автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Электрорезистивный метод и средства диагностирования подшипников качения

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МАРКОВ Владимир Владимирович

ЭЛЕКТРОРЕЗИСТИВНЫЙ МЕТОД И СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Специальность 05.02.11 - Методы контроля и диагностика в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел, 2004 г.

Работа выполнена на кафедре «Приборостроение, метрология и сертификация» в Орловском государственном техническом университете (ОрелГТУ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ПОДМАСТЕРЬЕВ К.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ШКАТОВ П.Н.

кандидат технических наук, доцент ШАЛОБАЕВ Е.В.

Ведущая организация: ЗАО «НТЦ Редуктор» (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится «15» октября 2004 г. в 14 — часов на заседании диссертационного совета Д 212.182.06 в Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, Россия, г. Орел, Наугорское шоссе, 29, (ауд. 212).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета.

Автореферат разослан «14 » сентября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Василенко Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Подшипники качения являются широко распространенными элементами механических систем и часто определяют их эксплуатационные показатели, в частности, показатели надежности. Поэтому при изготовлении, эксплуатации и ремонте ответственных механизмов и машин необходимо осуществлять диагностирование входящих в их состав подшипников.

Техническое состояние подшипника определяется совместным влиянием многих факторов, к числу которых относятся качество изготовления и сборки его деталей, эффективность системы смазывания, условия и режимы эксплуатации в конкретном изделии. Существенное влияние на состояние подшипника оказывают внутренние параметры, в частности, отклонения геометрических параметров рабочих поверхностей его деталей (отклонения формы и расположения, шероховатость). Эти параметры окончательно формируются при монтаже подшипника в узел и приводят к неблагоприятному распределению нагрузки между телами качения, создают дополнительные вибрации, биения, изменения условий смазывания, что может значительно снизить долговечность подшипника. Поэтому при изготовлении и ремонте механических систем необходимо осуществлять диагностирование подшипника непосредственно в узле, обеспечивая как комплексную оценку его состояния, так и оценку характеристик сформировавшихся отклонений геометрических параметров деталей, в частности, дорожек качения.

Среди известных методов диагностирования подшипников выделяют электрические методы, при реализации которых о состоянии подшипника судят по значениям его электрических параметров. Эти методы широко используются благодаря универсальности, сравнительной простоте реализации и относительной безынерционности. Наиболее разработанными в теоретическом и прикладном планах являются электрорезистивные методы, в частности, методы, основанные на использовании параметров - нормированное интегральное время (НИВ) электрического микроконтактирования в подшипнике и среднее сопротивление R . Существенный вклад в разработку данных методов внесли Дж. Кеннел, Д. Снидекер, Т. Тэллиан, С.Ф. Корндорф, К.В. Подмастерьев, П.Н. Шкатов, В.Я. Варгашкин, В.В. Мишин, Е.В. Пахолкин, А.Ф. Блинов, А.А. Бобченко, Ю.М. Сань-ко, В.В. Нестеренко, В.П. Чечуевский и ряд других ученых.

Параметр НИВ является точечной оценкой функции распределения электрического сопротивления подшипника и характеризует вероятность микроконтактирования колец и тел качения. На основе этого параметра известны методы, обеспечивающие решение ряда диагностических задач, включая усредненную комплексную оценку состояния подшипника с возможностью контроля отклонений формы его деталей. Однако, данные методы имеют существенные ограничения области применения - методы эффективны только при работе подшипника в условиях смешанной смазки (при граничной смазке НИВ принимает нулевое значение, при жидкостной - единичное), а при измерении НИВ за малые интервалы времени (необходимо при контроле_макроотклонений поверхностей) имеет место значительная погрешность. Параметр R является более универсальным и пригодным к использованию при различных условиях смазки в подшипнике. Однако, несмотря па известность методов усредненной комплексной оценки состояния подшипника по Я , методы определения вида и оценки параметров отклонений формы и расположения рабочих поверхностей его деталей, неизвестны.

Целью работы является создание универсального электрорезистивного метода и средств диагностирования подшипника качения с возможностью выявления вида и оценки параметров отклонений формы и расположения его дорожек качения.

Работа выполнялась в рамках проектов единого заказ наряда ОрелГТУ при поддержке РФФИ (грант № 03-01-96471). .„-а

рос. пацнональчая

Cnttep^pr ОЭ tOO актС№

В работе решаются следующие задачи;

1) разработка математической модели электрического сопротивления подшипника с учетом отклонений геометрических параметров рабочих поверхностей его деталей;

2) проведение теоретических исследований влияния отклонений геометрических параметров на числовые характеристики функции сопротивления подшипника;

3) разработка метода диагностирования, включая синтез и обоснование диагностических параметров, разработку алгоритмов диагностирования и рекомендаций по выбору режимов диагностирования;

4) проведение экспериментальных исследований по подтверждению правильности теоретических положений, работоспособности и эффективности предложенного метода диагностирования;

5) разработка средств диагностирования, реализующих метод.

Методы исследования. Представленные в работе теоретические исследования базируются на положениях теорий: контакта реальных поверхностей; электропроводности контакта двух шероховатых тел; контактной гидродинамики; вероятностей; упругости. Теоретические результаты получены с помощью методов математического анализа, аналитических и численных методов решения систем уравнений, методов спектрального анализа. При обработке экспериментальных данных использовались методы математической статистики, корреляционного, регрессионного и спектрального анализов. Математическое моделирование и обработка экспериментальных данных проводились по унифицированным, усовершенствованным и оригинальным алгоритмам в средах MathCAD, Microsoft Excel, а также с использованием программного обеспечения платы аналого-цифрового преобразования ЛА-н10М6РС1.

Экспериментальные исследования проведены на оригинальных и усовершенствованных установках с использованием современной измерительной аппаратуры, включающей ряд универсальных приборов и специально разработанную измерительную систему на базе ПК.

Научная новизна:

- разработана математическая модель, раскрывающая влияние отклонений геометрических параметров рабочих поверхностей деталей подшипника, работающего в условиях различных видов смазки, на его электрическое сопротивление;

- установлен характер влияния различных по виду отклонений геометрических параметров рабочих поверхностей деталей подшипника на функцию его электрического сопротивления;

- предложен и обоснован ряд диагностических параметров, обеспечивающих решение задач усредненной комплексной оценки состояния подшипника (с учетом шероховатости рабочих поверхностей его деталей) и определения характеристик макроотклонений дорожек качения его колец;

- получены зависимости диагностических параметров от значений приведенного параметра шероховатости рабочих поверхностей деталей подшипника и от характеристик различных видов макроотклонений дорожек качения его колец.

