Формулы для расчета технической эффективности системы

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ

14.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электрические методы основаны на создании в кон­тролируемом объекте электрического поля либо непо­средственным воздействием на него электрическим воз­мущением (например, электростатическим полем, полем постоянного или переменного стационарного тока), либо косвенно с помощью воздействия возмущениями неэлек­трической природы (например, тепловым, механическим и др.). В качестве первичного информативного парамет­ра используются электрические характеристики объекта контроля.

К числу этих характеристик относятся электриче­ское сопротивление R, электрическая проводимость g, электрическая емкость С, относительная диэлектриче­ская проницаемость s, тангенс угла диэлектрических потерь tg5, электродвижущая сила E_t, электрический ток /и т.п.

Электрические методы классифицируются в зави­симости от используемого первичного информативного параметра, способа получения первичной информации и характера взаимодействия электрического поля с объек­том. Прежде всего, следует выделить группы электропараметрических и генераторных методов.

К электропараметрическим, согласно ГОСТ 25315, относятся методы, основанные на регистрации электри­ческих характеристик объекта контроля (их еще называ­ют методами, использующими внешние источники элек­трического сигнала). Наиболее распространенными ме­тодами этой группы являются:

• эпектроемкостный метод - метод электриче­ского неразрушающего контроля, основанный на регист­рации емкости участка объекта контроля;

• электропотенциальный метод - метод элек­трического неразрушающего контроля, основанный на регистрации распределения потенциалов по поверхности объекта контроля;

• электроискровой метод - метод электрическо­го неразрушающего контроля, основанный на регистра­ции возникновения электрического пробоя и (или) изме­нений его параметров в окружающей объект контроля среде или на его участке;

• метод контактной разности потенциалов - метод электрического неразрушающего контроля, осно­ванный на регистрации контактной разности потенциа­лов на участках объекта контроля, через который про­пускается электрический ток;

• метод электрического сопротивления (электрорезистивный метод) - метод электрического нераз­рушающего контроля, основанный на регистрации элек­трического сопротивления участка объекта контроля.

К группе генераторных относятся методы, основан­ные на регистрации электрических сигналов, формируе­мых самим объектом контроля (их еще называют мето­дами, использующими собственные источники электри­ческих сигналов). Наиболее распространенными мето­дами этой группы являются:

• термоэлектрический метод - метод электриче­ского неразрушающего контроля, основанный на регист­рации величины термоэлектродвижущей силы, возни­кающей при прямом контакте нагретого образца извест­ного материала с объектом контроля;

• трибоэлектрический метод - метод электриче­ского неразрушающего контроля, основанный на регист­рации величины электрических зарядов, возникающих в объекте контроля при трении разнородных материалов;

• метод рекомбинационного излучения - метод электрического неразрушающего контроля, основанный на регистрации рекомбинационного излучения р-п пере­ходов в полупроводниковых изделиях;

• метод экзоэлектронной эмиссии - метод элек­трического неразрушающего контроля, основанный на регистрации экзоэлектронов, эмитированных поверхно­стью контролируемого объекта при приложении к нему внешнего стимулирующего воздействия.

Каждый из методов обладает определенными пре­имуществами и недостатками, имеет специфику приме­нения и области наиболее эффективного использования. В совокупности электрические методы успешно приме­няют при решении задач дефектоскопии, толщинометрии, структуроскопии, термометрии объектов из элек­тропроводящих и диэлектрических материалов.

14.4 ПРИБОРЫ, ОСНОВАННЫЕ НА РЕГИСТРАЦИИ ИСКАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

В практике неразрушающего контроля находят применение приборы, работа которых основана на реги­страции искажения силовых линий вектора плотности тока, обусловленного дефектом. Приборами регистриру­ется поперечная составляющая вектора плотности тока, которая в бездефектном участке изделия отсутствует.

В случае, если плотность дефекта с удельной элек­трической проводимостью s2, расположена под углом a1 к направлению вектора плотности тока, протекающего по электропроводящему полупространству с удельной электрической проводимостью s1 то с учетом условий непрерывности нормальной составляющей вектора плотности тока (рис. 12)

и закона преломления линий тока на границе раздела двух сред

Рис. 12. Преломление вектора плотности тока на границе раздела двух сред с удельными электрическими проводимостями s2 и s1

поперечная составляющая вектора плотности тока

Эта составляющая может быть применена для обна­ружения дефекта как в электропроводящих немагнит­ных, так и магнитных материалах.

В случае дефектоскопии ферромагнитных материа­лов появляется поперечная тангенциальная составляю­щая магнитного поля дефекта, которая выражается сле­дующим образом:

где s0 - поверхностная плотность магнитных зарядов; x, у, z - текущие координаты; h,b - соответственно глуби­на и полуширина раскрытия дефекта.

