PL215720B1 - Zespół do elektrycznych pomiarów odległości części maszyn podczas tworzenia się ) klina elastohydrodynamicznego w procesie smarowania współpracujących powierzchni cieczami o właściwościach izolacyjnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół do elektrycznych pomiarów odległości części maszyn podczas tworzenia się klina elastohydrodynamicznego w procesie smarowania współpracujących powierzchni cieczami o właściwościach izolacyjnych. Wynalazek znajduje również zastosowanie do pomiarów grubości jak również oporu elektrycznego klina elastohydrodynamicznego tworzącego się z oleju przeznaczonego do smarowania szybkoobrotowych obrabiarek i maszyn precyzyjnych.

Klin elastohydrodynamiczny utożsamiany jest z tzw. filmem z cieczy tworzącym się między będącymi w ruchu obrotowym elementami maszyn o kształcie umożliwiającym względny ruch dwóch lub więcej powierzchni. Cieczą, o której mowa powyżej bywa często olej smarujący dany układ poruszających się elementów.

Znane są urządzenia do pomiaru ciśnienia oleju, które występuje w obszarze klina olejowego, które działają na zasadzie pomiaru ciśnień lokalnych za pomocą przyrządów manometrycznych. Pozwalają one na pewnego rodzaju identyfikację warunków panujących w klinie smarnym.

Istnieją również rozwiązania działające na zasadzie pomiaru wymiarów liniowych między powierzchniami. Podczas gdy układ jest w spoczynku, klin olejowy między elementami nie tworzy się. Z urządzeń pomiarowych odczytywana jest zatem pewna odległość (h1). W przypadku, gdy układ znajduje się w ruchu, w zbieżnych szczelinach między elementami tworzy się klin olejowy powodując odsunięcie tych elementów od siebie. Wartość mierzonej odległości (h2) jest zatem większa od (h1).

Zgodnie z patentem nr US 5372033 znane są także rozwiązania, które oparte są na wykorzystaniu specjalnie przygotowanych elementów łożyskowych jako par ciernych. Jednym z przykładów jest urządzenie opisane w patencie T.B. Howe, nr US 3178928, wydanym dnia 20 kwietnia 1965 r. Zakłada ono wykorzystanie miernika rezystancji w pomiarze parametrów elastohydrodynamicznych smaru podczas doświadczalnego określania trwałości łożysk. Rozwiązanie to, nie pozwala jednak na dokładną obserwację smarowania oraz grubości warstwy smarnej w przekładniach i łożyskach tocznych. Badania wykonywane z wykorzystaniem tej aparatury nie umożliwiają również zastosowania w komercyjnie produkowanych łożyskach.

Istotą wynalazku jest zespół do elektrycznych pomiarów odległości części maszyn podczas tworzenia się klina elastohydrodynamicznego w procesie smarowania współpracujących powierzchni cieczami o właściwościach izolacyjnych, stanowiący układ cierny i układ pomiarowy, charakteryzujący się tym, że układem ciernym są dwa wałki o zmiennej wzajemnej prędkości obrotowej, przy czym co najmniej jeden z nich ma zespół do realizacji ruchu umożliwiającego zmianę wzajemnego nacisku na powierzchnię styku wałków, między którymi tworzy się klin elastohydrodynamiczny cieczy o właściwościach izolacyjnych, zaś układem pomiarowym jest miernik rezystancji z zabierakami pomiędzy wałtkami połączony z układem komputerowym.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:

- zespół uwzględnia istnienie nierówności powierzchni stykających się wałów (uwzględnia rzeczywiste powierzchnie). Pozwala bowiem na pomiar rezystancji, która osiąga nieskończoność, gdy brak jest kontaktu między powierzchniami wałów (brak kontaktu wierzchołków nierówności; elementy oddzielone cząsteczkami cieczy o właściwościach izolacyjnych),

- zespół umożliwia ciągły pomiar rezystancji a co za tym idzie względnej odległości części maszyn oraz grubości klina elastohydrodynamicznego (zarówno podczas ruchu i zatrzymania). Dane z pomiarów wykonywanych przez zespół zapisywane są w sposób ciągły w układzie komputerowym.

Wynalazek w przykładowym wykonaniu został uwidoczniony w widoku na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia zespół do elektrycznych pomiarów odległości części maszyn podczas tworzenia się klina elastohydrodynamicznego w procesie smarowania współpracujących powierzchni cieczami o właściwościach izolacyjnych, a fig. 2 przedstawia rezystancję klina elastohydrodynamicznego.

Zespół cierny stanowią dwa wałki 1 i 2 o zmiennej wzajemnej prędkości obrotowej, przy czym co najmniej jeden z nich ma zespół do realizacji ruchu umożliwiającego zmianę wzajemnego nacisku na powierzchnię styku wałków 1 i 2. Wałki 1 i 2 wykonane są z materiału przewodzącego prąd elektryczny np. ze stali. Wałek 1 zamocowany jest w obudowie, nie uwidocznionej na rysunku, pozwalającej jedynie na jego ruch obrotowy. Wałek 2 z kolei zamocowany jest w sposób umożliwiający zarówno ruch obrotowy jak również ruch posuwisty w kierunku „od i „do wału pierwszego. Wałki 1 i 2 pracują w obecności cieczy 3 o właściwościach izolacyjnych. Podczas względnego ruchu stykających się powierzchni walcowych wałów 1 i 2, zgodnie z teorią elastohydrodynamiczną opisaną w książce M. HebPL 215 720 B1 da, A. Wachal „Trybologia WNT, Warszawa 1980 str. 396 - 403; powstaje klin smarny 3. Grubość tak powstałego klina smarnego 3 zależna jest m.in. od prędkości obrotowej, temperatury, lepkości cieczy izolującej, długości styku, siły docisku, krzywizny oraz struktury geometrycznej współpracujących powierzchni.

Wałki 1 i 2 podłączone są przez zabieraki 5 i 6 z układem pomiarowym, który stanowi miernik 4 rezystancji, połączony z układem komputerowym 7. Układ ten dokonuje stałego pomiaru wybranych parametrów takich wielkości jak rezystancji, spadku napięcia, przepływu prądu. Podczas gdy układ mechaniczny dwóch wałów 1 i 2 znajduje się w spoczynku klin elastohydrodynamiczny cieczy o właściwościach izolacyjnych 3 nie tworzy się, zatem występuje kontakt współpracujących elementów, co daje odpowiednie wskazanie parametru rezystancji w układzie pomiarowym. Jeżeli układ mechaniczny porusza się z określoną prędkością obrotową, będące w ruchu wały 1 i 2 zostają oddzielone klinem elastohydrodynamicznym cieczy o właściwościach izolacyjnych 3. Miernik 4 wskazuje zwiększenie wartości np. rezystancji, napięcia. Wartości sygnału rezystancji zostają dalej przekazane do układu komputera 7. Komputer pozwala z kolei na ciągły zapis wartości sygnału oraz analizowanie przebiegu wartości sygnału w dziedzinie czasu.

Do pomiaru użyto wałki 1 i 2 oraz ciecz o właściwościach izolacyjnych 3 o parametrach jn.

lepkość dynamiczna η = 0,5-10' [Ns/m] temperatura t = 40°C długość powierzchni styku I = 12 mm siła docisku powierzchni walców F = 35 kN parametr Ra powierzchni walców Ra = 0,06 μm średnia walca I d1 = 58,5 mm średnia walca II d2 = 14,0 mm

Wynik pomiarów rezystancji klina elastrohydrodynamicznego w zależności od prędkości obrotowej wałów 1 i 2, przedstawiono na fig. 2.

Rezystancja klina elastohydrodynamicznego oraz jego względna grubość rośnie wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wałów.

Claims (1)

1. Zespół do elektrycznych pomiarów odległości części maszyn podczas tworzenia się klina elastohydrodynamicznego w procesie smarowania współpracujących powierzchni cieczami o właściwościach izolacyjnych, stanowiący układ cierny i układ pomiarowy, znamienny tym, że układem ciernym są dwa wałki (1) i (2) o zmiennej wzajemnej prędkości obrotowej, przy czym co najmniej jeden z nich ma zespół do realizacji ruchu umożliwiającego zmianę wzajemnego nacisku na powierzchnię styku wałków (1) i (2), między którymi tworzy się klin elastohydrodynamiczny cieczy o właściwościach izolacyjnych (3), zaś układem pomiarowym jest miernik (4) rezystancji z zabierakami (5) i (6) pomiędzy wałkami (1) i (2) połączony z układem komputerowym (7).