CC BY
38
УДК 620.178
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗА ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ПРОФИЛОГРАММ
Д.В. Ершов, Д.В. Запатрин, Н.А. Крылов, В.В. Люлин, В.М. Мусалимов
В работе рассмотрено устройство для экспериментального исследования процессов трения. Сопоставлены динамические характеристики трибопроцессов с микропрофилограммами, установлена корреляция между ними.
Ключевые слова: устройство, процесс трения, динамические характеристики, микропрофилограмма.
Введение
В настоящее время актуальной остается задача более детальных исследований трибологических взаимодействий. Установка «Трибал-2» регистрирует перемещения контробразцов, закрепленных на платформах [1]. Опытные образцы испытуемой три-бопары осуществляют возвратно-поступательные движения относительно друг друга. Система позволяет получить максимально точные данные о динамике фрикционного взаимодействия, а использование пакетов Identification Matlab позволяет произвести идентификацию динамики процесса изнашивания. Прибор позволяет в непрерывном режиме времени получать динамические характеристики узла трения, отслеживая их эволюцию.
Методы исследования
В работе проводится исследование процесса изменения рельефа поверхности и, следовательно, качества поверхности изготовленных образцов. Государственный стандарт на шероховатость поверхности устанавливает единый подход к определению величины шероховатости. Основой для этого является профиль шероховатости и его параметры. Для решения поставленной задачи был проведен эксперимент на установке «Трибал-2» с обеспечением трехточечного взаимодействия образцов латуни ЛС - 59-1 ГОСТ 15527-2004. Некоторые физические свойства материала образца представлены в табл. 1.
Модуль упругости нормальный 105000 МПа
Модуль сдвига 45000 МПа
Относительное сужение 5%
Плотность 8500 кг/м3
Предел текучести 410 МПа
Твердость по Бриннелю 160 НВ
Температурный коэффициент линейного расширения 0,000206 1/К
Таблица 1. Физические свойства материала ЛС - 59-1 ГОСТ 15527 - 2004
Таблица 2. Схемы контактного взаимодействия трущихся поверхностей
Трехточечный контакт позволил повысить точность измерений по сравнению с процессом трения плоскость-плоскость, а также при двухточечном взаимодействии [2]. Эволюция экспериментов по контактному взаимодействию представлена в табл. 2. Время проведения опыта составило три часа при жестком нагружении контртел трибо-пар. В результате взаимодействия изменилось качество поверхности образцов. Изображение контактирующей поверхности, полученное с помощью экспериментальной модели микровизора «ЛОМО», представлено на рис. 1.
Рис. 1. Изображение рельефа поверхности: А - первоначальная поверхность образца; Б - поверхность после трения
Ды
10
А2х ■■
10
1<Г
1СГ1
10"
10
200
-100
-200
Частота, с-
Рис. 2. Амплитудно-частотная (а) и фазо-частотная (б) характеристики фрикционного взаимодействия: Авх - амплитуда входного сигнала, Авых - амплитуда выходного сигнала
Далее проводились микроскопический и профилометрический анализы. Кроме того, для детальной оценки изменения профиля поверхности был использован вейвлет-фрактальный анализ [3]. На рис. 2 представлены полученные в пакете ИеП программы
а
МайаЬ амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики фрикционного взаимодействия.
Микропрофилирование при помощи профилометра РБ1 дало качество поверхности, соответствующее параметрам, представленным в табл. 3 и 4.
№ образца, параметр 1 2 3 4 5 6 7(первоначальная поверхность)
Яа 1,418 2,251 2,589 0,449 2,858 3,059 0,226
Яг 6,256 8,965 12,378 2,447 12,264 13,634 1,233
Яд 1,835 2,859 3,366 0,696 3,613 3,859 0,290
ЯГ 9,650 14,680 16,380 5,020 18,460 18,050 1,690
Таблица 3. Параметры шероховатости в направлении, перпендикулярном движению
контртел, мкм
№ образца, параметр 1 2 3 4 5 6 7(первоначальная поверхность)
Яа 0,274 0,627 0,748 0,630 1,141 1,160 0,226
Яг 1,447 3,502 4,525 2,950 6,620 5,677 1,233
Яд 0,382 1,001 1,651 0,814 1,825 2,420 0,290
ЯГ 2,610 7,270 13,650 4,550 13,480 16,100 1,690
Таблица 4. Параметры шероховатости в направлении, параллельном
движению образцов, мкм
Интегрально оценить процесс взаимодействия контробразцов можно, используя преобразования Фурье и переход к энергетическим спектрам, как показано на рис. 3 и 4. Очевидно, что в случае снятия профилограммы в направлении, перпендикулярном движению образцов, локальная энергия при одинаковых частотах отличается на порядок. энергия, Дж
4000
частота, Гц
Рис. 3. Энергетическая характеристика поверхности образцов после токарной обработки (в радиальном направлении движения профилометра)
энергия, Дж
4000
частота, Гц
Рис. 4. Энергетическая характеристика поверхности образцов после проведения испытания (при перпендикулярном направлении движения профилометра)
Заключение
В данной работе был описан эксперимент с использованием трехточечного контакта. Проведено исследование процесса изменения качества поверхности образцов. В статье показаны частоты, которые определяют возможность использования не только характеристик Яа и Яг, но и более углубленных параметров шероховатостей. Также здесь сопоставлены динамические характеристики процесса трения с микропрофило-граммами и установлена корреляция «эволюция динамической системы - эволюция качества трущихся поверхностей» между ними.
В заключение отметим, что установка «Трибал-2» постоянно модернизируется, и в настоящее время среди подобных трибологических устройств обладает рядом преимуществ: имеет малые габариты; позволяет исследовать характеристики как жестких, так и гибких материалов (металлы, стекло, полимеры и т.д.); использует достижения компьютерных технологий, поддерживает обработку сигналов в режиме реального времени.
Литература
1. Мусалимов В.М., Валетов В.А. Динамика фрикционного взаимодействия. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. - 191 с.
2. Бураков В.С., Керпелева С.Ю. Динамические характеристики и наношероховатость трущихся поверхностей // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2002. -№ 16.
3. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 400 с.
4. Труды сессий международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы теории точности процессов, машин, приборов и систем». Часть 2 / Под редакцией д.т.н., проф. В.М. Мусалимова и к.т.н., проф. Б.П. Падуна. - СПб: ИП-Маш РАН, 2003. - 172 с.
5. Курбатова Е.А. МЛТЬЛВ 7. Самоучитель. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. - 256 с.
Ершов Денис Владимирович
Запатрин Дмитрий Валерьевич
Крылов Николай Александрович
Люлин Виталий Викторович
Мусалимов Виктор Михайлович
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант, Denis071200@mail.ru
— Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант, zapatrin@front.ru
— Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант, elmic@narod.ru
— Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант, 283_a@mail.ru
— Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, доктор технических наук, профессор, musvm@yandex.ru