Максимальное значение поперечной тангенциаль­ной составляющей (Н_ду)_max (при х = 0) для z > 2 b, что на практике всегда имеет место, преобразуется в выражение

На рис. 13 изображено взаимное расположение точек касания токопроводящих электродов, плоскости индикатора магнитного поля, обусловленного протекающим током, и плоскости дефекта. Линия OO1, соединяющая точки касания электродов, составляет угол a с плоскостью дефекта конечной протяженности. Индикатор магнитного поля, в качестве которого может быть индукционная катушка, феррозонд, преобразователь Холла и т.п., ориентирован вдоль оси OO1 для измерения поперечной тангенциальной составляющей магнитного поля, обусловленного дефектом при обтекании его то­ком. Причем поле дефекта обусловлено составляющими тока, протекающего параллельно граням дефекта. На рис. 13 это линии DE и ВС; длина этих линий растет с уменьшением угла а.

  Рис. 13. Обтекание дефекта током

Поперечная тангенциальная составляющая магнит­ного поля дефекта обусловлена составляющей I1 вектора плотности тока I _оо:

На рис. 14 показаны зависимости тангенциальных продольной и поперечной составляющих магнитного поля дефекта от угла a, а на рис. 15 изменение попереч­ной тангенциальной составляющей по длине дефекта, что свидетельствует о выявляемости дефекта по всей его протяженности.

Рис. 14. Зависимость продольной (Н_дх) и поперечной (Н_ду) тангенциальных составляющих магнитного поля дефекта от угла a

Рис. 15. Изменение тангенциальной поперечной составляющей магнитного поля по длине дефекта (a = 45°; h/2b = 10)

Рассмотренный метод положен в основу работы де­фектоскопов, предназначенных для обнаружения устало­стных трещин в изделиях сложного профиля, таких как резьбовые соединения, зубчатые передачи, переходные поверхности (галтели), в которых вероятное расположе­ние плоскости дефекта известно.

В приборах к контролируемому участку резьбы или зуба с помощью двух токопроводящих электродов под­водится импульсивный ток частотой 50 Гц, амплитудой 10 А. С целью повышения чувствительности и помехо­устойчивости в приборах используется двухчастотный способ обработки сигнала.

В качестве индикатора полей рассеяния от дефек­тов, обусловленных поперечной тангенциальной состав­ляющей, применены одиночные ферроэлементы, обмот­ки возбуждения которых питаются переменным током частотой 4000 Гц.

О наличии дефекта судят по амплитуде и фазе пер­вой гармоники огибающей, модулирующей вторую гар­монику ЭДС, наведенной в измерительной обмотке фер­роэлемента в результате воздействия поперечной тангенциальной составляющей магнитного поля, обуслов­ленной дефектом, на нелинейный элемент - сердечник ферроэлемента.

Обследование контролируемой поверхности прово­дится вручную, установкой преобразователя в нитку резьбы или во впадину между зубьями и постепенным перемещением его вдоль образующей резьбы или зуба. За один проход контролируется вся поверхность впади­ны резьбы или зуба, ограниченная линиями, образуемы­ми точками касания токопроводящих электродов преоб­разователя.

Контроль резьбовых участков штоков крупногаба­ритных компрессоров высокого давления проводят через боковое отверстие в корпусе компрессора при частичном свинчивании гайки. В стационарных условиях контроль резьбы механизирован.

14.5 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Приборы неразрушающего контроля, основанные на термоэлектрическом методе, находят применение при сортировке деталей по маркам сталей, для экспресс - анализа стали и чугуна непосредственно в ходе плавки и в слитках, определения толщин гальванических покры­тий, измерения глубины закаленного слоя, исследования процессов усталости металла.

Источником информации о физическом состоянии материала при термоэлектрическом методе неразру­шающего контроля является термо-ЭДС, возникающая в цепи, состоящей из пары электродов (горячего и холод­ного) и контролируемого металла.

Обработка информации может производиться или по схеме прямого преобразования или по дифференци­альной схеме (рис. 16).

Сущность работы приборов по схеме прямого пре­образования заключается в следующем. Контролируе­мый образец 7 помещают на площадку холодного элек­трода 3. К контролируемой поверхности прикасаются горячим электродом 2, нагреваемым элементом 4. В мес­те контакта горячего электрода возникает термо-ЭДС, и ток начинает протекать в цепи, в которую включен ин­дикаторный прибор V.

При работе прибора по дифференциальной схеме к холодным электродам, на которых размещены образец 5 из известной марки стали и контролируемая деталь 7, подключен индикаторный прибор V. К этим деталям од­новременно прикасаются горячим электродом - щупом 2 и, наблюдая за показаниями индикаторного прибора V, судят о принадлежности контролируемой детали к марке стали образца.

Регистрация результатов контроля возможна тремя способами: по углу отклонения стрелки индикаторного прибора, по изменению знака термо-ЭДС и по индика­ции нулевого показания.

