Способ определения температуры в зоне трения

 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры в зоне сухого трения скользящих деталей, например подшипников скольжения. Способ определения температуры в зоне трения заключается в том, что пару трения включают в электрическую цепь с образованием естественной термопары и измеряют величину генерируемой в зоне трения ЭДС. До начала измерений определяют распределение термоэлектрической чувствительности естественной термопары по поверхности вращающейся детали. Затем измеряют значения ЭДС в функции угла поворота вращающейся детали. Значение температуры для отдельного участка определяют по соответствующим ему значениям термоЭДС и термоэлектрической чувствительности. Изобретение решает задачу повышения достоверности определения температуры в зоне трения вращающейся и неподвижной деталей из электропроводящих материалов. 2 ил.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано преимущественно для измерения температуры в зоне сухого трения скользящих деталей из электропроводящих материалов, например подшипников скольжения.

Известен способ измерения температуры в зоне трения, заключающийся в изготовлении в неподвижной детали наклонного канала, соединяющего зону трения с наружной поверхностью детали, установке в канале рабочего спая термопары, находящегося в стабильном тепловом контакте с зоной трения, измерении значения генерируемой термопарой термоЭДС и определении по данному значению температуры в зоне трения с помощью градуировочной характеристики /1/.

Недостаток данного способа в том, что при использовании искусственной термопары процесс измерения температуры может сопровождаться существенными погрешностями в результате отождествления температуры в контакте трущихся поверхностей с температурой в зоне заделки рабочего спая термопары. Кроме того, рассмотренная схема измерения температуры обладает большой инерционностью, а изменение конструкции пары трения с целью введения искусственной термопары в неподвижную деталь не всегда возможно.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу по совокупности признаков является способ определения температуры в зоне трения, заключающийся в том, что пару трения включают в электрическую цепь с образованием естественной термопары и измеряют генерируемую термоЭДС, по величине которой судят о температуре контактного взаимодействия /2/. Способ принят за прототип.

Однако, в данном способе термоЭДС определяют милливольтметром, который вследствие того, что его постоянная времени имеет достаточно большое значение, измеряет некоторое усредненное значение термоЭДС. При движении подвижной поверхности в зону трения последовательно попадают различные участки этой поверхности. В результате влияния различных факторов отдельные участки нагреваются по-разному, температура в зоне трения постоянно изменяется, и ее значение является индивидуальным для каждого участка подвижной поверхности.

В то же время определение температуры по результатам измерения милливольтметром некоторого усредненного значения термоЭДС, генерируемой в контакте трущихся поверхностей согласно известному способу, приводит к получению значения температуры в зоне трения, которое является лишь некоторой усредненной оценкой значения температуры в зоне трения для отдельных участков поверхности вращающейся детали, при этом даже не является среднеарифметическим значением этой температуры. Таким образом, достоверность результатов определения температуры в зоне трения известным способом ограничена.

Заявляемое изобретение решает задачу повышения достоверности определения температуры в зоне трения вращающейся и неподвижной деталей из электропроводящих материалов за счет определения температуры в зоне трения для отдельных участков поверхности вращающейся детали.

Это достигается тем, что в известном способе определения температуры в зоне трения, заключающемся в том, что пару трения включают в электрическую цепь с образованием естественной термопары и измеряют величину генерируемой в зоне трения ЭДС, по величине которой судят о температуре, согласно изобретению, до начала измерений определяют распределение термоэлектрической чувствительности естественной термопары по поверхности вращающейся детали, измеряют значения ЭДС в функции угла поворота вращающейся детали, а значение температуры для отдельного участка определяют по соответствующим ему значениям термоЭДС и термоэлектрической чувствительности.

В соответствии с предлагаемым способом усреднение значения температуры в зоне трения вращающейся и неподвижной деталей исключается при измерении значения термоЭДС в функции угла поворота вращающейся детали. Предварительный анализ распределения термоэлектрической чувствительности поверхности вращающейся детали позволяет для каждого участка этой поверхности по полученным значениям термоЭДС определить значение температуры в зоне трения. Этим достигается указанный технический результат - определение температуры в зоне трения для отдельных участков поверхности вращающейся детали, что приводит к повышению достоверности.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа определения температуры в зоне трения; на фиг. 2 - диаграммы, иллюстрирующие пример реализации способа.

Пара трения, образованная вращающейся деталью 1 (фиг. 1, а) и неподвижной деталью 2, с помощью токосъемников 3 и 4 включена в электрическую регистрирующую цепь электронного запоминающего осциллографа 5. Фотоэлектрический преобразователь 6 установлен в непосредственной близости от диска 7 с меткой, жестко закрепленного на вращающейся детали 1. Выход фотоэлектрического преобразователя 6 связан со входом формирователя 8 импульсов, выход которого соединен со входом внешней синхронизации электронного запоминающего осциллографа 5.

Диск 7 с меткой может быть выполнен в виде диска с пазом (фиг. 1, б). Фотоэлектрический преобразователь 6 может быть реализован, например, с помощью оптопары, а формирователь 8 импульсов - с помощью интегрального компаратора /3/.

Способ осуществляют следующим образом.