Практическая ценность:

- разработаны алгоритмы диагностирования, позволяющие проводить усредненную комплексную оценку состояния подшипника, определение вида, оценку значения и ориентации доминирующего макроотклонения дорожек качения его колец;

- разработаны и обоснованы рекомендации по выбору режимов диагностирования при реализации различных алгоритмов;

- разработаны принципы построения и структурные схемы реализующих метод средств диагностирования, а также методика их градуировки;

- разработана универсальная измерительная система на базе ПК, реализующая градуировку средств диагностирования.

- проведен патентный поиск по проблеме электрических методов трибологиче-ских исследований глубиной 20 лет (оформлен отчет о патентных исследованиях, переданный в ВИНИТИ).

Реализация» работы. Результаты исследований внедрены в учебный процесс ОрелГТУ. Измерительная система прошла опытно-промышленную проверку на ОАО «Юго-запад Транснефтепродукт», участок ЛДПС «Стальной конь»; экспонировалась на Всероссийской выставке «Единая образовательная среда» (Москва, ВВЦ, 2002 г.). Разработанный метод диагностирования принят к внедрению на ФГУП «Карачевский завод «Электродеталь» (г. Карачев Брянской обл.).

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на 16 научно-технических конференциях, в том числе:

- Международных: «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (Новочеркасск, 2001); «Чкаловские чтения. Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники» (Егорьевск, 2002, 2003); «Фундаментальные и прикладные проблемы теории точности процессов, машин, приборов и систем» (С. Петербург, 2002); «Приборостроение-2002,2003,2004» (Алупка, 2002, Кореиз, 2003,2004); «Технология-2003» (Орел, 2003); «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы» (Новочеркасск, 2003); «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 2004).

-Всероссийских: «Диагностика веществ, изделий и устройств» (Орел, 1999); «Современная образовательная среда» (Москва, ВВЦ, 2002); «Молодежная конференция вузов приграничных регионов славянских государств» (Брянск, 2002).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 30 печатных работ, в том числе 3 статьи в центральных изданиях, 3 отчета о НИР и 1 - зарегистрированный в ВИНИТИ отчет о патентных исследованиях.

Положения, выносимые па защиту:

1 Математическая модель электрического сопротивления подшипника, описывающая влияние параметров, характеризующих типоразмер подшипника, микро- и макрогеометрию его рабочих поверхностей, свойства конструкционных и смазочных материалов, режимы и условия работы на сопротивление подшипника.

2 Зависимости предложенных диагностических параметров от характеристик макроотклонений и шероховатости рабочих поверхностей деталей подшипника.

3 Электрорезистивный метод диагностирования подшипника, позволяющий проводить усредненную комплексную оценку его технического состояния с возможностью выявления вида, оценки значения и ориентации доминирующего макроотклонения дорожки качения каждого из колец.

4 Структурные схемы средств диагностирования.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 187 страницах основного машинописного текста, содержит 51 иллюстрацию и 14 таблиц. Она состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 126 наименования, и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена ее цель и кратко изложены основные научные результаты.

Первая глава посвящена проблеме выбора базового диагностического признака по критериям универсальности, достоверности и простоты измерения. С целью анализа состояния вопроса рассмотрена научно-техническая литература и проведен патентный поиск глубиной 20 лет, оформленный в виде отчета о патентных исследованиях.

Анализ состояния вопроса обнаружил, что в качестве базового диагностического признака, пригодного для диагностирования подшипника качения, целесообразно ис-

пользовать электрическое сопротивление, как наиболее полно удовлетворяющее критериям отбора. Анализ известных электрорезистивных диагностических параметров показал, что взаимосвязь электрического сопротивления с шероховатостью и макроотклонениями тел и дорожек качения изучены недостаточно, а параметры, непосредственно характеризующие эти факторы, пока неизвестны.

На основе проведенного анализа сформулирована цель диссертационной работы и поставлены ее основные задачи.

Во второй главе проведен анализ составляющих электрического сопротивления фрикционного контакта в подшипнике, позволивший отметить, что данное сопротивление в условиях жидкостной смазки тела качения с кольцом определяется толщиной разделяющей контактирующие поверхности смазочной пленки и удельным сопротивлением смазочного материала, в условиях граничной смазки - сопротивлением поверхностных пленок и сопротивлением стягивания, а при микроконтактировании - только сопротивлением стягивания. В результате получена обобщенная математическая модель сопротивления фрикционного контакта тела и дорожки качения, учитывающая наиболее существенные его составляющие (сопротивление Rct стягивания и сопротивление Ren смазочной пленки) при различных условиях смазки:

Rcn=Prn ~g~> при 0,0\<h<btKM; ()

Ren - Рем приНИ^ЗОмкм

где р, р„0„ prnt Рем — соответственно, удельное электрическое сопротивление контактирующих поверхностей, смазочных пленок с туннельной проводимостью, граничной смазочной пленки и смазочного материала; h - минимальное значение толщины смазочной пленки между телом и дорожкой качения; площадь пятна контакта; -радиус пятна металлического контакта тела и дорожки качения внутреннего (наружного) кольца; - число пятен контакта в контактной зоне.

Модель обобщает выражения для электрического сопротивления контакта тела и дорожки качения при различных условиях смазки в подшипнике. Она принята в качестве исходной при разработке математической модели электрического сопротивления подшипника, раскрывающей взаимосвязь этого сопротивления с внутренними параметрами и режимами эксплуатации подшипника и заложенной в основу метода диагностирования. При разработке этой модели приняты следующие допущения:

- основными составляющими электрического сопротивления подшипника являются сопротивление стягивания и сопротивление смазочной пленки;

- для описания топографии поверхностей используются функции распределения материала по высоте шероховатого слоя (нормированное выражение кривой опорной поверхности) и материала по высоте единичного выступа (форма выступа);

- в качестве модели единичной неровности применяется сферический сегмент;

- контакт неровностей считается упругим, для описания деформации используются формулы Герца;

- для математического описания высоты микронеровностей рабочих поверхностей используется нормальный закон распределения вероятности;

- расчеты выполняются применительно к контакту шероховатой поверхности с гладкой, переход к контакту двух шероховатых поверхностей осуществляется путем оценки композиции законов распределения высоты микронеровностей контактирующих поверхностей;

- результаты математического моделирования получены без учета влияния центробежных сил и гороскопических моментов.

В основе разработанной модели заложена гипотеза о случайном характере изменения сопротивления подшипника. Схема построения модели получена объединением 2х схем, первая из которых (рисунок 1, а) раскрывает взаимосвязь сопротивления фрикционного контакта тела и дорожки качения с параметрами подшипника, режимами его эксплуатации, свойствами смазочного материала, а вторая (рисунок 1, б) -представляет собой электрическую схему замещения подшипника.