Для крупносерийного производства с установив­шейся номенклатурой марок материала можно восполь­зоваться опытом составления сводных таблиц исполь­зуемых материалов.

В табл. 4 приведены значения термо-ЭДС для неко­торых сталей.

Рис. 16. Схемы контроля путем прямого преобразования (в) и дифференцированным методом (б)

14.6 ЭЛЕКТРОИСКРОВЫЕ, ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Для контроля сплошности диэлектрических покры­тий (эмаль, стекло, эпоксидная смола) на внутренней поверхности труб применяют электроискровые приборы. Работа основана на электроискровом пробое дефектных мест в диэлектрическом покрытии высоким выпрямлен­ным напряжением. Контроль осуществляется с помощью сменных электроискровых головок, вставленных в трубу на металлической штанге.

Для контроля диэлектрических материалов и ком­позиции на их основе применяют импульсные высоко­частотные дефектоскопы, использующие электромаг­нитные поля высокой напряженности (эффект Кирлиан).

Дефектоскоп позволяет проводить количественный анализ высокочастотного разряда, происходящего между поверхностью контролируемого изделия и прозрачным электродом разрядно-оптического преобразователя (ПРО). При толщине стеклопластика 6 мм хорошо выяв­ляется непроклей между слоями с раскрытием около

0, 15 мм, площадью от 0,1 мм² и более, а при пропитке органической ткани каучуком контролируется содержа­ние связующего вещества с точностью ±50 %.

Дефектоскоп содержит генератор высоковольтных радиоимпульсов, разрядно-оптический преобразователь, усилитель-формирователь выходного сигнала со стре­лочным индикатором и блок питания. Работа прибора заключается в следующем. Во вторичной обмотке высо­ковольтного генератора индуцируется высоковольтный радиоимпульс с частотой заполнения 200... 250 кГц и амплитудой 70 кВ, который подается в разрядно-оптический преобразователь для возбуждения разряда в раз­рядном промежутке контролируемой системы.

Разрядно-оптический преобразователь представляет собой обкладку с прозрачным электродом и разрядным промежутком 50 мкм, сформированным со стороны про­водящего слоя электрода. Оптическая информация из зоны разрядного промежутка по световоду диаметром 10 мм и длиной 1 м подается на фотокатод фотоэлек­тронного умножителя, установленного в корпусе элек­тронного блока. Оптический сигнал преобразуется в электрический и поступает через усилитель-формиро­ватель на стрелочный индикатор, по показаниям которо­го судят о результатах измерений.

Установив ПРО на контролируемую поверхность изделия, добиваются постоянной яркости высокочастот­ного разряда в разрядном промежутке, а о результатах контроля судят по величине приложенного к преобразо­вателю импульсного высокочастотного напряжения.

В текстильной, бумагоделательной, нефтехимиче­ской и других отраслях промышленности находят при­менение приборы, предназначенные для измерения на­пряженности электростатических зарядов, возникающих при электризации быстродвижущихся диэлектрических материалов (текстиль, бумага и др.).

Принцип действия прибора основан на бесконтакт­ном измерении напряженности электростатического за­ряда. В качестве измерительного преобразователя при­менен динамический конденсатор, содержащий непод­вижный измерительный электрод и подвижный зазем­ленный электрод, выполненный в виде крыльчатки, ко­торый периодически экранирует измерительный элек­трод от воздействия электростатического поля. Электро­статический заряд, индуцированный на измерительном электроде, преобразуется в переменное напряжение, ам­плитуда и фаза которого несут информацию о напряжен­ности электростатического поля и знаке заряда.

Для ионизации воздуха в производственных усло­виях с целью нейтрализации электростатических зарядов на быстродвижущихся диэлектрических материалах предназначен прибор, который состоит из высоковольт­ного игольчатого разрядника, обеспечивающего получе­ние положительных или отрицательных ионов в рабочей зоне, и блока питания, содержащего высокочастотный преобразователь-формирователь высоковольтных им­пульсов положительной или отрицательной полярности.

14.7 ЭЛЕКТРОРЕЗИСТИВНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ

14.7.1ОБЩИЕ 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.

К У

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 € [10²; 10⁵] 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

и

тонкие граничные слои (0,1-1 мкм) обладают полупро­водниковыми свойствами, а смазочный материал в толстых слоях является диэлектриком (р_см € [10⁵; 10²²] 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 € [10⁷; 10¹¹] 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; 10²] 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.

