Thực nghiệm phân tích tần số cao về trở kháng điện của vòng bi, bạc đạn

Khi nghiên cứu khoa học nhằm phá bỏ các giới hạn hiện có của các yếu tố máy móc, các thiết bị đi kèm phải đáp ứng được nhu cầu cao nhất. Giáo sư Kirchner và nhóm của ông tại Đại học Kỹ thuật Darmstadt (TUD) dự định sử dụng các đặc tính điện của vòng bi tiếp xúc cho các mục đích khác nhau, bao gồm cả làm cảm biến. Nỗ lực này đặt ra hai thách thức cụ thể: đo trở kháng của vòng bi ở tần số cao và hiểu cách dòng điện tần số cao liên quan có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của vòng bi. Với mục đích này, Elgeti Engineering GmbH đã chế tạo một giàn thử nghiệm đặc biệt có khả năng áp dụng và đo điện áp và dòng điện tần số cao trên tất cả bốn trạm của nó.

1. Giới thiệu
Xu hướng hiện tại trong việc giám sát quá trình và bảo trì dự đoán thúc đẩy sự phát triển của các hệ thống giàu cảm biến. Trong bối cảnh đó, các tác giả nghiên cứu sử dụng đặc tính điện của vòng bi như một cảm biến. Cách tiếp cận này dựa trên trở kháng điện của vòng bi theo chế độ EHD, phụ thuộc vào tải trọng, tốc độ và nhiệt độ của vòng bi. Trong chế độ EHD, chất bôi trơn không dẫn điện ngăn cách bề mặt của các phần tử cán và các vòng chịu lực. Mô hình điện cho mọi tiếp xúc lăn là một tụ điện bản, với các bản được tạo thành bởi vùng Hertzian và độ dày màng bôi trơn là khoảng cách tấm. Ngoài ra, vùng biên xung quanh vùng Hertzian ảnh hưởng đến trở kháng điện.

2. Vật liệu và phương pháp
Các thí nghiệm cho nghiên cứu này được thực hiện trên băng thử vòng bi được thể hiện. Nhiệt độ chất bôi trơn, tốc độ quay và tải trọng hướng tâm được giữ không đổi cho mỗi phép đo. Một điện áp U có tần số 5 MHz, biên độ 1 V được đặt giữa vòng trong và vòng ngoài của ổ điện. Người ta đo hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I và tính tổng trở điện với Z = U⁄I .

3. Kết quả
Trong nghiên cứu này, khảo sát ảnh hưởng của các thông số nhiệt độ, khe hở bên trong, tốc độ quay và tải trọng hướng tâm trên tần số f 1 và f 2 . Tải trọng hướng tâm thay đổi từ 750 N đến 7000 N, nhiệt độ chất bôi trơn thay đổi từ 30 ° C đến 60 ° C và hai loại khe hở bên trong đã được thử nghiệm (6205 C2 và 6205 C3). Nhiệt độ và độ hở bên trong không ảnh hưởng đáng kể đến tần số. Mặt khác, tốc độ có ảnh hưởng đáng kể. Hình 4 cho thấy các giá trị đo được đối với hai tần số của tín hiệu trở kháng ở các giá trị khác nhau của tốc độ quay. Quan sát là một kết nối tuyến tính giữa tần số và tốc độ quay, với f 1 bằng tốc độ quay và f 2 ≈3,6⋅f 1.

4. Thảo luận
Các thí nghiệm trong nghiên cứu này về phổ tần số của tín hiệu trở kháng của ổ lăn đã chỉ ra rằng có mối liên hệ giữa các thành phần tần số và tốc độ quay, và do đó động lực học và động học của ổ lăn. Phương pháp giải thích đã trình bày gợi ý rằng tốc độ quay có thể được trích xuất từ ​​tín hiệu trở kháng nếu trục không cân bằng đáng kể. Lợi ích cho việc sử dụng cảm quan của các hiệu ứng điện trong ổ lăn là không cần thêm phép đo tốc độ nữa vì thông tin đã được chứa trong tín hiệu được đo. Các cuộc điều tra sâu hơn có thể giải quyết một số phần tử lăn khác nhau để xác nhận kết nối BPFO và tần số quan sát f2 .

Lời cảm ơn
Những thí nghiệm này được thực hiện bằng giàn thử nghiệm EELPRAAX-80-4E do Elgeti Engineering GmbH tùy chỉnh chế tạo cho nghiên cứu này. Nó dựa trên các giàn thử vòng bi tiêu chuẩn của họ và cho phép kiểm soát phụ thuộc vào thời gian của tải trọng dọc trục, tải trọng hướng tâm, tốc độ, nhiệt độ dầu và lượng dầu. Một tính năng đặc biệt của giàn khoan đặc biệt này là khả năng áp dụng dòng điện xoay chiều tần số cao một cách có mục tiêu và đo điện áp và dòng điện tần số cao. Để đẩy nhanh quá trình nghiên cứu, có 4 trạm thử nghiệm giống hệt nhau và độc lập. Những áp dụng thử nghiệm cho nhiều loại vòng bi KOYO,NSK,NTN…