14

ЛТ

кн

СП

тк,

ФКс -< ТК,

ФК»,

ФКй -i

ФКш

ПС,'

ФКЕ

- ФКП

кв

в)

б)

1 - шероховатость; 2 - свойства материалов; 3 - параметры макрогеометрии; 4 -распределение материала по высоте шероховатого слоя; 5 - условная кривизна поверхностей; 6, 7 - фактические площадь контакта и давление; 8 - нагрузка; 9 - размеры пятен контакта; 10 - толщина смазочной пленки; 11 - режимы эксплуатации; 12 — свойства смазочного материала; 13, 14 и 15 — сопротивления стягивания, смазочной пленки и контакта; ПК - подшипник; КН, КВ - кольцо наружное и внутреннее; ТК, - i-e тело качения; СП — сепаратор; ФКН/, ФКв/, ФКа - фрикционные контакты i-го тела качения с наружным кольцом, внутренним кольцом и сепаратором

Рисунок 1

Модель учитывает наличие на телах и дорожках качения шероховатости и макроотклонений (эксцентриситет, овальность, огранка). В качестве первичного случайного фактора принята высота микронеровностей рабочих поверхностей.

На основе дифференциальной функции распределения высоты микронеровностей получены дифференциальные функции распределения важнейших внутренних параметров подшипника- сближения (2), фактической площади контакта (3) и числа вероятных контактов (4), дифференциальные функции распределения электрического сопротивления отдельного фрикционного контакта (5) и подшипника в целом (6) и (7):

где £(Лн(В>), Жгнрв)), £(Лн(В))> g(Rп), - соответственно, дифференциаль-

ные функции распределения сближения, фактической площади контакта, числа вероятных контактов, сопротивления контакта одного тела качения с наружным(внутренним) кольцом подшипника, а также сопротивления подшипника при трении без смазки и со смазкой; Д„ 2)2(<й), Х)3(<#) - соответственно, диаметры тела качения, дна желоба и желоба наружного (внутреннего) кольца; Л„, - приведенные параметры шерохова-

Р' ' то

тости контактирующих поверхностей; а, аь а2, т\, тг - коэффициенты; ¿Л - сумма величин, обратных сопротивлению одновременного контакта тела качения с внутренним и наружным кольцами р, рем - соответственно, удельные сопротивления пятна металлического контакта и смазочной пленки; гк - радиус пятна контакта; йо - минимальная толщина смазочной пленки; ро _ максимальное давление в контакте; А„ Ае - соответственно, фактическая и контурная площади контакта.

В отличие от ранее известных, разработанная модель позволяет получить дифференциальную функцию распределения сопротивления как комбинацию дифференциальных функций распределения фактической площади контакта и числа вероятных контактов с учетом особенностей контактирования тела качения с наружным и внутренним кольцами. В практических расчетах использована числовая характеристика функции распределения сопротивления - ее математическое ожидание.

С использованием разработанной модели установлено, что при отсутствии на телах и дорожках качения макроотклонений сопротивление работающего подшипника периодически изменяется, а функция Я от угловой координаты сепаратора у/ (что при равномерном вращении эквивалентно функции сопротивления от времени Я(0) близка к

синусоидальной и содержит только одну ярко выраженную гармоническую составляющую с частой прохождения тел качения через линию действия радиальной силы (в работе она названа несущей частотой /¡,).

Проведены теоретические исследования влияния отклонений геометрических параметров рабочих поверхностей деталей подшипника на его электрическое сопротивление К При исследовании влияния шероховатости установлено, что изменение приведенного параметра шероховатости тел и дорожек качения вызывает значительные изменения абсолютных числовых характеристик функции Я(например ее среднего значения Я (рисунок 2, а) и среднеквадратического значения ее переменной составляющей о« (рисунок 2, б). При этом все составляющие функции монотонно изменяются в различных условиях смазки.

Полученные результаты позволили сделать вывод, что параметры могут

непосредственно использоваться для интегральной комплексной оценки состояния подшипника с учетом шероховатости его рабочих поверхностей.

Рисунок 2

При исследовании влияния макроотклонений дорожек качения колец установлено, что наличие макроотклонений изменяет вид функции Щу) и значения параметров При этом характер влияния макроотклонения зависит не только от его вида и значения, но и от его ориентации на дорожке качения, а также от характера нагружения этой дорожки качения (местное или циркуляционное). На рисунке 3 показаны примеры графиков Щдля различных значений эксцентриситефадорожки качения местно нагруженного кольца для случаев совпадения направлений вектора и (? (а) и противоположности (6) этих направлений при смешанной смазке в подшипнике.

Видно,_что увеличение макроотклонений приводит к характерному изменению параметров Я И при этом характер функции Я(у) зависит от ориентации макроотклонения, а ее спектральный состав практически не изменяется.

При наличии макроотклонения (в данном примере - эксцентриситета) дорожки качения циркуляционно нагруженного кольца наблюдается другой эффект. Введение и увеличение макроотклонения приводит не только к изменению значений параметров Я и о« (рисунок 4, а), но и к появлению в спектре функции характерных гармонических составляющих (рисунок 4, б, где к- номер гармоники).

Рисунок 4

Аналогичный характер этой функции наблюдается и для других видов макроотклонений - овальности и огранки, однако, разные виды макроотклонений оказывают различное влияние на спектральный состав функции сопротивления.

Полученные результаты послужили основой для синтеза или обоснования выбора информативных параметров, позволяющих решать различные диагностическиезадачи.

Из анализа кривых, аналогичным показанным на рисунках 2, 3 и 4, сделан вывод, что дляусред-неннойкомплекснойоценкисостоянияподшипникш качестве диагностическихпараметров целесообразно использовать среднее Я исреднеквадратическое значение (Гц переменнойсоставляющейфункциисо-противления, при этом более чувствительным к изменению значения макроотклонения является относительный параметр (од/ Я )2 (рисунок 5).

На основе теоретических исследований установлен периодических характер функции Я (<р) параметра К от угла ф между вектором ¥, и направлением доминирующего на дорожке качения местно нагруженного кольца макроотклонения (рисунок 6). Характерно, что функция имеет одну доминирующую гармоническую составляющую, соответствую-

Рисунок 5

240 град 360

1 - овальность;

2 - трехвершинная огранка;

3 — шестивершинная огранка.

Рисунок 6

щую виду доминирующего макроотклонения. Полученный результат показал, что для определения вида и ориентации макроотклонений на дорожке качения местно нагруженного кольца в качестве диагностических параметров целесообразно использовать амплитуды и фазы соответствующих гармоник функции Л {(р) (дляэксцентриситета

дорожки качения - первой, для овальности - второй, для 3-вершинной огранки - третьей и т.д.).

Для определения вида и оценкизначениймакроотклонений дорожки качения цир-куляционно нагруженного кольца предложено использовать спектральные характеристики функции сопротивления подшипника. Установлено, что при наличии макроотклонения на дорожке качения циркуляционно нагруженного кольца в спектре функции появляется набор гармонических составляющих с характерными для конкретного вида макроотклоиения информационными частотами. Выражения для расчета информационных частот /„ имеют вид:

/и = Л ' М; /и +

(8)

где/к(С) - частота вращения кольца (сепаратора); М- коэффициент, равный 1 - для эксцентриситета дорожки качения, 2 - для овальности и 3, 4, ... - для огранки соответствующего порядка; £ — коэффициент, равный 1,2 или 3 (зависит от условий смазки).