14.7.2 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 a_с €[0,9; 1,1] для точечного контакта и a_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 a_G € [2,9; 3,6]. ­ В случае пластического контакта микронеровностей по­верхностей при граничном трении для точечного контак­та a_G = 0,8, для линейного a_G = 1,2, а при полужидко­стном режиме смазки с редкими микроконтактами - a_G = 2,6. Таким образом, широко применяемый диагно­стический параметр G_cp является частным случаем пара­метра G"_p при a_G =1

Характерно, что всегда выполняется условие (R'_ср / R_cр) < 1, при этом знак равенства соответствует g(t) = const, что применительно к жидкостной смазке означает отсутствие колебаний толщины пленки в зонах трения (идеализированная ситуация). Это свойство па­раметров заложено в основу метода оценки степени флуктуаций толщины пленки в зоне трения по диагно­стическому параметру k_n = R'_ср / R_cр, а также метода про­гнозирования состояния подшипников качения в условиях жидкостной смазки по параметру β _д = (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.

14.7.3МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ДЕФЕКТОСКОПИИ

Физические основы. Попадание дефектного участка поверхности (риски, лунки, трещины, раковины и т.п.) в нагруженную контактную зону вызывает релаксацию давления, что приводит к снижению толщины разде­ляющей поверхности смазочной пленки, возрастанию вероятности микроконтактирования деталей и, соответ­ственно, значения параметра К. При этом степень влия­ния дефекта на К зависит от его вида и величины, а меж­ду его размерными параметрами (протяженность, глуби­на, объем) и значением К существуют однозначные мо­нотонные зависимости (рис. 21).

Это явление положено в основу электрических ме­тодов дефектоскопии, которые применительно к под­шипнику качения обеспечивают обнаружение регламен­тированных НТД повреждений рабочих поверхностей колец и тел качения как отдельного подшипника, так и опоры качения узла с глубиной поиска до поврежденно­го тела качения и местоположения дефекта на дорожке качения каждого из колец в условиях рабочего и тесто­вого диагностирования.

Специфика электрорезистивных методов (отсутст­вие первичного преобразователя, совершающего пере­мещения относительно контролируемой поверхности при сканировании) и объекта диагностирования (контро­лируемые поверхности при работе подшипника совер­шают сложные относительные перемещения) обуславли­вает специфику принципов локализации зоны контроля на исследуемой поверхности и сканирования.

а) б) в)

Рис. 21. Примеры эпюр гидродинамического давления в контактной зоне подшипника (а) и расчетных зависимостей К от глубины (6) и протяженности (в) моделируемой раковины:

1 - дефект отсутствует, А = 0,612 мкм; 2 - глубина дефекта 0,212 мкм, протяженность 236 мкм, А = 0,547 мкм;

3 - глубина дефекта 1мкм, протяженность 221 мкм, А = 0,354 мкм; 4 - глубина дефекта 1мкм, протяженность 236 мкм, А = 318 мкм

Принцип локализации зоны контроля заключается в обеспечении неизменного положения исследуемой рабо­чей поверхности относительно вектора радиальной со­ставляющей нагрузки F_r за время измерения Т_и пара­метра К:

За счет радиальной силы происходит односторон­ний выбор зазора, и в подшипнике образуется зона на­гружений, ограниченная некоторым угловым сектором ±φ₀ (рис. 22). В этом случае зона контроля совпадает с зоной нагружения, расположена симметрично вектору F_r, а нагрузка в ее пределах изменяется от максималь­ного значения в центре до 0 на ее границах (рис. 23). Минимально возможный размер зоны контроля, обеспе­чивающий наилучшую чувствительность и разрешаю­щую способность метода, определяется угловым рас­стоянием между телами качения (φ₀ = γ) и обеспечива­ется для шариковых и для роликовых подшипников при выполнении условий:

В этом случае относительная нагрузка F_θ на тело качения с координатой θ < γ, определяется только зна­чением 0 (кривые 3 на рис. 23):

Рис. 22. Схема радиально нагруженного подшипника качения

а)

О 100 g 200 град 300

б)

Рис. 23. Распределение F_θ в зоне нагружения подшипника типа 306 для различных значений радиального зазора G_r при F_r = 3 кН (а) и для различной нагрузки F, при G_r = 20 мкм и θ = 180° (б)

Принцип сканирования заключается в изменение от­носительного положения исследуемой поверхности и вектора F_r при обеспечении неизменной чувствитель­ности диагностического параметра к состоянию контро­лируемых участков поверхностей и стабилизации влияния на его значение качества неконтролируемых поверхно­стей и прочих факторов. Пути реализации данного прин­ципа могут быть различными: перемещение контроли­руемой поверхности относительно F_r; изменение на­правления F_r относительно поверхности; анализ взаим­ного положения F_r и поверхности при работе объекта в эксплуатационных режимах и автоматическое управле­ние алгоритмом обработки информации.

Алгоритмы диагностирования подразделяются на рабочие (пассивные) и тестовые (активные), на алгорит­мы с непрерывным последовательным, дискретным зо­нальным и дискретным зонально-селективным сканиро­ванием (рис. 24).

