11

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatikyKatedra elektrických strojů a přístrojů

453

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatikyKatedra elektrických strojů a přístrojů

453

Elektrotepelné vlastnosti kontaktního styku ložiska

Jiří Pospišilík

Elektrotepelné vlastnosti kontaktního styku ložiska

Jiří Pospišilík

3333

Výpočet magnetického pole pomocí MKP

ANSYS

Výpočet magnetického pole pomocí MKP

ANSYS

Nesymetrie magnetického pole

Může být způsobena:

technologickým postupem výroby, nesprávným zatěžováním, nesymetrií napájecí sítě, nesprávnou montáží, nevhodnou konstrukcí, …..

Charakter:

statické, dynamické, základní harmonické, vyšší harmonické

4444

Detekce harmonických v rozběhovém proudu - STFT analýzy

Frekvenční otisk LabVIEWTM

Detekce harmonických v rozběhovém proudu - STFT analýzy

Frekvenční otisk LabVIEWTM

6666

Uhlíkové kartáče

Měděný kroužek

Zkoušené ložisko

Uchycení

Hřídel AS motoru

Osc

Osc

NF zdroj

Bakelitové mezikruží

I

Princip měření na zkoušeném ložisku Princip měření na zkoušeném ložisku

7777

NapětíNapětí Proud Proud

RMSRMS RMSRMS

Průběh změny elektrické pevnosti na ložisku s teplotou

LabVIEWTM

Průběh změny elektrické pevnosti na ložisku s teplotou

LabVIEWTM

8888

Plastický tuk dodávaný výrobcem

Elektrická pevnost v počátku měření byla dostatečná, k

průchodům proudu dochází jen v ojedinělých případech. S rostoucí teplotou postupně narůstá četnost průchodů.

Od určité teploty (v tomto případě 37,5°C) ztrácí

mazivo schopnost obnovit elektrickou pevnost.Vodivý plastický tuk

Po demontáži, vyčištění a opětném namazání vodivým mazivem již ložisko neztrácí

svou pevnost.

Proud protéká mazivem bez újmy na vlastnostech a jeho vodivost roste s oteplením

ložiska, následkem záporného teplotního koeficientu odporu

Monitoring vodivosti uzavřeného ložiska v závislosti na teplotě

LabVIEWTM

Monitoring vodivosti uzavřeného ložiska v závislosti na teplotě

LabVIEWTM

9999

Time: 10:11, 30.8.2002

-6

-4

-2

0

2

4

6

0,0032 0,0034 0,0036 0,0038 0,004 0,0042 0,0044

Seconds

Vo

ltag

e

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

Cu

rren

t (U

/47

0W

)

Time: 10:11, 30.8.2002

-5-4

-3-2

-101

23

45

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025

Seconds

Vo

ltag

e

-0,1-0,08

-0,06-0,04

-0,0200,02

0,040,06

0,080,1

Cu

rren

t (U

/4

70

W)

Měření vodivosti ložiska při frekvenci napětí 50Hz a 1KHz Měření vodivosti ložiska při frekvenci napětí 50Hz a 1KHz

10101010

Počáteční magnetizace, μr

Počáteční magnetizace, μr

BH Charakteristiky pro 5 -1000 Hz

BH Charakteristiky pro 5 -1000 Hz

Magnetické vlastnosti ložiskových ocelí

ANSYS

Magnetické vlastnosti ložiskových ocelí

ANSYS

11111111

Specifika kontaktního styku ložiskaSpecifika kontaktního styku ložiska

1. Děj je dynamický, stochastický2. Vzájemný pohyb stýkajících se těles3. Styková plocha je poměrně menší než u trvalého styku4. Materiál kontaktů je ferromagnetický5. Dynamické účinky tepelného namáhání,6. Dynamické účinky silového namáhání7. Lokální strukturální změny8. Velikost vstupních veličin je daná mnoha nedefinovatelnými

parametry

1. Děj je dynamický, stochastický2. Vzájemný pohyb stýkajících se těles3. Styková plocha je poměrně menší než u trvalého styku4. Materiál kontaktů je ferromagnetický5. Dynamické účinky tepelného namáhání,6. Dynamické účinky silového namáhání7. Lokální strukturální změny8. Velikost vstupních veličin je daná mnoha nedefinovatelnými

parametry

Zjednodušení:Zjednodušení:

1. Vzájemný pohyb převedený na kvazistacionární děj2. Teplotní koeficienty zanedbány3. Proud definovaný max. hodnotou a časovým

charakterem4. Řešení elektromagnetického, tepelného a

strukturálního modelu samostatně5. Bez přídavného silového zatížení,6. Deformace materiálu neovlivňuje zpětně

elektromagnetický model

1. Vzájemný pohyb převedený na kvazistacionární děj2. Teplotní koeficienty zanedbány3. Proud definovaný max. hodnotou a časovým

charakterem4. Řešení elektromagnetického, tepelného a

strukturálního modelu samostatně5. Bez přídavného silového zatížení,6. Deformace materiálu neovlivňuje zpětně

elektromagnetický model

12121212

Kontaktní styk Kontaktní styk

Oblasti tepelného a silového namáháníOblasti tepelného a silového namáhání

1. Velikost kontaktní plochy

2. Velikost eliptické plochy S=40,42 μm2, a=9,26 μm, b=5,556 μm,

3. proud ložiskem I=1A,

4. rezistivita oceli 2.10-7 Ωm,

5. měrné teplo 450J/(kg.K),

6. měrná hmotnost 7850 kg/m3,

7. měrná tepelná vodivost 50 W/m.K

8. a počáteční teplota masy ložiska 60 °C.

1. Velikost kontaktní plochy

2. Velikost eliptické plochy S=40,42 μm2, a=9,26 μm, b=5,556 μm,

3. proud ložiskem I=1A,

4. rezistivita oceli 2.10-7 Ωm,

5. měrné teplo 450J/(kg.K),

6. měrná hmotnost 7850 kg/m3,

7. měrná tepelná vodivost 50 W/m.K

8. a počáteční teplota masy ložiska 60 °C.

13131313

3. Výběr kulové části

3. Výběr kulové části

2. Čtvrtinový model jednoho kontaktu

2. Čtvrtinový model jednoho kontaktu

1. Osminový model ložiska

1. Osminový model ložiska

Postupná tvorba a zjednodušování modelu kontaktního styku

ANSYS

Postupná tvorba a zjednodušování modelu kontaktního styku

ANSYS

14141414

Rozložení teplotyRozložení teploty

Proudová hustotaProudová hustota

Rozložení veličin v místě styku

ANSYS

Rozložení veličin v místě styku

ANSYS

15151515

Rozložení potenciáluRozložení potenciálu

Vektorové zobrazení proudové hustoty

Vektorové zobrazení proudové hustoty

Rozložení veličin v místě styku

ANSYS

Rozložení veličin v místě styku

ANSYS

16161616

Silové namáháníSilové namáhání

Magnetická indukceMagnetická indukce

Rozložení veličin v místě styku

ANSYS

Rozložení veličin v místě styku

ANSYS

17171717

Poškození ložiska drážkovánímPoškození ložiska drážkováním

Detail kovové šupinyDetail kovové šupiny

Poškození drážkovánímPoškození drážkováním Rozhraní poškozeníRozhraní poškození

18181818 Valivá dráha 6,25xValivá dráha 6,25x

Valivá dráha mimo aktivní pásmo 2000xValivá dráha mimo aktivní pásmo 2000x Valivá dráha v aktivním pásmu 2000xValivá dráha v aktivním pásmu 2000x

Ložisko po zkoušce zatížení proudem 1A 50 Hz, 300 h

Ložisko po zkoušce zatížení proudem 1A 50 Hz, 300 h

19191919

U

R RB

Osc

C

D1

- D

4

U1

Uměle vyrobený výboj vybíjením kapacityUměle vyrobený výboj vybíjením kapacity

20202020

Místo výboje 100xMísto výboje 100x

Výřez z místa výboje 1200xVýřez z místa výboje 1200x

Řez v místě výboje 250xŘez v místě výboje 250x

Mikroskopické snímky umělého výboje na ložisku Mikroskopické snímky umělého výboje na ložisku

21212121

Účinky prouduÚčinky proudu

Závěrem:Závěrem:1. Malé proudy (řádově mA)

Mohou vznikat při velkém napětí a v obvodech s velkou impedancí. Poškozují svým jiskrovým charakterem mazivo v místě styků a snižují tak spolehlivost chodu ložiska. Při pravidelné výměně maziva nemusí zapůsobit havárii.

2. Střední proudy (0.1– 1A)Zatěžují ložisko tepelně, mazivo se mění rychleji, podílejí se na zvýšení oteplení, opotřebení ložiska se zvětší. Ložisko může vykazovat dříve poškození, ale při naddimenzování životnosti, což u strojů středních výkonů může být, k havárii nedojde.

3. Velké proudy (1 – cca 20A)Začínají zahřívat materiál v místě styku na teploty, při nichž dochází ke strukturálním změnám, Ztráta pevnosti, vibrace, velké tření. Mazivo je spálené hned v začátku působení. Doba do havárie max. do 1000 hodin.

4. Extrémní proudy (nad 20 - řádově kA) – Zkratové proudy okamžitě způsobí natavení místa případně celé dráhy. Havárie nastane do několika minut.

1. Malé proudy (řádově mA)Mohou vznikat při velkém napětí a v obvodech s velkou impedancí. Poškozují svým jiskrovým charakterem mazivo v místě styků a snižují tak spolehlivost chodu ložiska. Při pravidelné výměně maziva nemusí zapůsobit havárii.

2. Střední proudy (0.1– 1A)Zatěžují ložisko tepelně, mazivo se mění rychleji, podílejí se na zvýšení oteplení, opotřebení ložiska se zvětší. Ložisko může vykazovat dříve poškození, ale při naddimenzování životnosti, což u strojů středních výkonů může být, k havárii nedojde.

3. Velké proudy (1 – cca 20A)Začínají zahřívat materiál v místě styku na teploty, při nichž dochází ke strukturálním změnám, Ztráta pevnosti, vibrace, velké tření. Mazivo je spálené hned v začátku působení. Doba do havárie max. do 1000 hodin.

4. Extrémní proudy (nad 20 - řádově kA) – Zkratové proudy okamžitě způsobí natavení místa případně celé dráhy. Havárie nastane do několika minut.

22222222

Za pozornost Vám děkujeZa pozornost Vám děkuje

Jiří PospišilíkJiří Pospišilík

Vysoká škola Báňská -Technická univerzita OstravaVysoká škola Báňská -Technická univerzita OstravaVysoká škola Báňská -Technická univerzita OstravaVysoká škola Báňská -Technická univerzita Ostrava

Doktorand oboru elektrické stroje, přístroje a pohony

Doktorand oboru elektrické stroje, přístroje a pohony

23232323

Tlakové úbytky ve ventilačních drážkách stroje

ANSYS

Tlakové úbytky ve ventilačních drážkách stroje

ANSYS

24242424

Tok média v elektrickém stroji

ANSYS

Tok média v elektrickém stroji

ANSYS

25252525

Tlakové úbytky ve ventilačních drážkách stroje

ANSYS

Tlakové úbytky ve ventilačních drážkách stroje

ANSYS