Установлено, что изменение значений макроотклонений приводит к перераспределению весомости отдельных гармонических составляющих в спектре функции сопротивления. Это создало предпосылки для разработки метода диагностирования, позволяющего определять вид и оценивать значения доминирующего макроотклонения дорожки качения циркуляционно нагруженного кольца. В качестве диагностических параметров предложены:

1) Ка - отношение амплитуды гармонической составляющей на информационной частоте к среднему значению функции сопротивления подшипника;

2) Кт - отношение квадрата среднеквадратического значения гармонической составляющей на информационной частоте к квадрату среднеквадратического значения всей переменной составляющей функции сопротивления;

3) Кп - отношение квадрата среднеквадратического значения гармонической составляющей на информационной частоте к квадрату среднеквадратического значения гармонической составляющей на несущей частоте /н.

На рисунке 7, а показаны графики изменения параметров Ка, Кт и Кп от овальности {) дорожки качения циркуляционно нагруженного кольца подшипника. Результаты получены для подшипника типа 306, нагруженного радиальной силой /V = 3000" Н, работающего в режиме смешанного трения. На раоуиревулй^тьйсопвр введении чувствительности к изменению овальности () параметра К„ (М =2,Ь = 3), вычисленного для функции сопротивления, и чувствительности параметра К„, вычисленного для функции вероятности микроконтактирования, оцениваемой по параметру НИВ.

Таким образом, во второй главе предложены следующие диагностические параметры: К ; о*; (сгд/Д )2; Ка\ Кт\ К„. Параметр К„ предложен в качестве предпочтительного при определении вида и оценкезначения доминирующегомакроотклонения.

В третьей главе в рамках разработки метода диагностирования сформулирован физический принцип, заложенный в его основу, и предложены алгоритмы диагностирования, позволяющие выполнять усредненную комплексную оценку состояния подшипника с учетом шероховатости тел и дорожек качения, а также определять вид, оценивать значение и ориентацию доминирующего макроотклонения дорожки качения каждого из колец при различных условиях смазки в подшипнике.

Диагностирование предлагается осуществлять в 2 этапа:

1) этап усредненной комплексной оценки технического состоянияподшипника;

2) этап определения вида, оценки значения и ориентации макроотклонения, доминирующего на контролируемой дорожке качения.

Первый этап осуществляется по общепринятым методикам, а второй - по адаптированным к функции электрического сопротивления подшипника алгоритмам.

Алгоритм диагностирования дорожки качения циркуляционно нагруженного кочьца, позволяющий определить вид и оценить значение доминирующего макроотклонения, состоит из следующих действий:

1) кольца установленного в узле подшипника включают в измерительную цепь, позволяющую регистрировать функцию Я(0, и получают требуемое число реализаций данной функции;

2) проводят спектральный и статистический анализы полученной функции;

3) анализируя порядок значений функции Л(0, определяют условия смазки в подшипнике и измеряют диагностический параметр Кп на рекомендуемой для данной смазки информационной частоте;

4) определяют вид доминирующего макроотклонения путем сравнения значений Кя для составляющих на информационных частотах;

5) оценивают значение доминирующего макроотклонения по значению параметра К„ и градуировочной характеристике Кп(0) средства диагностирования.

Алгоритм диагностирования дорожки каченияместно нагруженного кольца, позволяющий определить вид и ориентацию макроотклонения, состоит из действий:

1) кольца установленного в узле подшипника включают в измерительную цепь, позволяющую определять параметр

2) контролируемое кольцо условно разбивают на п участков;

3) получают п отсчетов параметра К , каждый из которых измеряют, совмещая направление вектора Р, с центром каждого из участков;

4) строят функцию измеренных значений параметра Д от угловой координаты вектора и проводят ее гармонический анализ;

5) определяют вид доминирующего макроотклонения по виду спектра функции;

6) определяют ориентацию макроотклонения путем анализа координат экстремумов соответствующей гармоники.

Проведенные теоретические исследования влияния внешних факторов на значения диагностических параметров позволили обосновать рекомендации по выбору наиболее рациональных по критериям чувствительности и достоверности режимов диагностирования (радиальная нагрузка, частота вращения). Выполнен метрологический анализ метода диагностирования.

В четвертой главе описано разработанное оборудование и представлены результаты экспериментальных исследований, посвященных проверке правильности теоретических положений, работоспособности и эффективности алгоритмов предложенного метода при решении различных диагностических задач. Объектами исследования служили подшипники типа 1000900.

Экспериментальные исследования охватили широкую область типов смазочных материалов: жидкие (масло трансформаторное и масло трансмиссионное ТАД-17), пластичные (Литол-24) и материалы с присадками (на примере графитной смазки).

Для подтверждения работоспособности алгоритма усредненной комплексной оценки состояния подшипника выполнены экспериментальные исследования влияния овальности 0, дорожки качения местно нагруженного кольца на интегральные диагностические параметры. В ходе исследований проводились совместные измерения параметров Я и К - нормированное интегральное время, усредненное за время Т= 10 с.

_ Результаты исследований (рисунок 8) подтвердили универсальность параметра

Д и позволили сформулировать рекомендации по совместному использованию параметров Я и К для усредненной комплекс ной оценки состояния подшипника при смазывании его типо выми смазочными материалами

Экспериментальные ис следования подтвердили рабо тоспособность алгоритмов диаг- ,

ностирования. В качестве при- __у» ок.

мера на рисунке 9, а показан график функции Я (<р) при наличии овальности на дорожке качения местно нагруженного кольца подшипника, смазанного пластичным смазочным материалом Литол-24, а на рисунке 9, б - результаты гармонического анализа данной функции. Полученные результаты подтвердили теоретические зависимости (кривая 1 на рисунке 6), адекватность математической модели электрического сопротивления процессам, происходящим в зонах трения, а следовательно, работоспособность алгоритма диагностирования дорожки качения местно нагруженного кольца подшипника.

На рисунке 10 представлены подтверждающие правомерность теоретических результатов и выражения (2) примеры спектров функции сопротивления подшипника 306 с различными значениями овальности дорожки качения циркуляционно нагруженного кольца в диапазоне от 0 до 40 мкм при/; =12,14 Гц,/С = 4,5 Гц (1Уд - амплитуда гармоники). Видно, что наряду с несущей частотой 31,5 Гц при различной овальности в спек-

тре доминирующими являются одни и те же составляющие (информационные) с частотами 24,3 Гц (М= 2), 55,8 Гц (М = 2,1 = 1), 80,1 Гц (М= 2, Ь = 2) и 104,4 Гц{М=2,Ь = 3). Для последней из них показаны диаграммы изменения параметров КА, К„ и К„.