При реализации непрерывного сканирования путем изменения взаимного положения исследуемой поверхно­сти и вектора нагрузки с постоянной скоростью сканиро­вания ω_ск осуществляют перемещение зоны контроля по этой поверхности при непрерывной регистрации ди­агностического параметра K(t). О наличии дефекта судят по характерному увеличению (всплеску) параметра К_л относительно фонового уровня К_ф, о его местопо­ложении - по координате всплеска, соответствующей расположению дефекта на линии действия нагрузки, а о размерах дефекта - по величине всплеска. На рис. 25 в качестве иллюстрации представлены примеры характер­ных диаграмм K(t) при поиске дефектов рабочих по­верхностей бывших в эксплуатации подшипников (алго­ритм непрерывного последовательного сканирования за счет изменения положения контролируемой поверхности относительно Fr) и фотографии выявленных дефектов.

Алгоритмы дискретного зонального сканирования предусматривают деление поверхности на участки, сме­щенные друг относительно друга на шаг сканирования ω_ск, и получение информации о каждом из участков (теле качения) путем измерения параметра K_i при совмещении центра участка (тела) с направлением нагрузки.

При реализации алгоритмов дискретного зонально­селективного сканирования подшипник работает в экс­плуатационных режимах, а информация о различных участках контролируемой поверхности формируется пу­тем анализа взаимного расположения поверхности и на­грузки и автоматического управления алгоритмом обра­ботки информации. При этом значение параметра K_i для каждого участка поверхности определяется за не­сколько (Н_ц) циклов измерения в периоды времени на­хождения этого участка в зоне контроля.

Выбор базового алгоритма осуществляется в зави­симости от конструктивных особенностей объекта, этапа диагностирования и требуемых его показателей с учетом рекомендаций табл. 5.

Режимы поиска дефектов для каждого из алгорит­мов задаются из условия обеспечения заданных показа­телей диагностирования. Их расчет производится по спе­циальным методикам и программам, при этом в качестве исходных данных наряду с требуемыми показателями диагностирования (глубиной поиска, точностью опреде­ления местоположения дефекта, продолжительностью диагностирования) рассматриваются структурные пара­метры объекта и априори известные режимы; в качестве определяемых параметров – F_r, Т_и, φ_ск, ω_ск частоты

вращения колец (ω_н(в)) или нагрузки (ω_F), а в каче­стве критериев - максимальная чувствительность, пре­дельно допускаемые значения флуктуаций диагностиче­ского параметра, не обусловленных изменением качества поверхностей, и нестабильности нагружения контроли­руемых и неконтролируемых поверхностей.

Рис. 24. Алгоритмы сканирования при поиске дефектов

Рис. 25. Примеры зависимостей К(t) при дефектоскопии подшипников 208 с различными локальными дефектами поверхностей:

а - усталостное отслаивание на шарике; б - два участка коррозионной сыпи на дорожке наружного кольца; в - трещина внутреннего кольца; г - локальный износ внутреннего кольца в виде коррозии; д - раковина усталостного выкрашивания на шарике

5. Сравнение характеристик различных алгоритмов поиска дефектов

Так, например при поиске дефектов колец при дис­кретном зонально-селективном сканировании основны­ми расчетными режимами являются F_r,φ_ск и N_ц, при этом F_r определяют из ранее приведенных условий обеспечения минимальных размеров зоны контроля, φ_ск выбирают кратным Z из выражения: φ_ск ≤ 4π , а N _ц - удовлетворяющим условиям обеспечения предельно допускаемой нестабильности эпюр средней нагрузки на контролируемом и неконтролируемом кольцах (𝛥_к, 𝛥_нк) и средней нагрузки тел качения (𝛥_т):

где 𝛥 - предельно допускаемая неравномерность мак­симума F_ср (θ) на контролируемой дорожке; индексы к(нк), т - свидетельствуют о принадлежности параметра контролируемому (неконтролируемому) кольцу или телу качения; С_К(_НК)(θ) - число контактов точки с координа­той θ дорожки качения кольца с нагруженными телами качения за N_ц циклов нагружения; F_ср(θ),F_θi (θ) - номинальная средняя нагрузка и нагрузка, воспринимаемая при i -м контакте с телом качения точкой дорожки каче­ния с координатой θ; F_{τ тi} (θ_τ) - нагрузка, восприни­маемая т-м телом качения с координатой θ_τ в i -м цикле нагружения;

θ _0mi = γ(m-1)+2π(i -1) k₁, θ_τ=(θ _0mi+ ψ_k k₁) €[0, 2π] - начальная и текущая координаты т-го тела качения в i -м цикле нагружения; ψ_к € [0, 2γ] - угол поворота кольца с момента начала каждого из циклов.

Средства поиска дефектов включают, как правило, электронные устройства (приборы и системы) для сбора и анализа измерительной информации о флуктуирующем значении диагностического параметра и стендовое обо­рудование для привода и требуемого нагружения объек­та контроля (при рабочем диагностировании стендовое оборудование может отсутствовать). На рис. 26 в качест­ве примера представлены структурные схемы некоторых из них.

а)

б)

в)

г)

Рис. 26. Устройства поиска дефектов тел качения (а) и колец подшипников (б-г) с дискретным зональным (а), дискретным зонально-селективным (б) и непрерывным последовательным (в, г) сканированием за счет изменения направления F_r относительно поверхности (а - в) и положения поверхности относительно F_r (г): 1 - контролируемый подшипник; 2 - вал; 3 - корпус; 4 - источник напряжения; 5 - формирователь импульсов; 6 - токосъемник; 7 - счетчик; 8 - временной селектор; 9 - генератор опорной частоты; 10-устройство нагружения; 11 - датчик углового положения; 12 - блок управления; 13 - генератор; 14 - блок задержки; 15 - одновибратор; 16 - ключ; 17- канал дискретного счета; 18 - диск с метками; 19,20 - делители частоты; 21 - триггер; 22,23 - приводы; 24 - элемент дискретного счета; 25 - интегратор;

26 - дифференциальный усилитель; 27 - регистрирующее устройство; 28 - компенсатор; 29 - пороговый элемент; 30 - отметчик; 31,32- преобразователи положения вала и F_r\ 33 - переключатель; 34 - преобразователь разности фаз

Обязательным элементом электронных устройств является цепь формирования электрического сигнала, несущего информацию о значении диагностического параметра НИВ (К). Цепь включает источник постоян­ного электрического напряжения 4, формирователь импульсов 5 и осуществляющие контакт с подвижными деталями объекта токосъемники 6. Она преобразует им­пульсы проводимости объекта контроля 1 при микрокон­тактировании в прямоугольные импульсы напряжения той же длительности с уровнем логической единицы на выходе формирователя 5. Сигнал, пропорциональный параметру К, формируется с помощью счетчика 7, вре­менного селектора 8 и генератора опорной частоты 9 или путем аналогового интегрирования импульсов напряже­ния блоком 25.

Для реализации сканирования в условиях тестового диагностирования используется либо дополнительный привод 6, осуществляющий перемещение контролируе­мой поверхности относительно вектора радиальной на­грузки, либо устройство радиального нагружения 10, реализующее заданный закон нагружения объекта в про­цессе контроля. Поиск дефектов в условиях рабочего диагностирования при использовании алгоритма дис­кретного зонально-селективного сканирования предпо­лагает наличие дополнительных измерительных каналов для получения апостериорной информации о текущем взаимном расположении контролируемой поверхности (детали) и F_r, необходимой для автоматического управ­ления алгоритмом обработки данных.

14.7.4 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Физические основы. Значение диагностического па­раметра К в каждый момент времени t определяется со­отношением толщины смазочной пленки и параметров микро- и макрогеометрии участков поверхностей в на­груженных контактных зонах. При работе объекта в кон­тактные зоны попадают различные сочетания участков поверхностей при различных нагрузках, следствием чего является непрерывное изменение функции K(t) которая имеет детерминированную составляющую, определяе­мую конструктивными особенностями объекта контроля. Отклонения макрогеометрии рабочих поверхностей (овальность, гранность) приводят к периодическому из­менению кривизны контактирующих поверхностей в зонах трения деталей, изменению размеров площадок контактов, толщины смазочной пленки и, как следствие, к характерной трансформации детерминированной со­ставляющей K(t).

Это явление положено в основу электрорезистивных методов контроля отклонений формы рабочих по­верхностей узлов машин и механизмов, которые приме­нительно к подшипникам качения обеспечивают иден­тификацию доминирующего вида, оценку ориентации и значений отклонений макрогеометрии дорожек качения колец как отдельного подшипника, так и опоры качения в условиях рабочего и тестового диагностирования.

Контроль местно нагруженных колец подшипников и опор качения.

Для подшипников качения из-за периодического перераспределения нагрузки между телами качения де­терминированная составляющая функции K(t) при отсутствии отклонений формы рабочих поверхностей име­ет практически одну гармонику с частотой f_c Z, где f_c - частота вращения сепаратора.

Макроотклонения дорожки качения местно нагру­женного кольца (в зависимости от вида нагружения подшипника оно может быть наружным или внутренним, вращающимся или неподвижным) приводят к измене­нию постоянной и переменной составляющих функции K(t), причем степень и характер влияния определяются не только видом и значением макроотклонений, но и их ориентацией относительно F_r. Характерно, что зависи­мость параметра К от угловой координаты ф располо­жения кольца относительно вектора F_r содержит прак­тически одну гармоническую составляющую (рис. 27) с частотой, соответствующей доминирующему виду мак­роотклонений его дорожки качения (для овальности - вторая гармоника, трехгранности - третья и т.п.), и фазо­выми углами, характеризующими ориентацию макроот­клонения (направление овальности наружного кольца соответствует координатам минимума, а внутреннего - максимума второй гармоники).

