СПОСОБ ОЦЕНКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ КОНТАКТИРУЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1999 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к области исследования сопротивления износу или истиранию материалов и может быть использовано, например, для контроля текущего состояния контактирующих поверхностей, подбора и назначения смазочных сред, для выбора оптимальных пар трения.

Известен способ оценки состояния пары трения, заключающийся в том, что в процессе испытания на фиксированном временном интервале с заданным шагом измерения регистрируют параметры акустической эмиссии, по которым судят о виде изнашивания (Пат. РФ N 2051368, кл. G 01 N 3/56, опубл. 27.12.95). В качестве параметров акустической эмиссии выбирают скорости изменения интенсивности акустической эмиссии и ее дисперсии, а о виде изнашивания судят по соотношению между ними.

Недостаток известного способа заключается в том, что он позволяет получать качественную оценку состояния пары трения без определения количественных характеристик процесса изнашивания.

Известен способ исследования режущих свойств инструмента, заключающийся в том, что измеряют термоЭДС инструмента и определяют параметр, с учетом которого судят о "стойкости инструмента (А.с. СССР N 1834509, кл. G 01 N 3/58, опубл. 20.02.96). Измерение термоЭДС производят на рабочей поверхности инструмента путем использования двух электродов разной температуры, а в качестве параметра определяют набранную инструментом дозу ионной имплантации.

Недостаток известного способа заключается в том, что в процессе измерения отсутствует учет особенностей обрабатываемого материала.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля износа режущего инструмента, защищенный А. с. СССР N 1546893, кл. G 01 N 3/58, опубл. 28.02.90, в котором контроль износа осуществляют одновременно по двум параметрам: по сигналам акустической эмиссии и термоЭДС, с гальванической развязкой электрического сигнала и корректировкой величины сигнала в зависимости от материала обрабатываемой детали и инструмента.

Недостаток известного способа заключается в том, что при измерениях используют только постоянную составляющую термоЭДС, подверженную влиянию разного рода помех, а также в том, что в основу обработки регистрируемых сигналов положено простое суммирование сигналов, не позволяющее учесть особенности контактного взаимодействия. Таким образом, точность и достоверность оценки невысока.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - совершенствование способа оценки интенсивности изнашивания контактирующих поверхностей в реальном масштабе времени.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении достоверности и точности оценки интенсивности изнашивания контактирующих поверхностей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе оценки интенсивности изнашивания контактирующих поверхностей путем регистрации и анализа сигналов переменной составляющей естественной термоэлектродвижущей силы и виброакустической эмиссии, одновременно возникающих при контактном взаимодействии в реальном масштабе времени, выделяют области локальной стационарности сигналов естественной термоЭДС, классифицируют эти области и рассчитывают интенсивность изнашивания как сумму вкладов отдельных классов контактного взаимодействия.

Способ осуществляют следующим образом. Регистрируют сигналы переменной составляющей естественной термоэлектродвижущей силы (E) и виброакустической эмиссии (A), одновременно возникающие при контактном взаимодействии в реальном масштабе времени. Регистрация включает усиление, фильтрацию, аналого-цифровое преобразование сигналов и сохранение их в запоминающем устройстве.

Проводят обработку сигналов. При этом находят совокупности временных интервалов, в течение которых имеет место постоянство формы спектра сигнала E. Для автоматического обнаружения границ интервалов стационарности используют, например, критерий относительного изменения формы спектра на основе быстрого преобразования Фурье по малому количеству точек, как векторной разности текущего и предыдущего значения мгновенного спектра сигнала E. Каждый найденный интервал стационарности идентифицируют, т.е. относят к определенному классу взаимодействия контактирующих поверхностей. В качестве разделяющего признака используют, например, функцию когерентности сигналов E и A, фазу взаимного спектра и другие параметры, применяющиеся в теории распознавания образов.

Интенсивность изнашивания определяют как сумму вкладов действующих классов контактного взаимодействия по формуле:

где I - интенсивность изнашивания, мкм²/м;
l_k - протяженность типового контактного взаимодействия, м;
N - число классов взаимодействия;
α_к,β_к,γ_к - параметры характеризующие интенсивность микроразрушений при реализации контактного взаимодействия класса K;
A - мгновенное значение виброакустической эмиссии, мкВ;
E - мгновенное значение термоЭДС, мкВ.

Для нахождения коэффициентов α_к,β_к,γ_к проводят эталонные измерения. Предварительно параллельно с регистрацией сигналов E и A измеряют величину интенсивности изнашивания контактирующих поверхностей одним из известных прямых методов, например оптическим. Параметры α_к,β_к,γ_к находят, например, методом наименьших квадратов, минимизируя сумму квадратов разностей, составленных из значений интенсивностей износа, которые измерены эталонным методом и оценок I по уравнению 1.

Пример осуществления способа.

Способ может быть реализован, например, с помощью автоматизированного устройства, изображенного на фиг. 1. Оценивали интенсивность изнашивания таких сочетаний материалов контактирующих поверхностей, как, например, ПТЗВ-ВК8, 14Х17Н2-ВК8.