В пятой главе представлены разработанные средства диагностирования подшипников в лабораторных и производственных условиях, а также универсальное компьютеризированное оборудование для их градуировки.

0,32

125

Рисунок 10

В соответствии с разработанными алгоритмами средства диагностирования решают задачи усредненной комплексной оценки состояния подшипника, определения вида и ориентации доминирующего макроотклонения дорожки качения местно нагруженного кольца (рисунке 11, в), определения вида и оценки значения доминирующего макроотклонения дорожки качения циркуляционно нагруженного кольца (рисунке 11, б). Для лабораторных исследований разработана измерительная система сбора и анализа данных САДТ-1 на базе ПК (рисунке 11, в), которая в совокупности с механическим испытательным стендом, имитирующим работу подшипника с различными макроотклонениями дорожек качения, позволяет получать градуировочные характеристики средств диагностирования.

а) 6) в)

I - подшипник; 2 - устройство нагружения; 3 и 4 - вал и корпус подшипникового узла; 5 - источник напряжения; 6 - преобразователь сопротивления в напряжение; 7 - токосъемник; 8 - унифицирующий усилитель; 9 - датчик положения; 10 - блок управления;

II - вычислительное устройство; 12 - устройство индикации; 13, 14 - узкополосные фильтры; 15,16-квадратичные детекторы; 13-преобразователь отношений

Рисунок 11

В диссертационной работе представлена методика построения градуировочных характеристик средств диагностирования промышленного назначения.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Н ВЫВОДЫ

1 Результатом комплекса проведенных теоретических и экспериментальных исследований стало создание универсального электрорезистивного метода и средств диагностирования подшипников и опор качения.

2 При диагностировании подшипника необходимо обеспечить усредненную комплексную оценку его технического состояния и возможность определения параметров (вид, значение, ориентация) макроотклонений дорожек качения.

3 При решении поставленной задачи в качестве диагностического признака целесообразно использовать электрическое сопротивление подшипника, однако для этого необходимо решить ряд задач по исследованию влияния отклонений геометрических параметров (шероховатость, макроотклонения) рабочих поверхностей деталей подшипника на выбранный диагностический признак и созданию на его основе метода и средств диагностирования.

4 Разработанная математическая модель обеспечивает возможность исследования влияния шероховатости тел и дорожек качения и макроотклонений дорожек качения на параметры функции электрического сопротивления подшипника при раздельном моделировании этих отклонений для тел и дорожек качения каждого из колец.

5 При работе подшипника его электрическое сопротивление непрерывно изменяется, при этом функция изменения сопротивления во времени имеет детерминированную составляющую, несущую информацию о виде и значении макроотклонений дорожек качения, и случайную, несущую информацию о шероховатости этих поверхностей.

6 При изменении высоты микронеровностей тел и дорожек качения составляющие функции сопротивления подшипника изменяются монотонно, причем наблюдается аналогичный характер изменения параметров

7 Для усредненной комплексной оценки состояния подшипника с учетом шероховатости рабочих поверхностей его деталей рекомендуется использовать в качестве диагностических параметров среднее значение функции сопротивления и квадрат отношения среднеквадратическог" чнячр.чия переменной составляющей функции к среднему значению сопротивления (сг, [й^.

8 Для оценки вида и ориентации доминирующего макроотклонения дорожки качения местно нагруженного кольца в качестве диагностического параметра рекомендуется использовать амплитуды и фазовые углы соответствующих этому виду макроотклонения гармонических составляющих функции среднего сопротивления от угла направления действия радиальной силы относительно контролируемого кольца подшипника (для эксцентриситета дорожки качения - первая гармоника, для овальности - вторая, для трехвершинной огранки - третья и т. п.).

9 Для выявления вида и оценки значения доминирующего макроотклонения дорожки качения циркуляционно нагруженного кольца в качестве диагностических параметров рекомендуется использовать коэффициенты Кд, Кт и К„', при этом параметр Кп обладает наибольшей чувствительностью к изменению значений макроотклонений дорожки качения и является предпочтительным.

10 Разработанные в рамках создания электрорезистивного метода диагностирования алгоритмы позволяют осуществлять как комплексную оценку технического состояния подшипника, так и определение вида, ориентации и значения макроотклонений, доминирующих на дорожках качения каждого из его колец.

11 Проведенные теоретические исследования характера влияния различных факторов на значения диагностических параметров позволили обосновать рекомендации по выбору рациональных режимов диагностирования, при которых метод имеет наибольшую чувствительность к оцениваемым факторам.

12 Проведенные экспериментальные исследования подтверждают результаты теоретических исследований, работоспособность и эффективность предложенного элек-трорезистивного метода диагностирования подшипника, включающего в себя алгоритм усредненной комплексной оценки его технического состояния и алгоритмы оценки доминирующего вида, значения и ориентации макроотклонений дорожек качения.

13 Разработанные средства диагностирования и вспомогательное оборудование для их градуировки позволяют как в лабораторных, так и в производственных условиях осуществить реализацию алгоритмов предложенного метода диагностирования.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1 Пахолкин Е.В., Марков В.В. Обоснование решений при разработке комплекса для трибологических исследований // Известия ОрелГТУ. - Сер. Машиностроение и приборостроение - Орёл: ОрёлГТУ, 2000.-№4.-С. 42-47.

2 Подмастерьев К.В., Пахолкин Е.В., Мишин В.В., Марков В.В. Диагностический комплекс для трибологических исследований электрофлуктуациолными методами // Контроль. Диагностика. - 2000. - № 12.-С. 19-21.

3 Подмастерьев К.В., Пахолкин Е.В., Мишин В.В., Марков В.В. Математическое моделирование электрического сопротивления подшипника качения // Труды пятой сессии международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы теории точности процессов, машин, приборов и систем». - СПб.: ИПМаш РАН, 2002. - С. 316-324.

4 Подмастерьев К.В., Мишин В.В., Марков В.В. Теоретические исследования функции распределения сопротивления подшипника качения // Известия ОрелГТУ.- Сер. Машиностроение. Приборостроение. - Орёл: ОрелГТУ, 2003. -№ 1-2. - С. 84-86.

■{21 66 24

5 Мишин В.В., Марков В.В. Экспериментальная установка для исследования влияния внутренних параметров подшипника и режимов его эксплуатации на параметры функции электрического сопротивления // Известия ОрёлГТУ. - Сер. Машиностроение. Приборостроение. - Орёл: ОрёлГТУ, 2003. - № 3.-С. 88-91.

6 Марков В.В., Мишин В.В. Контроль подшипников качения по параметрам электрического сопротивления // Контроль. Диагностика, 2004. - № 9. - С. 35-41.