Рис. 27. Зависимости K( ф) для подшипника с овальностью (7) и трехвершинной огранкой (2) дорожки качения местно нагруженного кольца.

В соответствии с указанным явлением при контроле в качестве диагностических параметров используются амплитуды и фазовые углы характерных гармонических составляющих функции K( ф). При этом обобщенный алгоритм контроля заключается в получении и гармони­ческом анализе зависимости K( ф). Для этого контроли­руемое кольцо условно разбивают на п_у участков (п_у > 2M_max + 1), получают п_у отсчетов K( ф _i), совме­щая каждый раз направление F_r с центром i -го участка дорожки качения (с угловой координатой ф_i = 2πi/n_y) и проводят гармонический анализ функции. Вид доминирующего макроотклонения идентифицируют сравнением амплитуд информационных гармоник, а его ориентацию - по фазовому углу соответствующей гар­моники.

Пример результатов контроля подшипника пред­ставлен на рис. 28.

Контроль циркуляционно нагруженного кольца подшипника.

Макроотклонения дорожки циркуляционно нагру­женного кольца наряду с изменением постоянной и пе­ременной составляющих функции K(t) вызывают изме­нение ее спектрального состава. При этом каждому виду макроотклонений соответствует характерный только для него набор информационных составляющих, изменение значения отклонения лишь перераспределяет их весомость, а частоты информационных составляющих (f_И) определяются из выражений:

Где f_Н(В) - частота вращения кольца; М = 2 для овально­сти и М — 3, 4,... для огранки соответствующего поряд­ка; L= 1,2,....

В соответствии с указанным явлением при контроле в качестве диагностических параметров используются спектральные характеристики функции K(t), в частно­сти, параметр К_т =(K_f)²/(K₀)², характеризующий энергетический вклад гармонических составляющих на информационных частотах в спектр K(t), где (K_F)² и (К₀)² - мощности частотной и всей переменной со­ставляющей функции K(t).

Обобщенный алгоритм контроля заключается в спектральном анализе функции K(t), результатом кото­рого является распределение амплитуд или спектральной плотности мощности частотных составляющих сигнала. При этом вид доминирующего макроотклонения иден­тифицируют по совокупности информационных частот, соответствующих наиболее мощным пикам спектра, а его значение Q оценивают на основе рассчитанных для характерных составляющих сигнала значений К_т и функциональных зависимостей K_m(Q), полученных предварительно расчетным путем (по диагностической модели) или экспериментально (путем градуировки). В основу алгоритма функционального преобразования сигнала из временной области в частотную заложено преобразование Фурье для дискретно-временных вели­чин, а обеспечение требуемой точности анализа при ма­лых значения Т_и достигается путем усреднения текущих (выборочных) спектров.

Пример результатов контроля подшипника пред­ставлен на рис. 29.

Средства контроля также включают электронные устройства и стендовое оборудование. Принцип их по­строения иллюстрируется структурными схемами, пред­ставленными на рис. 30

29. Спектрограмма K(t) для подшипника 208 с трехгранностью дорожки качения циркуляционно нагруженного внутреннего кольца и круглограмма контролируемой дорожки качения.

Рис. 30. Устройства контроля циркуляционно (а) и местно (б) нагруженных колец:

1 - подшипник; 2 - вал; 3 - корпус; 4 - источник напряжения; 5 - формирователь импульсов; 6 - токосъемник; 7 - счетчик; 8 - временной селектор; 9 - генератор опорной частоты; 10 - устройство нагружения; 11 - ЦАП; 12,14 - квадратичные детекторы; 13 - управляемый полосовой фильтр; 15 - преобразователь отношений; 16- датчик; 17 - измеритель частоты; 18- блок управления; 19 - вычислительное устройство.

14.7.5 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОМПЛЕКСНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПОДШИПНИКОВ И ОПОР КАЧЕНИЯ

Перспективным направлением повышения досто­верности диагностирования узлов машин и механизмов является реализация комплексного подхода, сущность которого применительно к опорам качения заключается в следующем:

• в качестве объекта диагностирования рассмат­ривается не собственно подшипник, а система «подшип­ник - сборка - смазка - режимы и условия работы»;

• диагностирование проводится на различных этапах жизненного цикла изделий (входной контроль новых подшипников и дефектация бывших в эксплуата­ции подшипников, диагностирование опор в процессе проведения механосборочных работ, диагностирование подшипников в процессе эксплуатации ответственных изделий, проведении исследований и испытаний);

• на каждом из этапов наряду с определением нормируемых в НТД параметров технического состояния подшипника осуществляется комплексная оценка его фактического состояния, как системы, с учетом решае­мых задач.

Общий принцип комплексной оценки состояния подшипника как системы заключается в обеспечении для каждого участка поверхности наружного и внутреннего колец, а также каждого тела качения одинаковых усло­вий влияния их состояния на значение диагностического параметра при режимах и условиях работы объекта, со­ответствующих эксплуатационным.

