Зверь из Лиона – исследуя зоны контакта подшипников
Машина для испытаний Tribogyr Национального института прикладных наук, Лион, Франция, открывает новые пути в области трибологических исследований.
ФАКТЫ
INSA, Лион
Основанный в 1957 г. Национальный институт прикладных наук INSA в Лионе – это одно из крупнейших учебных заведений для инженеров-аспирантов во Франции, полностью интегрирующих образование, науку и инновации. Каждый год INSA Lyon присуждает более 1400 степеней в области инженерных наук, а также магистерских и докторских степеней. INSA Lyon сотрудничает с другими ведущими университетами всего мира и с промышленными концернами. Он входит в состав группы INSA (во Франции находится пять таких институтов) и известен своими непревзойдёнными результатами в области обучения и инженерных исследований.
Лаборатория механики контактного взаимодействия и структуры строения (LaMCoS) является многопрофильным исследовательским учреждением, в котором работают 240 сотрудников. Она финансируется совместно INSA и CNRS (Французский национальный центр научных исследований) и предлагает широкий спектр исследований в области трибологии, динамики, механической трансмиссии и процессов формовки. Одна из областей её специализации – широкомасштабный анализ смазанных контактов. В центре исследования – конструкция оборудования для изучения смазанных контактов и разработка экспериментально подтвержденных теоретических моделей.
ССЫЛКИ НА ТУ ЖЕ ТЕМУ
ОБРАТИТЬСЯ В ОТДЕЛ СБЫТА
Гийермо Моралес, Guillermo.Morales@skf.com
В помещении с регулируемой средой, на гидростатических опорах диаметром 2 метра, изолирующих от внешних вибраций, установлен сложный шеститонный агрегат выполненный из металлических сплавов, датчиков и компьютеров. Это Tribogyr, самая большая и сложная из когда-либо созданных машин для испытаний трения и измерения толщины смазочного слоя в условиях больших нагрузок.
Она была разработана в Лаборатории механики контактного взаимодействия и структуры строения Национального института прикладных наук (INSA), Лион, Франция. Запущенная в 2005 г. машина Tribogyr это результат длительной работы французских учёных в сотрудничестве с SKF. Она даёт возможность получить новые знания о процессе трения тел качения, что особенно важно при нынешнем стремлении промышленных предприятий к увеличению удельной мощности и сокращению коэффициента трения подшипников.
Лаборатория механики контактного взаимодействия и структуры строения стала известна благодаря разработками экспериментальных машин и численных моделей для исследования трения тяжело нагруженных контактов. Перед тем, как взяться за создание машины, которая заложила бы основу трибологических исследований, лаборатория предложила ряд более простых механизмов.
Филипп Верн, старший научный сотрудник Лаборатории, с 2002 г. принимает участие в проекте, который, по его словам, «может способствовать повышению эффективности работы крупногабаритных подшипников». Tribogyr воспроизводит реальные условия работы: агрегат может воспроизводить до 3 000 Н и частоту вращения до 22 000 об/мин. Как говорит инженер Николя Дево, контролирующий работу Tribogyr, для настройки испытательной установки требуется два человека и может потребоваться полтора дня для подготовки к испытанию, которое займет всего лишь час.
Tribogyr позволяет измерять силы трения и моменты сил трения в различных направлениях, заданных независимо, с помощью двух контактирующих поверхностей, тела качения и фланца. Диаметр контакта может быть порядка 5 миллиметров, что довольно много даже для условий больших нагрузок. «В условиях непрерывной эксплуатации контакт может работать с теплоотдачей более 10 кВт по сравнению с машиной для промышленных испытаний большого размера, которая показывает только 0,9 кВт», — объясняет Гийермо Моралес-Эспехель, профессор INSA и старший научный сотрудник Инженерно-исследовательского центра SKF, Нидерланды.
«Крупногабаритные подшипники работают не так, как подшипники малых размеров, — говорит Моралес-Эспехель. — Чем больше контакт, тем больше асимметрия поверхностной скорости внутри него. Толщина смазки и трение в значительной степени определяются скоростью поверхностей; таким образом, асимметрия скорости означает асимметрию толщины смазки и трения, что не так просто рассчитать».
Новые исследования, проводимые докторантом Томасом Доки-Тононом, дают возможность также измерить толщину смазки. Доки-Тонон объясняет, что его последняя работа над снятием изображения внутри машины дает картину расхода смазки и, таким образом, количественную и качественную информацию о характере её изменения.
Для Доки-Тонона практические измерения и исследования в области формирования изображения дополняются работой над компьютерным моделированием контакта Tribogyr, которая затем проверяется испытаниями. Каждые шесть месяцев он представляет результаты SKF. «Реальные промышленные потребности SKF являются для меня серьёзной мотивацией», — говорит Доки-Тонон. Кроме того, исследования, проводящиеся в Лаборатории механики контактного взаимодействия и строительной механики, вносят большой вклад в работу учёных-трибологов в этой области. В целом, работа контактов при больших нагрузках плохо изучена, и список литературы по данному вопросу невелик. Работа машины Tribogyr и способы моделирования, проводящегося в INSA, позволяют понять, как можно улучшить фланцевые соединения роликовых подшипников для того, чтобы они могли выдерживать большие нагрузки при меньшей силе трения.
Как приглашённый профессор Лаборатории механики контактного взаимодействия и строительной механики Моралес-Эспехель каждый месяц проводит неделю в Лионе. Это даёт возможность SKF руководить повседневной работой при реализации различных исследовательских проектов. «Мы наладили тесное сотрудничество между Инженерно-исследовательским центром SKF и INSA для исследования трения при условиях наличия и отсутствия смазки, – говорит он. – Мы работали над несколькими проектами с использованием Tribogyr, а также в других областях, связанных с мультимасштабным моделированием, таких как истирание материалов при трении, молекулярные плёнки смазочных материалов и макроскопическое моделирование смазывания». Работа с машиной Tribogyr докторант Доки-Тонон вел с 2005 г. и когда он закончит свою докторскую диссертацию (в следующем году), у другого исследователя появится возможность взяться за новую тему, связанную с Tribogyr и исследованием трения при моделировании зоны контакта в крупногабаритных подшипниках.
Для SKF существуют явные преимущества работы с Лабораторией механики контактного взаимодействия и структуры строения. Как говорит Моралес-Эспель, «компания получает полную картину работы вращающихся контактов больших размеров. Мы можем моделировать и измерять трение и толщину плёнки, а также моделировать распределение температуры в самом контакте и вокруг него. Для инженеров-конструкторов SKF – это уникальная возможность постоянно улучша%