Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Filtry

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2017/26/D/ST8/00142
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Mechaniczny (WM)
Tytuł
Rozwiązanie problemu wyznaczania temperatury w kontakcie ślizgowym
Streszczenie
Tarcie jest powszechnym zjawiskiem w naszym codziennym życiu, które powstaje zawsze, gdy ciała stałe będące w kontakcie przemieszczają się względem siebie. Jedną z podstawowych cech oddziaływania tarciowego jest temperatura powstająca w styku ślizgowym. Ma ona istotny wpływ na niemal wszystkie cechy kontaktu ślizgowego, w tym: właściwości mechaniczne, termiczne, elektryczne, tribologiczne, chemiczne, strukturalne, ekologiczne i ergonomiczne. Są one ściśle związane z ważnymi problemami naukowymi, takimi jak: wyznaczenie intensywności emisji pyłów w kontakcie ślizgowym, identyfikacja i symulacja mechanizmów zużycia, przewidywanie dynamicznych charakterystyk poślizgu i emisji dźwięku, analiza powstawania i ewolucji warstw powierzchniowych. Problem wyznaczania temperatur w stykach ślizgowych jest jednym z podstawowych problemów mechaniki, tribologii i przewodnictwa cieplnego. Jak dotąd opracowano wiele metod pomiaru temperatury kontaktu. Najczęściej stosowanymi metodami są: metoda promieniowania podczerwonego i metoda wykorzystująca termopary. Metoda promieniowania podczerwonego bazuje na zależności mocy promieniowania od temperatury. Detektor podczerwieni skierowany jest na obszar kontaktu poprzez przezroczysty element lub na powierzchnię bliską obszarowi kontaktu. Powyższa metoda umożliwia rejestrowanie temperatury z wysoką czułością przestrzenną. Jednakże wymóg zastosowania co najmniej jednego przezroczystego elementu ciernego w większości przypadków nie jest możliwy do realizacji. Metoda wykorzystująca termopary jest oparta na bezpośredniej konwersji temperatury na napięcie elektryczne. Powszechnym podejściem jest instalowanie termopary w nieruchomym elemencie jak najbliżej powierzchni ślizgowej. Termopary dostarczają wiarygodnych pomiarów, ale ich żywotność jest krótka ze względu na małą odległość między spoiną termopary i zużywającej się powierzchni ślizgowej. W związku z tym, żadna z omówionych metod nie umożliwia ciągłego pomiaru temperatury roboczej powierzchni ciał nieprzezroczystych. Celem projektu było rozwiązanie problemu eksperymentalnego wyznaczania chwilowych temperatur w stykach ślizgowych. Rozwiązanie problemu osiągnięto poprzez opracowanie nowej metody opartej na zastosowaniu tak zwanej zużywalnej termopary, w której powstaje spoina pomiarowa w procesie zużywania powierzchni ślizgowej. Opracowano również nową procedurę przetwarzania sygnału z termopary, w celu jego prawidłowego zinterpretowania. Metoda ta pozwoliła na pomiar temperatury w mikro-warstwach powierzchni ciernych, co z kolei pozwoliło na próbę rozwiązania ważnych problemów naukowych wymienionych powyżej. Pomyślna realizacja projektu wymagała rozwiązania kilku nietrywialnych zadań wykorzystujących naukowe podejście i metody. W pierwszym etapie, zostały zaprojektowane oraz wykonane eksperymentalne termopary zużywalne. W przeciwieństwie do istniejących termopar zużywalnych, kształt przekroju końcówki termopary jest okrągły. Eksperymentalne termopary są wykonane przy użyciu metody mechanicznej obróbki. Druty elektryczne o małej średnicy są formowane do określonego kształtu przekroju poprzecznego. Przewody są umieszczone w izolacji elektrycznej, tworząc końcówkę termopary. W drugim etapie były wyznaczone eksperymentalnie różne właściwości mechaniczne, termiczne, elektryczne i tribologiczne termopar. Przeprowadzono systematyczne testy termopar na maszynie tarcia typu "pin-on-disc", dla różnych materiałów ciernych, w różnych warunkach tarciowych i środowiskowych. Temperatura rzeczywista powierzchni (temperatura odniesienia) była mierzona za pomocą kamery termowizyjnej o wysokiej rozdzielczości. Sygnały z termopar były pobierane z dużą częstotliwością i przekształcane w sygnały cyfrowe. W trzecim etapie, w oparciu o analizę danych pomiarowych, została opracowana procedura przetwarzania sygnału z termopary, w celu zidentyfikowania fragmentów sygnału, które odpowiadają rzeczywistej temperaturze powierzchni. Ta procedura obejmuje eliminację szumów i późniejsze wyznaczenie dolnej obwiedni sygnału. W czwartym etapie został opracowany sposób montażu termopary w elemencie ciernym. Zaproponowana metoda powinna przynieść wymierne efekty naukowe, środowiskowe, technologiczne i ekonomiczne. Znaczenie naukowe polega na tym, że metoda przybliży nas do rozwiązania podstawowego problemu wyznaczania temperatur w stykach ślizgowych. Innym problemem występującym w tym projekcie jest interpretacja sygnału zużywalnej termopary. Problem ten jest ściśle związany z badaniem efektu Seebeck’a dla wielokrotnej mikro-spoiny poddanej działaniu mechanicznemu i termicznemu. Efekt ten dotyczy zagadnień elektryczności, mechaniki i przewodnictwa ciepła. Wykorzystanie metody może mieć pozytywny wpływ na rozwój teoretycznych metod przewodzenia ciepła i termoelastyczności. Opracowano szereg modeli analitycznych i numerycznych w celu symulacji temperatur w stykach ślizgowych. Pomiary wykonane tą metodą pozwolą na porównanie między symulowanymi i zmierzonymi temperaturami, co umożliwi sprawdzenie jakościowej i ilościowej poprawności teoretycznych modeli. Znaczenie technologiczne polega na tym, że metoda może być zastosowana do prawie wszystkich materiałów konstrukcyjnych i różnych warunków tarcia. Prosty sposób montażu zużywalnej termopary umożliwi jej efektywne wykorzystanie.
Program
SONATA
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
kontakt ślizgowy; temperatura; termopara

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX