Badania łożysk miniaturowych z warstwą sensorową

• Autorzy: Rakowski W.A. , Rabiasz S. , Małyjurek P.

Warianty tytułu

EN

Miniature plain bearings with sensor layer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawione są badania tribologiczne i elektryczne łożyska miniaturowego z warstwą ślizgową wykonaną z polimerowego kompozytu piezorezystywnego, opracowanego w AGH. Kompozyty na bazie żywicy epoksydowo-melaminowej zawierały ziarnistą fazę rozproszoną w postaci przewodzących proszków grafitu i sadzy oraz proszku PTFE. Zmiana rezystancji warstwy kompozytowej pod wpływem zmiany obciążenia i temperatury była sygnałem wyjściowym z układu pomiarowego. Do dekompozycji sygnału wyjściowego na sygnał temperatury i sygnał obciążenia wykorzystano siec neuronową z nauczycielem i metodę wstecznej propagacji błędu. Wyniki badań wskazują na korzystne charakterystyki tribologiczne, zwłaszcza Kompozytu I oraz odpowiednie cechy kompozytu, umożliwiające zastosowanie go jako czujnika w układzie diagnostycznym.

EN

The sliding pairs are limiting components of many machines and engines. Recent requirement of high reliability demands diagnostic systems with continuous measurement of the critical working parameters. Temperature and load of the kinematics pairs are fundamental information in machinery diagnostics. Measurements of temperature e.g. sliding bearings, using thermocouples or thermistors involve certain errors caused by considerable thermal conduction at the point where the sensor is placed, and by upsetting the thermal state of the system due to mass and dimensions of the sensor in relation to the size of miniature bearings. A proposed method of diagnosing the bearings by the polymer sensor film eliminates some of these errors. A new class of polymer composites has been developed in the Laboratory for Tribology and Surface Engineering AGH-UST, in response to the need for an efficient and reliable sliding system [L. 1-6] . There are materials which can play a double role: as a bearing material and as a sensor of temperature and forces in the bearing. The sensor and the bearing material is made of semi-conductive three-phase polymer composite. Composites are based on the epoxy resin with powders of graphite, structural carbon black and additionally in Composite I - PTFE powder. The polymer composite layer was deposited directly on the internal surface of the miniature bearing bush (Fig. 1). Tribo-electrical properties of the composites were tested on laboratory rig, equipped with measurement system of friction force, temperature, resistance and speed (Fig.1, Fig. 2). The effect of load and temperature on resistance of composite layer has been shown on Fig. 3 and Fig. 4. A friction coefficient of Composite I (with PTFE powder) - 0,18, what is much lower than for Composite II (0,29). An outlet of measuring system for diagnostic it is a signal of resistance. The signals of temperature and load have been used for teaching of neural network (Fig. 5). The results of decomposition of the resistance signal into the two diagnostic signals: load and temperature of the bearing have been shown on the charts (Fig. 6 - Fig. 9). Conclusion is, that a new sensor composites exhibit good tribological and sensing properties and can play a double role: as a bearing material and as a measuring element in the diagnostic system. This type of composites are addressed to the miniature bearings of high reliable systems, where monitoring of work is necessary (medical equipments, navigation systems, computer mechanical parts etc.).

Słowa kluczowe

PL

tribologia; łożyska ślizgowe; kompozyty sensorowe; diagnostyka

EN

tribology; plain bearings; sensor composites; diagnostic

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2005
• Tom: nr 5
• Strony: 55--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Rakowski W.A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, Laboratorium Tribologii i Inżynierii Powierzchni

autor

Rabiasz S.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, Laboratorium Tribologii i Inżynierii Powierzchni

autor

Małyjurek P.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, Laboratorium Tribologii i Inżynierii Powierzchni

Bibliografia

• 1. Rakowski W., Habdank-Wojewódzki T., Zimowski S.: Tribological sensor layer for diagnostics of kinematic nodes of machine and robots, Problemy Eksploatacji 3,(30), 1998. pp. 231-236.
• 2. Habdank-Wojewódzki T., Rakowski W., Zimowisk S., Habdank-Wojewódzki S.: Semiconductive friction node as a temperature sensor. Proceedings of SPIE The International Society for Optical Engineering. Vol. 3730, 1999. pp. 146-153.
• 3. Zimowski S., Rakowski W.: Tribologiczna warstwa sensorowa jako czujnik temperatury, Tribologia, nr 4/2000. 817-825.
• 4. Rakowski W., Kot M.: Model for piezoresistive bearing layer, World Tribology Congress , Vienna, 2001.
• 5. Rakowski W., Kot M.: Thermal stress model for polymer sensors. Journal of Thermal Stress, vol. 27, 2005, s. 1-12.
• 6. Rakowski W., Zimowski S.: Tribological diagnostic with sensor bearing film, World Tribology Congress, Vienna, 2001.
• 7. Małyjurek P.: Stanowisko do tribologicznych badań miliłożysk ślizgowych z warstwą sensorową. Praca magisterska, AGH, Kraków 2002.
• 8. Harsanyi G.: Polymer films in sensor applications. Technology Materials Devices. Technomic Publishing Company Book (1995).
• 9. Kot M., Rakowski W.: Thermomechanical model for piezoresistivity of tribopolymers. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, PAN Z. 3 (131) 2002, s. 51-62.
• 10. Hancox N.L.: Thermal effects on polymer matrix composites. Materials and Design, vol. 19 (1998) str. 85-91.
• 11. Heaney M. B.: Electrical transport measurements of a carbon-black-polymer composite. Physica A, vol. 241 (1997) str. 296-300.
• 12. Rakowski W., Rabiasz S.: Barkhausen effect applied to bearing sensor layer. Tribologia, 6, 2002. p. 1583-1593.
• 13. Gibiec M.: Artificial Intelligence in Diagnostic Systems, AI-MECH 2000 - Methods of Artificial Intelligence in Mechanics and Mechanical Engineering, Gliwice, 2000, pp. 173-176.
• 14. Simpson P.: Artificial Neural Systems: Foundations, Paradigms, Applications. Elmsford Press, Pergamon Press 1990.
• 15. Tadeusiewicz R.: Sieci Neuronowe, Akademicka Oficyna Wydawnicza, Warszawa 1993.