7 Подмастерьев К.В., Мишин В.В., Марков В.В. Средство диагностирования дорожек качения подшипника в изделии // Вопросы технологии, безопасности и качества в приборостроении. Сборник научных трудов. - Орел: ЗАО "ОРЛЭКС", 1999. - С. 108-113.

8 Мишин В.В., Марков В.В., Баранников СВ. Экспериментальные исследования влияния макроотклонений дорожек качения подшипника на его электрические диагностические параметры // Диагностика веществ, изделий и устройств: Материалы Всеросс. научно-технической конф. - Орел: Изд-во ОрёлГТУ, 1999.-С. 149-150.

9 Марков В.В. К вопросу о целесообразности разработки диагностического комплекса для трибологи-ческих исследований // Материалы Второй Всеукраинской Междунар. молодёжной научно-практ. конф. -Днепропетровск: Изд-во НЦАОМУ, 2000. - С.232-233.

10 Подмастерьев К.В., Пахолкин Е.В., Мишин В.В., Марков В.В. Автоматизированная система сбора и анализа данных при трибомониторинге // Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы междунар. науч.-практ. конф.: В 4 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: НПО «ТЕМП», 2001. - Ч. 3. - С. 40-42.

11 Подмастерьев К.В., Пахолкин Е.В., Мишин В.В., Марков В.В. Принципы построения математической модели электрического сопротивления подшипника качения // Четвертая Междунар. научно-техническая конф. Чкаловские чтения. Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники. Сборник материалов. - Егорьевск: ЕАТК ГА, 2002. - С. 115-117.

12 Подмастерьев К.В., Мишин В.В., Пахолкин Е.В., Горностаев В.Е., Марков В.В. Автоматизированная система сбора и анализа данных при трибомониторинге // Индустрия образования: Сборник статей; выпуск 4. - М.: МГИУ, 2002. - С. 112-124.

13 Марков В.В. Синтез дифференциальной функции распределения электрической проводимости подшипника качения // Молодежная научно-техническая конф. вузов приграничных регионов славянских государств: Материалы конф. - Брянск: БГТУ, 2002. - С. 187-189.

14 Марков В.В. Математическое моделирование электрического сопротивления подшипника качения // Материалы 7-го Всеросс. научн.-техн. совещания-семинара. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - С. 134-135.

15 Мишин В.В., Марков В.В. Средства контроля подшипника качения по параметрам электрического сопротивления // Материалы междунар. науч.-практ. конф «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы». - Новочеркасск: НПО "ТЕМП", 2003. - С.56-57.

16 Подмастерьев К.В., Мишин В В., Марков В.В. Теоретические исследования функции распределения сопротивления подшипника качения // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения - Технология-2003. Материалы Междунар. научно-технической конф. - Орел: ОрёлГТУ. 2003.-С. 416-419.

17 Подмастерьев К.В., Мишин В.В., Марков В.В. Прикладная программа расчета параметров функции электрического сопротивления подшипника качения и результаты численного эксперимента // Сборник трудов междунар. научно-технической конф. «Приборостроение-2003». - Винница: ВГТУ, 2003. -С. 106-108.

18 Мишин В.В., Марков В.В. Результаты экспериментальных исследований возможности оценки состояния смазки в подшипнике качения по интегральным электрическим параметрам // Третья Между-нар. научно-техническая конф. «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Тезисы докладов. - М.: ЗАО «Спектр», 2004. - С. 138.

19 Марков В.В. Контроль состояния подшипника качения по параметрам электрического сопротивления // Пятая Междунар. научно-техническая конф. Чкаловские чтения. Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники. Сборник материалов. - Егорьевск: ЕАТК ГА, 2004. - С. 179-180.

20 Марков В.В. Результаты экспериментальных исследований периода приработки подшипника качения // Третья Междунар. научно-техническая конф. «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Тезисы докладов. - М.: ЗАО «Спектр», 2004. - С. 139.

Подписано к печати «_»_2004 г.

Тираж 100 экз. Объем 1 п л.

_Заказ Х°81/0!ЦЛ_

Типография ОрёлГТУ 302030, г. Орел, ул. Московская, 65

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ погрешностей изготовления и сборки подшипниковых уз- 13 лов

1.2 Анализ состояния вопроса

1.3 Анализ электрических методов диагностирования подшипников

1.4 Анализ электрорезистивных диагностических параметров, поста- 19 новка задач исследований

1.5 ВЫВОДЫ

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИИ 24 ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОДШИПНИКА

2.1 Разработка математической модели электрического сопротивления 24 с учетом влияния параметров подшипника и режимов его эксплуатации

2.1.1 Разработка схемы построения математической модели

2.1.2 Анализ составляющих сопротивления контакта в подшипнике

2.1.3 Описание геометрии рабочих поверхностей подшипника

2.1.4 Анализ влияния высоты микронеровностей рабочих поверхно- 37 стей подшипника на их сближение

2.1.5 Анализ влияния высоты микронеровностей рабочих поверхно- 40 стей подшипника на фактическую площадь контакта

2.1.6 Анализ влияния высоты микронеровностей рабочих поверхно- 42 стей подшипника на число вероятных контактов

2.1.7 Анализ влияния высоты микронеровностей рабочих поверхностей 44 подшипника на его электрическое сопротивление в условиях граничной смазки

2.1.8 Анализ влияния высоты микронеровностей рабочих поверхно- 48 стей подшипника на его сопротивление при смешанной и жидкостной смазке

2.1.9 Описание результатов моделирования и предпосылок к разра- 51 ботке метода диагностирования

2.2 Исследование влияния отклонений геометрии деталей подшипника 52 на составляющие функции его сопротивления

2.2.1 Постановка задач численного эксперимента

2.2.2 Анализ функции сопротивления работающего подшипника

2.2.3 Исследование влияния шероховатости тел и дорожек качения на 57 функцию сопротивления подшипника

2.2.4 Исследование влияния макроотклонений дорожек качения на 67 функцию сопротивления подшипника

2.3 Теоретические исследования возможности применения параметров 70 функции сопротивления для диагностирования подшипника

2.3.1 Общие положения

2.3.2 Исследование возможности применения параметров функции 72 сопротивления подшипника для оценки шероховатости

2.3.3 Исследование возможности применения параметров функции 76 сопротивления подшипника для оценки параметров макрогеометрии

2.4 ВЫВОДЫ

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

3.1 Общие положения по разработке метода диагностирования

3.2 Обоснование выбора диагностических параметров

3.2.1 Особенности формирования сигнала измерительной информа- 89 ции

3.2.2 Анализ составляющих сигнала измерительной информации

3.3 Алгоритмы диагностирования

3.3.1 Общие положения по этапам и алгоритмам диагностирования

3.3.2 Алгоритм усредненной комплексной оценки состояния подшип- 94 ника по интегральным параметрам