Вращающуюся деталь 1 и неподвижную деталь 2 с помощью токосъемников 3 и 4 включают в электрическую цепь с образованием естественной термопары. Предварительно выбирают число n участков поверхности вращающейся детали 1, и при отсутствии вращения определяют с помощью милливольтметра и термометра (на схеме не показаны) значения термоэлектрической чувствительности S_i для каждого участка поверхности вращающейся детали. Затем измеряют при работе пары трения с помощью электронного запоминающего осциллографа 5 величину генерируемой в зоне трения ЭДС в функции угла поворота вращающейся детали 1. По величине ЭДС судят о температуре в зоне трения вращающейся 1 и неподвижной детали 2.

Количество n участков поверхности вращающейся детали 1 выбирают с учетом углового размера зоны трения, определяемого геометрией вращающейся 1 и неподвижной детали 2. При этом угловой размер каждого участка принимают большим или равным угловому размеру зоны трения.

Участку поверхности вращающейся детали 1, центр которого совпадает с меткой на диске 7, присваивают условный порядковый номер N = 1. По измеренным значениям температуры зоны контакта вращающейся 1 и неподвижной 2 деталей и термоЭДС, генерируемой в зоне контакта деталей, находят по общепринятой методике значение термоэлектрической чувствительности S₁ для первого участка поверхности вращающейся детали 1. Поворачивают вращающуюся деталь 1 на угол α = 360/n и определяют значение термоэлектрической чувствительности S₂ для второго участка поверхности вращающейся детали 1. И так n раз для всей поверхности вращающейся детали 1.

Рассмотрим осуществление измерения ЭДС в зоне трения вращающейся 1 и неподвижной детали 2. Временную развертку электронного запоминающего осциллографа 6 устанавливают в соответствии с периодом вращения детали 1. При прохождении меткой диска 8 фотоэлектрического датчика 7 он вырабатывает импульс, поступающий на вход формирователя 9 импульсов. Последний формирует импульс напряжения с амплитудой логической единицы, поступающий на вход внешней синхронизации электронного запоминающего осциллографа 6. Цикл измерения повторяется с приходом следующего импульса с формирователя 9 импульсов, что соответствует следующему обороту вращающейся детали 1.

Кривая, получаемая на экране электронного запоминающегося осциллографа 6, является функцией значения ЭДС, генерируемой в зоне трения, от времени, что при постоянной частоте вращения и соответствующей синхронизации осциллографа эквивалентно функции от угла поворота вращающейся детали 1. Это обеспечивается запуском генератора развертки электронного запоминающего осциллографа 6 синхронно с попаданием в зону трения участка поверхности вращающейся детали с условным порядковым номером N = 1.

По полученным с помощью электронного запоминающего осциллографа 6 значениям E_i ЭДС для каждого участка поверхности вращающейся детали 1 и по определенным ранее для каждого участка значениям S_i термоэлектрической чувствительности определяют значения температуры в зоне трения: T_i = E_i/S_i.

Таким образом, температуру в зоне трения вращающейся 1 и неподвижной детали 2 определяют для отдельных участков поверхности вращающейся детали 1.

Пример.

До начала измерений определяли значения термоэлектрической чувствительности для 36 участков поверхности вращающейся детали 1, расположенных через 10 градусов. Вращающаяся деталь (вал) была изготовлена из материала сталь 45, а вкладыш подшипника скольжения из биметаллического материала В3К. Получали кривую распределения термоэлектрической чувствительности (фиг. 2, а) по поверхности вращающейся детали 1. Затем при частоте вращения вала 1500 мин^-1 измеряли значение ЭДС, генерируемой в зоне трения, в функции от угла поворота вращающейся детали 1 (фиг. 2, б). По полученным значениям определяли температуру в зоне трения для отдельных участков поверхности вращающейся детали 1 (фиг. 2, в).

Определение температуры в зоне трения предложенным способом позволило выявить ее существенные колебания в зависимости от угла поворота вращающейся детали 1 (диапазон изменения температуры в зоне трения составил 377^oC). Такое представление результатов определения температуры в зоне трения является более информативным и достоверным. Таким образом, предложенный способ выгодно отличается от прототипа.

Источники информации: 1. А.с. 1191752 СССР, МКИ G 01 K 7/02. Способ установки термопары в зоне трения деталей/ А.В. Чичинадзе, Л.В. Красниченко, А.Т. Бородин и М.Л. Ерихов. Опубл. 15.11.85. Бюл. изобрет. N 42.

2. А. с. 1640602 СССР, МКИ G 01 N 3/56. Стенд для испытаний на трение и износ образцов материала/ А.Л. Айрикян, А.Ю. Браилов и С.С. Фотти. Опубл. 07.04.91. Бюл. изобрет. N 13 - прототип.

3. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/ С.В. Якубовский, Л.И. Нессельсон, В.И. Кулешова и др.; Под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990. - с. 360.

Формула изобретения

Способ определения температуры в зоне трения, заключающийся в том, что пару трения включают в электрическую цепь с образованием естественной термопары и измеряют величину генерируемой в зоне трения ЭДС, по величине которой судят о температуре, отличающийся тем, что до начала измерений определяют распределение термоэлектрической чувствительности естественной термопары по поверхности вращающейся детали, измеряют значения ЭДС в функции угла поворота вращающейся детали, а значение температуры для отдельного участка определяют по соответствующим ему значениям термоЭДС и термоэлектрической чувствительности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2