Специфика целей, задач и объектов диагностирова­ния на различных этапах жизненного цикла изделий обу­славливает специфику алгоритмов и средств диагности­рования, а также критериев выбора режимов, обеспечи­вающих требуемые показатели диагностирования.

Входной контроль новых подшипников наиболее эффективен при изготовлении и ремонте сложных, от­ветственных и дорогостоящих изделий, а также изделий с тяжелыми условиями работы подшипников. Задача комплексной оценки состояния - выявление подшипни­ков, обладающих потенциально низкой надежностью при конкретных режимах и условиях эксплуатации в данном виде изделий.

Алгоритм контроля заключается в следующем: подшипник смазывают требуемым количеством смазоч­ного материала заданного состава, устанавливают на стендовое оборудование, имитирующее эксплуатацион­ные режимы (частоты вращения колец, характер нагру­жения) и измеряют К. При этом решение о целесооб­разности установки подшипника в изделие принимают из условия К ≤К_доп.

Значение Т_И выбирается из условий обеспечения требуемой точности выполнения принципа комплексной оценки из выражений:

где k_l(2) = 0,5(d₀ ± D_w cosα₀)/ d₀; do - средний диаметр

подшипника; D_w - диаметр тел качения; α₀ - угол кон­такта; 𝛥_с, δ_к - допускаемые значения относительной погрешности из-за некратности Т_И значению 1/f_с и оцен­ки Р_К по К; t_βo - квантиль распределения для довери­тельной вероятности β₀.

Значение К_Д0П определяется из условия обеспечения требуемого уровня надежности объекта. Методика осно­вывается на теоретических зависимостях между К и коэффициентом толщины пленки λ, связь которого с долговечностью подшипников широко известна. Задава­ясь требуемым уровнем долговечности подшипника, по справочным данным определяют соответствующее зна­чение λ, а по диагностической модели - значение К_Д0П (λ). Например, для подшипника 208 получены зави­симости (рис. 31):

Рис. 31. Зависимости К(Х) для подшипника 208 при раз­личных значениях А = F_r^2/3 10^-9/S_m²

Диагностирование опор качения при проведении ме­ханосборочных работ выполняется с целью контроля качества сборки узла, проведения регулировки. Задача - оценка фактического состояния подшипника, сформиро­вавшегося при сборке узла. Алгоритм диагностирования основывается на оценке интегральных параметров функ­ции K(t): К и (σ_к /К)², где σ_к - среднеквадрати­ческое значение K(t). Алгоритм рабочего диагностиро­вания заключается в измерении указанных параметров при работе узла в эксплуатационных режимах, при этом условия выбора Т_и аналогичны вышеизложенным. Алго­ритм тестового диагностирования базируется на алго­ритме контроля отклонений формы местно нагруженно­го кольца, при этом в качестве диагностического исполь­зуется параметр К_ф:

Дефектация бывших в эксплуатации подшипников проводится при техническом обслуживании и ремонте изделий с целью оценки степени износа подшипника и принятия решения о возможности его эксплуатации в течение следующей межконтрольцой наработки. Задачи различаются в зависимости от объекта: при дефектации опор качения определяется фактическое состояния под­шипника с учетом качества смазочного материала и влияния прочих факторов; при дефектации демонтиро­ванного подшипника оценивается степень износа рабо­чих поверхностей.

В качестве диагностического параметра использу­ется К. Диагностирование опор качения рабочее. Диаг­ностирование демонтированного подшипника тестовое, при этом определяется среднее значение К за несколько (J) периодов непрерывного или дискретного сканирова­ния при реализации любого из алгоритмов поиска дефектов:

Рекомендации по выбору режимов соответствуют базовым алгоритмам.

Диагностирование подшипников при эксплуатации изделий, проведении испытаний и научных исследований. Объект - подшипниковая система с учетом всего ком­плекса влияющих факторов. Основная цель - получение комплексной оценки состояния объекта. Алгоритм диаг­ностирования заключается в измерении интегральных электрических параметров при работе объекта в эксплуа­тационных режимах и условиях.

Установлена высокая эффективность электрорезистивных методов комплексной оценки состояния опор качения при решении следующих научно-производственных задач:

• предотвращение внезапных отказов высокоско­ростных опор при эксплуатации машин и механизмов;

• мониторинг процесса технологической обкатки высокоскоростных опор с пластичным смазочным мате­риалом;

• обоснование режимов работы и экспресс- контроль систем с малым расходом смазочного материала;

• идентификация вида и количественная оценка состояния смазки в подшипнике;

• оценка характера и параметров закона распре­деления сопротивления объекта при полужидкостной смазке.

Средства комплексного диагностирования узлов машин и механизмов подразделяются на группы, харак­теризуемые спецификой назначения и предъявляемых требований.

Дата добавления: 2015-09-06