3.3.3 Алгоритм оценки геометрии дорожки качения циркуляционно 96 нагруженного кольца

3.3.4 Алгоритм оценки геометрии дорожки качения местно нагру- 107 женного кольца

3.4 Обоснование выбора режимов диагностирования

3.4.1 Исследование влияния радиальной нагрузки на диагностические 109 параметры

3.4.2 Анализ влияния частоты вращения на результаты диагностирова- 114 ния

3.5 Метрологический анализ метода диагностирования

3.5.1 Общие положения

3.5.2 Оценка составляющей погрешности от несоответствия закона 117 распределения высоты микронеровностей нормальному распределению

3.5.3 Оценка погрешности измерения сопротивления подшипника

3.5.4 Оценка составляющей погрешности от нестабильности нагрузки

3.5.5 Влияние радиального зазора на погрешность диагностирования

3.5.6 Оценка суммарной погрешности метода диагностирования

3.6 ВЫВОДЫ

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

4.1 Цель, задачи и объекты экспериментальных исследований

4.2 Экспериментальное оборудование

4.2.1 Экспериментальная установка

4.2.2 Измерительное оборудование

4.3 Обоснование режимов экспериментальных исследований и оценка 134 работоспособности оборудования

4.3.1 Исследование времени стабилизации толщины смазочной плен- 135 ки в подшипнике

4.3.2 Обоснование выбора типа и количества смазочного материала

4.3.3 Проверка работоспособности экспериментального оборудования

4.4 Исследование возможности диагностирования подшипника по параметру R

4.5 Исследование эффективности алгоритма определения вида и ориен- 146 тации макроотклонений дорожки качения местно нагруженного кольца

4.6 Исследование эффективности алгоритма диагностирования дорож- 150 ки качения циркуляционно нагруженного кольца

4.7 ВЫВОДЫ

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

5.1 Общие требования к средствам диагностирования подшипников

5.2 Средства диагностирования промышленного назначения

5.2.1 Средство диагностирования циркуляционно нагруженного коль- 159 ца

5.2.2 Средство диагностирования местно нагруженного кольца

5.3 Средства для лабораторных исследований

5.3.1 Диагностический комплекс для трибологических исследований

5.3.2 Автоматизированная система сбора и анализа данных при три- 169 бомониторинге

5.4 ВЫВОДЫ 175 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 176 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 178 ПРИЛОЖЕНИЕ А 190 ПРИЛОЖЕНИЕ Б 201 ПРИЛОЖЕНИЕ В 216 ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Подшипники качения являются широко распространенными элементами механических систем и часто определяют их эксплуатационные показатели, в частности, показатели надежности. Поэтому при изготовлении, эксплуатации и ремонте ответственных механизмов и машин необходимо осуществлять контроль и диагностирование входящих в их состав подшипников.

Техническое состояние подшипника определяется совместным влиянием многих факторов, к которым относятся качество изготовления и сборки его деталей, эффективность системы смазывания, условия и режимы эксплуатации в конкретном изделии. Существенное влияние на состояние подшипника оказывают внутренние параметры, в частности, отклонения геометрических параметров рабочих поверхностей его деталей (шероховатость, отклонения формы и расположения). Эти факторы приводят к неблагоприятному распределению нагрузки между телами качения, создают дополнительные вибрации, биения, изменения условий смазывания, приводя в итоге к значительному снижению долговечности подшипника [1-3].

Поэтому при изготовлении и ремонте механических систем необходимо осуществлять диагностирование подшипника непосредственно в узле, обеспечивая комплексную оценку его состояния и оценку характеристик отклонений геометрических параметров деталей, в частности, дорожек качения.

Среди известных методов контроля и диагностирования подшипников выделяют электрические методы. Они получили широкую известность благодаря универсальности, сравнительной простоте реализации и относительной безынерционности [4].

Целью работы является создание универсального электрорезистивно-го метода и средств диагностирования подшипника качения с возможностью выявления вида и оценки параметров отклонений формы и расположения его дорожек качения.

Уже доказана принципиальная возможность использования электрических методов для комплексной оценки состояния подшипника. Существуют методы контроля и диагностирования по предложенному основателем одной из научных школ в области неразрушающего контроля С.Ф. Корндорфом диагностическому параметру - нормированное интегральное время (НИВ) электрического микроконтактирования тел и дорожек качения, являющимся точечной оценкой функции распределения сопротивления подшипника.

Методы контроля и диагностирования, использующие вероятность микроконтактирования в качестве диагностического признака, нашли развитие в работах А.Ф. Блинова, К.В Подмастерьева, Ю.М. Санько, А.А. Боб-ченко, В.П. Чечуевского, П.Н. Шкатова, В.Я. Варгашкина, В.А. Юзовой, В.И. Юзова, В.В. Мишина, Е.В. Пахолкина и др. В частности, К.В. Подмас-терьевым [5] проанализирована возможность оценки вероятности микроконтактирования по параметру НИВ и разработана математическая модель, связывающая вероятность микроконтактирования в подшипнике с основными факторами, характеризующими его состояние, а Е.В. Пахолкиным и В.В. Мишиным эта модель усовершенствована применительно к учету влияния локальных дефектов и параметров макроотклонений (отклонений формы и расположения) рабочих поверхностей деталей.

В настоящее время данные методы, обладая рядом преимуществ, обеспечивают решение многих задач, включая входной контроль новых [6] и де-фектацию бывших в эксплуатации подшипников [7], поиск локальных дефектов [8] и оценку параметров макрогеометрии [9] на рабочих поверхностях их деталей, функциональное диагностирование подшипников в процессе эксплуатации ответственных изделий [10], оптимизацию режимов работы систем минимального смазывания [11], оценку состояния смазки при триболо-гических исследованиях [12].

Не умаляя достигнутого уровня развития методов контроля и диагностирования по параметру НИВ, отметим, что они эффективны только при работе подшипника в условиях смешанной смазки. Другим фактором, ограничивающим области применения этих методов, является то, что при измерении НИВ за малые интервалы времени (необходимо при контроле макроотклонений поверхностей) имеет место значительная погрешность.

Электрическое сопротивление является более универсальным диагностическим признаком, пригодным к использованию во всех возможных условиях смазки в подшипнике. Однако, несмотря на известность методов усредненной комплексной оценки качества подшипника по его среднему сопротивлению, методы определения вида и оценки параметров отклонений формы и расположения его деталей пока неизвестны.

В связи с этим задачами данной работы являются:

1) разработка математической модели электрического сопротивления подшипника с учетом отклонений геометрических параметров рабочих поверхностей его деталей;

2) проведение теоретических исследований влияния отклонений геометрических параметров на числовые характеристики функции сопротивления подшипника;

3) разработка метода диагностирования, включая синтез и обоснование диагностических параметров, разработку алгоритмов диагностирования и рекомендаций по выбору режимов диагностирования;

4) проведение экспериментальных исследований по подтверждению правильности теоретических положений, работоспособности и эффективности предложенного метода диагностирования;

5) разработка средств диагностирования, реализующих метод.

