерении активного сопротивления подшипникового узла.
Во второй главе проанализирована известная зависимость, связывающая толщину смазочной пленки с долговечностью подшипника. Предложен параметр-коэффициент снижения долговечности, позволяющий оценивать долговечность подшипниковых узлов с учетом влияния флуктуации смазочной плёнки и рассмотрены зависимости этого коэффициента от амплитуды и формы колебаний толщины смазочной плёнки.
В третьей главе рассмотрены метода и электрические схемы средств измерения флуктуирующего сопротивления, проанализировано влияние выбора метода измерения на получаемое усреднённое значение флуктуирующего сопротивления;определены выражения, харктеризующие взаимную зависимость параметров колебаний толщины смазочной плёнки и сопротивления подшипниковых узлов;предложены алгоритм и электрическая схема средства измерения коэффициента снижения долговечности, в основу которых положен один из методов измерения флуктуирующего сопротивления. В четвёртой главе описаны выполненные с помощью разработанного средства эксперименты, выявляющие характер изменения амплитуды колебаний толщины смазочной плёнки при изменениях условий работы подшипниковых узлов, влияющих на их техническое состояние. Сделан вывод о возможности использования средства в качестве ди агностического. Изложена последовательность расчёта этого средства, учитывающая электрические свойства подшипниковых узлов, подлежащих диагностированию. Выполнен расчёт погрешности измерения коффициента снижения долговечности.
В пятой главе исследованы корреляционные зависимости между измеренными после запуска подшипниковых узлов в эксплуатацию и приработки значениями коэффициента снижения долговечности и наработки узлов до отказа. Параметры этих зависимостей рекомендовано использовать при прогнозировании технического состояния подшипниковых узлов. Представлены экспериментальные данные и результаты расчётов по уточнению градуировочнои характеристики и погрешности измерения. Выполнено сравнение результатов прогнозирования двумя методами - разработанным, а также известным методом, основанным на измерении усреднённого сопротивления подшипниковых узлов. Показано преимущество первого.
Заключение содержит результаты диссертационной работы.
В приложениях представлены результаты экспериментов; опытно-промышленной проверки и внедрения работы.
На защиту выносятся следующие основные положения :
- проводимость смазочной плёнки подшипников качения с жидкостной смазкой определяется, в основном, её участками, где максимальны как нормальные, так и тангенциальные силы, в результате чего при диагностировании электрическим методом информация поступает их зон с максимальным износом;
- предложенный диагностический параметр служит для оценки влияния колебаний толщины смазочной плёнки на долговечность подшипников;
- разработанный электрический метод позволяет измерять параметры амплитудного спектра флуктуирующего сопротивления;
- предложенный электрический метод и средства обеспечивают измерение диагностического параметра по параметрам флуктуирующего сопротивления;
- результаты экспериментальных исследований, отражающие влияние на диагностический параметр величин, характеризующих условия работы подшипниковых узлов, подтверждают возможность обнаружения узсудшения технического состояния узлов путём измерения предложенного параметра;
- корреляционные зависимости между измеренными значениями диагностического параметра и наработками до отказа узлов подшипников качения свидетельствуют о возможности использования разработанных метода и средства в целях прогнозирования.