Устройство содержит токосъемник 1, установленный на приводе узла трения 2 и датчик 3 A сигнала, укрепленный на одной из трущихся поверхностей узла трения 2; предварительный усилитель и фильтр E сигнала 4, соединенный с основным усилителем E сигнала 5 и усилитель A сигнала 6; крейт КАМАК 7 с установленными модулями аналого-цифрового преобразования (АДП) 8, 9 и присоединенными к ним запоминающими устройствами 10, 11, генератором 12; контроллер крейта КАМАК 13, управляемый от ЭВМ 14; датчик положения 15, связанный с контактирующими поверхностями 16.

Устройство работает следующим образом. Съем сигнала E осуществляется с одной из контактирующих поверхностей 16, изолированной от узла трения 2 и токосъемника 1. Сигнал E проходит через предварительный усилитель и фильтр 4, усилитель 5 и поступает в аналого-цифровой преобразователь 8. Сигнал A с датчика 3 проходит через усилитель 6 и поступает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9. Из запоминающих устройств 10, 11 АЦП 8, 9 через контроллер 13 крейта КАМАК 7, зарегистрированные сигналы передаются в ЭВМ 14. Генератор служит для синхронизации работы АЦП 8, 9, а датчик положения 15 для пространственной "привязки" сигналов E и A к месту возникновения на контактирующих поверхностях 16.

Эталонные измерения могут осуществляться, например, с помощью устройства, представленного на фиг. 2.

Устройство для эталонных измерений содержит: микроскоп 17 со встроенными датчиками перемещения 18, 19 по координатам X и Y и укрепленной на нем видеокамерой 20; контроллер видеоввода 21, связанный с ЭВМ 22 и контрольным видеомонитором 23; крейт КАМАК 24 с модулем входного регистра 25 и контроллером крейта 26; исследуемый объект 27.

Устройство работает следующим образом. Исследуемый объект - индентор 27, устанавливается на стол микроскопа 17. Изображение через оптическую систему микроскопа регистрируют видеокамерой 20 и с помощью контроллера видеоввода 21 заносят в ЭВМ 22. Для повышения точности измерения производят сканирование исследуемой поверхности образца 27 с последующей конкатенацией кадров. Координаты отдельного кадра фиксируют датчиками 18, 19 и передают в ЭВМ 22 через входной регистр 25 крейта КАМАК 24. Полученное изображение подвергают цифровой фильтрации с целью выделения граней изношенной части рабочей поверхности. По обработанному изображению определяют площадь износа. Интенсивность изнашивания, используемую в качестве эталонного значения при нахождении коэффициентов α_к,β_к,γ_к, вычисляют как отношение приращения площади износа к величине пути, пройденного рабочими поверхностями. Пример распределения классов K₁, K₂, ... K_n для различных условий контактного взаимодействия и соответствующие им значения α_к,β_к,γ_к приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет учесть особенности контактного взаимодействия за счет выделения областей стационарности этого взаимодействия, их классификации и количественной оценки вклада каждого класса в результирующую интенсивность изнашивания, что повышает достоверность и точность оценки интенсивности изнашивания контактирующих поверхностей.

Способ предназначен для использования в области исследования сопротивления износу или истиранию материалов, например для контроля текущего состояния контактирующих поверхностей, подбора и назначения смазочных сред, для выбора оптимальных пар трения. Путем регистрации и анализа сигналов естественной термоэлектродвижущей силы и виброакустической эмиссии, одновременно возникающих при контактном взаимодействии в реальном масштабе времени, выделяют области локальной стационарности сигналов (переменной составляющей естественной термоэлектродвижущей силы). Классифицируют эти области и рассчитывают интенсивность изнашивания как сумму вкладов отдельных классов контактного взаимодействия. Обеспечивается повышение достоверности и точности оценки интенсивности изнашивания контактирующих поверхностей. 1 табл.,2 ил.

Способ оценки интенсивности изнашивания контактирующих поверхностей путем регистрации и анализа сигналов естественной термоэлектродвижущей силы и виброакустической эмиссии, одновременно возникающих при контактном взаимодействии в реальном масштабе времени, отличающийся тем, что выделяют области локальной стационарности сигналов переменной составляющей естественной термоэлектродвижущей силы, классифицируют эти области, производят количественную оценку вклада каждого класса в интенсивность изнашивания и рассчитывают интенсивность изнашивания как сумму вкладов отдельных классов контактного взаимодействия по формуле

где I - интенсивность изнашивания, мкм²/м;
l_к - протяженность типового контактного взаимодействия, м;
N - число классов взаимодействия;
α_к,β_к,γ_к - параметры, характеризующие интенсивность микроразрушений при реализации контактного взаимодействия класса K;
А - мгновенное значение виброакустической эмиссии, мкВ;
Е - мгновенное значение термоЭДС, мкВ.