Вибрационный метод контроля физико-механических свойств материалов опор качения роторных систем

• Автор: Голубков, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.
1.1.Обзор работ, посвященных исследованию вибрации роторных систем.
1.2.Обзор методов и технических средств для диагностики подшипников качения
1.3.Обзор методов и средств контроля рабочей поверхности шарикоподшипников
1.4.Описание объекта исследования и постановка задачи
2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ВИБРАЦИИ ПОДШИПНИКА.
2.1.Анализ изменения деформаций тел качения подшипника от макрогеометрии элементов.
2.2.Анализ спектральных характеристик изменения жесткости подшипника от макрогеометрии элементов с учетом неоднородности упругих свойств колец.
2.3.Анализ спектральных характеристик сил вынуждающих вибрацию подшипника в зависимости от макрогеометрии элементов и неоднородности упругих свойств.
2.4.Модель расчета вибрации роторной системы с опорами качения
3. ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НА РЕЗОНАНСНЫЕ РЕЖИМЫ И ИЗНОС ОПОР КАЧЕНИЯ. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА РАБОТЫ
3.1.Расчет собственных частот роторной системы с опорами качения
3.2.Анализ параметрических резонансов роторной системы с опорами качения
3.3.Диагностика опор качения роторных систем
3.4.Влияние неоднородности физико-механических свойств материалов элементов шарикоподшипников на возникновение областей интенсивного износа
3.5.Прогнозирование ресурса работы подшипников качения
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.
4.1. Описание и анализ конструкции установки для оценки неоднородности физико-механических свойств материала колец подшипников. Результаты измерений
4.2. Результаты анализа неоднородности упругих свойств колец

подшипников
4.3. Описание и анализ конструкции установки для измерения вибрации подшипников. Результаты измерений
4.4 Результаты расчета вибрации шарикоподшипников с учетом неоднородности физико-механических свойств материалов элементов 108 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Методика расчета собственной вибрации шарикоподшипников с учетом неоднородности физикомеханических свойств материалов
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Методика прогнозирования ресурса работы электродвигателя

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность работы. В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 29 января 2007 г. N 54 о федеральной целевой программе "Национальная технологическая база" на 2007 - 2011 годы" необходимо обеспечить технологическое развитие отечественной промышленности на основе создания и внедрения прорывных ресурсосберегающих, экологически безопасных промышленных технологий для производства конкурентоспособной наукоемкой продукции. Основными задачами программы являются создание новых передовых технологий и оборудования, необходимого для их реализации, а также методик и моделей, позволяющих подтвердить эффективность разработанных технологий. К частным задачам можно отнести дальнейшее повышение точности, надежности и долговечности механизмов, приборов и машин, продление ресурса эксплуатации систем и оборудования, увеличение ресурса двигателей и т.д.
Роторные системы, как правило, составляют основу основ двигателей, машин и механизмов. Виброактивность снижает точностные характеристики функций, выполняемых роторной системой, и качество работы механизма в целом, а также влияет на надежность системы, ресурс ее работы.
Виброактивность является результатом взаимодействия элементов роторной системы и во многом определяется их технологическими погрешностями изготовления отдельных элементов. Надежность подшипников во многом зависит от точности изготовления элементов на стадии производства, от дефектов элементов, возникающих в процессе функционирования, а также от свойств материала, из которого изготовлены элементы подшипника. Неоднородность физикомеханических свойств материала колец подшипника в совокупности с неточностью их изготовления приводит к значительному повышению виброактивности роторной системы, увеличению динамических нагрузок и как следствие к снижению ресурса работы. В сложных многороторных системах неоднородность физико-механических свойств колец подшипника способствует возникновению зон интенсивного износа на дорожках качения отдельных опор качения и как следствие, к преждевременному выходу из строя этих систем. Наличие неоднородности физико-механических свойств колец подшипника способствует перемещению главных зон параметрического резонанса в рабочий диапазон частот вращения роторных систем, что отрицательно сказывается на износе опор качения и приводит их к разрушению.
Необходимо отметить, что в настоящее время практически отсутствуют методы контроля неоднородности упругих свойств колец, а также методики и модели расчета вибрации шарикоподшипников, алгоритмы прогнозирования техниче-
2 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ВИБРАЦИИ ПОДШИПНИКА.
2.1 Анализ изменения деформаций тел качения подшипника от макрогеометрии элементов.
Рассмотрим динамические перемещения внутреннего кольца шарикоподшипника, пренебрегая центробежными силами и силами демпфирования. Дифференциальные уравнения, описывающие движение внутреннего кольца шарикоподшипника можно записать в виде[43]:

МХ] + ^ ^упр . 1 i ~ ^ст. 1 /=! т
Мх2 + ^ Д’упр.г/ ~ -^ст.2 (2.1)

Мхъ + ^ ^упр .3/ — -^ст.З / =
Согласно теории Герца-Беляева, силу упругости, действующую со стороны 1-го шарика на q-e кольцо, можно записать как[92]
Рупр.,=^%2< 8Д, (2-2)
где &qi- деформация i-ro шарика в контакте с q-м кольцом; Kq . конструктивный коэффициент.
В работе [92] показано, что деформация в контакте i-ro шарика с внутренним кольцом с учетом осевых нагрузок определяется статической и динамической составляющими, обусловленными действием статической нагрузки и вследствие вибрации соответственно:
(2.3)

(К* )
52; =82cm.i +----------- ^(xi sin Р, +Х2 cosp,. cos у „ + А3 cos^ sin у,,. - 5r1; - Sr2/ +5dt
(К*)1+(К*2)
где Р/ - угол контакта i-ro шарика с внутренним кольцом;

|/1,- = \i 1 + — (/ - 1) - угловое положение i-ro шарика в плоскости вращения; т
5гц, 8г2,- , 5<Д - составляющие, характеризующие технологические погрешности, не учтенные при статических расчетах.
Применим метод наименьших квадратов и заменим нелинейную функцию степе-