Актуальность работы подтверждается тем, что она выполнялась в рамках проектов единого заказ наряда ОрелГТУ (1999 — 2004 г.г.) при поддержке РФФИ (грант № 03-01-96471).

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников и приложений.

1 Разработанные средства диагностирования подшипников производ ственного назначения позволяют осуществить реализацию алгоритмов ус редненной комплексной оценки состояния подшипника, определения вида и ориентации доминирующего макроотклонения дорожки качения местно на груженного кольца, определения вида и оценки значения доминирующего макроотклонения дорожки качения циркуляционно нагруженного кольца.2 Разработанные технические средства для лабораторных исследова ний, в частности, система САДТ-1, позволяют выполнять градуировку средств диагностирования промышленного назначения по предложенной ме тодике, а также проводить комплекс фундаментальных и прикладных иссле дований по совместному использованию различных по природе диагностиче ских признаков и параметров.ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1 Результатом комплекса проведенных теоретических и эксперимен тальных исследований стало создание универсального электрорезистивного метода и средств диагностирования подшипников и опор качения.2 При диагностировании подшипника необходимо обеспечить усред ненную комплексную оценку его технического состояния и возможность оп ределения параметров (вид, значение, ориентация) макроотклонений доро жек качения.3 При решении поставленной задачи в качестве диагностического при знака целесообразно использовать электрическое сопротивление подшипни ка, однако для этого необходимо решить ряд задач по исследованию влияния отклонений геометрических параметров (шероховатость, макроотклонения) рабочих поверхностей деталей подшипника на выбранный диагностический признак и созданию на его основе метода и средств диагностирования.4 Разработанная математическая модель обеспечивает возможность ис следования влияния шероховатости тел и дорожек качения и макроотклоне ний дорожек качения на параметры функции электрического сопротивления подшипника при раздельном моделировании этих отклонений для тел и до рожек качения каждого из колец.5 При работе подшипника его электрическое сопротивление непрерыв но изменяется, при этом функция изменения сопротивления во времени име ет детерминированную составляющую, несущую информацию о виде и зна чении макроотклонений дорожек качения, и случайную, несущую информа цию о шероховатости этих поверхностей.6 При изменении высоты микронеровностей тел и дорожек качения со ставляющие функции сопротивления подшипника изменяются монотонно, причем наблюдается аналогичный характер изменения параметров R и CTR.7 Для усредненной комплексной оценки состояния подшипника с уче том шероховатости рабочих поверхностей его деталей рекомендуется исполь зовать в качестве диагностических параметров среднее значение функции со противления R и квадрат отношения среднеквадратического значения пере менной составляющей функции к среднему значению сопротивления (сг/^/л)^.8 Для оценки вида и ориентации доминирующего макроотклонения до рожки качения местно нагруженного кольца в качестве диагностического па раметра рекомендуется использовать амплитуды и фазовые углы соответст вующих этому виду макроотклонения гармонических составляющих функ ции среднего сопротивления от угла направления действия радиальной силы относительно контролируемого кольца подшипника (для эксцентриситета дорожки качения - первая гармоника, для овальности - вторая, для трехвер шинной огранки - третья и т. п.).9 Для выявления вида и оценки значения доминирующего макроот клонения дорожки качения циркуляционно нагруженного кольца в качестве диагностических параметров рекомендуется использовать коэффициенты К^, Km и Кп\ параметр Кп обладает наибольшей чувствительностью к изменению значений макроотклонений дорожки качения и является предпочтительным.10 Разработанные в рамках создания электрорезистивного метода диаг ностирования алгоритмы позволяют осуществлять как комплексную оценку технического состояния подшипника, так и определение вида, ориентации и значения макроотклонений, доминирующих на дорожках качения каждого из его колец.11 Проведенные теоретические исследования характера влияния раз личных факторов на значения диагностических параметров позволили обос новать рекомендации по выбору рациональных режимов диагностирования, при которых метод имеет наибольшую чувствительность к оцениваемым факторам.12 Проведенные экспериментальные исследования подтверждают ре зультаты теоретических исследований, работоспособность и эффективность предложенного электрорезистивного метода диагностирования подшипника, включающего в себя алгоритм усредненной комплексной оценки его техни ческого состояния и алгоритмы оценки доминирующего вида, значения и ориентации макроотклонений дорожек качения.13 Разработанные средства диагностирования и вспомогательное обо рудование для их градуировки позволяют как в лабораторных, так и в произ водственных условиях осуществить реализацию алгоритмов предложенного метода диагностирования.

1. 1.* ров.- М.: Машиностроение, 1988. — 272 с.

2. Приборные шариковые подшипники. Справочник / Под ред. К.Н. Явленского.- М.: Машиностроение, 1981.-351 с.

3. Бальмонт В.Б. Опоры качения приборов / В.Б. Бальмонт, В.А. Матвеев.М.: Машиностроение, 1984. — 240 с.

4. Акустические и электрические методы в триботехнике / Под ред. В.А. Белого.- Минск: Наука и техника, 1987. - 265 с.

5. Подмастерьев К.В. Электрический метод и средства диагностированияподшипников качения (при ремонте и изготовлении машин и механизмов): Дисс... канд. техн. наук. М., 1986. — 244 с.

6. Подмастерьев К.В. Неразрушающий входной контроль подшипников качения при ремонте канатных машин ДВ-2 // Современные физические методы и средства неразрушающего контроля.- М.: МДНТП, 1988. - 90-93.

7. Корндорф Ф. О возможности дефектации неразборных подшипников качения электрически методом / Ф. Корндорф, К.В. Подмастерьев. // Дефектоскопия.- 1985. - № 5. - 88-90.

8. Подмастерьев К.В. Электрофлуктуационный метод и средство поиска локальных дефектов опор качения приборов и машин / К.В, Подмастерьев, Е.В. Пахолкин. // Изв. вузов. Приборостроение.- 1997. - № 9. - 28-31.

9. Мишин В.В. Метод и средства диагностирования подшипниковых узлов сучетом макрогеометрии дорожек качения: Дисс. канд. техн. наук. Орел, 2000. -265 с.

10. Патент 1834501 РФ, G 01 Ml3/04. Устройство для диагностики подшипниковых узлов / Ф. Корндорф, К.В. Подмастерьев, В.Я. Варгашкин.^ Опубл. 11.03.94., Бюл. № 5.

11. Дзюба В.И. Оценка состояния смазочной пленки в опорах качения / В.И.

12. Дзюба, К.В. Подмастерьев. // Вестник машиностроения.- 1986. - N 5. - 8-11.J 1.