Определение момента трения в самосмазывающихся подшипниках скольжения по температурным данным

Долговременная и безопасная эксплуатация сложных механизмов и агрегатов требует своевременной диагностики узлов трения. В работе представлены результаты определения момента трения в самосмазывающихся подшипниках скольжения по температурным данным. Исследовали систему подшипников скольжения из полимерного композиционного материала, на которые опирается вращающийся вал. Приведена математическая модель теплового процесса в рассматриваемой системе, учитывающая пространственное распределение температуры и его изменение во времени. Температуру фиксировали термопарами в нескольких точках каждого подшипника. Момент трения определяли по фрикционному теплообразованию с использованием решения обратной задачи теплообмена (условие — близость измеренных и расчетных температур). Температурные данные с погрешностями измерений статистически обрабатывали. Уточнение решения обратной задачи прекращали при сходимости последовательных приближений. Для обеспечения непрерывной обработки данных и определения момента трения при длительных испытаниях обратную задачу теплообмена решали на последовательных коротких интервалах времени, затем полученные решения «склеивали». Показано, что расхождение значений суммарного момента силы трения, полученных расчетом по температурным данным и измерением индуктивным датчиком, не превышает 15 %. Предложенный метод тепловой диагностики трения может быть использован для определения моментов трения в самосмазывающихся подшипниках скольжения в условиях стендовых и эксплуатационных испытаний узлов трения машин и механизмов, а также для повышения достоверности диагностики технического состояния подшипников.

1. Чернец М., Шилько С., Корниенко А., Пашечко М. Трибоанализ антифрикционных материалов на основе полиамидов для металлополимерных подшипников скольжения / Трение и износ. 2023. Т. 44. № 2. С. 103 – 113. DOI: 10.32864/0202-4977-2023-44-2-103-113

2. Бурковская Н. П., Севостьянов Н. В. Металлокерамические композиционные материалы для подшипников скольжения (обзор) / Труды ВИАМ. 2023. № 3(121). С. 84 – 94. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-3-84-94

3. Петрова П. Н., Маркова М. А., Федоров А. Л. Высокопрочные фторопластовые композиты с повышенной сопротивляемостью к деформациям под нагрузкой / Перспективные материалы. 2023. № 1. С. 80 – 88. DOI: 10.30791/1028-978x-2023-1-80-88

4. Li Z., Liu J., Yuan Y., et al. Effects of surface fluoride-functionalizing of glass fiber on the properties of PTFE/glass fiber microwave composites / Roy. Soc. Chem. Adv. 2017. Vol. 37. No. 7. P. 22810 – 22817. DOI: 10.1039/c7ra02715j

5. Mashkov Yu. K., Kurguzova O. A., Ruban A. S. Resistant polymer nanocomposites development and investigation / Russ. Automobile Highway Ind. J. Vol. 15. No. 1. P. 36 – 45. DOI: 10.26518/2071-7296-2018-1-36-45

6. Сыромятникова А. С., Голиков Н. И., Кычкин А. К., Старостин Н. П. Использование климатического холода в научных исследованиях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 9. С. 69 – 75. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-9-69-75

7. Сиваков В. П., Вураско А. В., Исаева К. С. Температурное диагностирование подшипников сушильных цилиндров картоноделательной машины / Известия СПбГЛТУ. 2022. № 238. С. 185 – 202. DOI: 10.21266/2079-4304.2022.238.185-202

8. Лойко Д. В. Необходимость применения информационных технологий при диагностике спектров вибрации подшипников качения / Инженерное дело на Дальнем Востоке России: мат. конф. — Владивосток: ДФУ, 2024. С. 519 – 525.

9. Silaev B. M. Predicting the propagation of damage in roller bearings of aircraft engines by vibration analysis / J. Friction Wear. 2016. Vol. 37. No. 4. P. 389 – 394. DOI: 10.3103/s1068366616040152

10. Kozhanov A. I., Abulkayirov U. U., Ashurova G. R. Inverse problems of determining coefficients of time type in a degenerate parabolic equation / Bull. Karaganda Univ. Math. Ser. 2022. Vol. 106. No. 2. P. 128 – 142. DOI: 10.31489/2022m2/128-142

11. Звонарева Т. А., Кабанихин С. И., Криворотько О. И. Численный алгоритм определения источника диффузионно- логистической модели по данным интегрального типа, основанный на тензорной оптимизации / Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023. Т. 63. № 9. С. 1513 – 1523. DOI: 10.31857/s0044466923090193

12. Алифанов О. М., Ненарокомов А. В., Салосина М. О. Обратные задачи в тепловом проектировании и испытаниях космических аппаратов. — М.: МАИ, 2021. — 160 с.

13. Zhi-Yuan Zhou, Bo Ruan, Geng-Hui Jiang, et al. A new method to identify non-steady thermal load based on element differential method / Int. J. Heat Mass Transfer. 2023. Vol. 213. 124352. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124352

14. Budnik S. A., Nenarokomov A. V., Titov D. M., et al. Identification of the characteristics of thermal engineering materials under conditions of nonstationary heating with changes in pressure by solving inverse heat exchange problems. 1. Development of computing algorithms / J. Eng. Phys. Thermoph. 2024. Vol. 97. P. 1095 – 1107. DOI: 10.1007/s10891-024-02981-4

15. Самарский А. А., Вабищевич П. Н. Численные методы решения обратных задач математической физики: учеб. пособие. — М.: ЛКИ, 2009. — 480 с.

16. Yang Yu, Xiaochuan Luo, Zhiyuan Wu, et al. Estimation of the boundary condition of a 3D heat transfer equation using a modified hybrid conjugate gradient algorithm / Appl. Math. Modelling. 2022. Vol. 102. P. 768 – 785. DOI: 10.1016/j.apm.2021.10.016

17. Trilok G., Vishweshwara P., Gnanasekaran N. Inverse estimation of heat flux under forced convection conjugate heat transfer in a vertical channel fully filled with metal foam / Therm. Sci. Eng. Progr. 2022. Vol. 33. 101343. DOI: 10.1016/j.tsep.2022.101343

18. Ranjan Das, Balaram Kundu. Simultaneous estimation of heat generation and magnetic field in a radial porous fin from surface temperature information / Int. Comm. Heat Mass Transfer. 2021. Vol. 127. 105497. DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105497

19. Старостин Н. П., Тихонов Р. С. Тепловая диагностика трения в самосмазывающихся подшипниках скольжения с возвратно-вращательным движением вала / Трение и износ. 2023. Т. 44. № 3. С. 252 – 260. DOI: 10.32864/0202-4977-2023-44-3-252-260

20. Елесин А. В., Кадырова А. Ш., Никифоров А. И. Идентификация поля проницаемости трёхмерного пласта с использованием результатов геофизических исследований скважин / Георесурсы. 2021. Т. 23. № 1. С. 106 – 111. DOI: 10.18599/grs.2021.1.11