Политех поддерживает перспективные исследования аспирантов

Не зная износу

Старший преподаватель и аспирант кафедры «Механика» Александра Бражникова изучает проблему износа роликовых подшипников. Вместе с доктором технических наук Яковом Клебановым и кандидатом технических наук Валерием Мурашкиным она соавтор оригинальной конструкции конического роликового подшипника качения, запатентованной в марте 2024 года (патент № 2815566, 18.03.2024).

Вообще, конические подшипники, в которых тела качения расположены под углом к оси, помогают разным механизмам справляться не только с осевыми, но и с лучевыми нагрузками. Их устанавливают, например, в опорах газотурбинных двигателей.

Проанализировав распространённые технические решения, механики Политеха пришли к выводу, что существующие конструкции подшипников можно модернизировать. Учёные рассчитали роликовое устройство, которое содержит внутреннее или наружное кольцо или оба кольца с выпуклыми сферическими или торообразными упорными торцами бортов и ролики с выпуклыми сферическими или торообразными торцами. Выпуклые профили элементов подшипника при перекосе уменьшают смещение точки контакта в сторону от поверхности качения. При такой конструкции повышается надёжность работы подшипника, уменьшается скорость скольжения и износа в контакте торцов роликов и бортов колец.

Примечательно, что создание новой конструкции подшипника привела к появлению ещё одного, интеллектуального продукта. Александра Бражникова под руководством Якова Клебанова и кандидата физико-математических наук Константина Полякова разработала комплексную систему компьютерного моделирования динамики работы роликовых подшипников и износа их рабочих поверхностей. Методика динамического расчёта конических роликовых подшипников с учётом проскальзывания позволяет определять скорость износа на основе оригинальной, верифицированной математической модели.

– Мы создали полный цифровой двойник опоры газотурбинного двигателя, – рассказывает Александра Бражникова, – для разных режимов эксплуатации сделали расчёты долговечности роликоподшипника в условиях износа. Впервые они были дополнены новым критерием – возникновением заедания в подшипниковом узле, что позволило повысить точность расчётных данных.

Результаты исследований аспирантки уже легли в основу рекомендаций по повышению долговечности конструкций, используемых в ПАО «ОДК-Кузнецов». Рекомендации внедрены в производство.

Сколько там ещё осталось?

Область научных интересов Елены Афанасьевой, старшего преподавателя и аспиранта кафедры «Прикладная математики и информатика», находится на переднем крае современной инженерной мысли. Под руководством доктора физико-математических наук Владимира Радченко она занимается разработкой методики, которая позволит оценить остаточный ресурс определённого промышленного изделия.

Обычно остаточный ресурс рассчитывается усреднённо. Берётся большое число единиц из одной партии и выводится средний показатель. Чем больше изделий исследовано, тем точнее результат. Но этот подход не всегда оправдан, если речь идёт об ограниченной партии редких и дорогостоящих узлов или агрегатов вроде топливных форсунок ракетных двигателей.

Афанасьева работает над построением индивидуальных математических моделей, позволяющих прогнозировать жизненный цикл, поведение конкретного изделия и оценивать его индивидуальный ресурс. Он всегда существенно выше ресурса, рассчитанного по всему парку однотипных изделий. Как полагает молодой учёный, внедрение нового метода расчётов позволит избежать назначения неоправданно высоких коэффициентов запаса прочности. Ожидается, что её методика прогнозирования индивидуального остаточного ресурса упростит, например, технически сложные и трудоёмкие экспериментальные исследования по определению деформационных характеристик и длительной прочности материалов и элементов конструкций.

Одна из рабочих моделей, созданных Афанасьевой, была применена при расчёте динамики роста зазора между узлами трения на передних стойках самолётных шасси в зависимости от количества взлётов-посадок.

– Чтобы спрогнозировать остаточный ресурс именно этого механизма, достаточно знать полную экспериментальную информацию по одному самолёту и данные, полученные на начальном этапе эксплуатации образца, – поясняет Елена Афанасьева. – Мы выбираем из базы наблюдений необходимые параметры и строим прогноз. Так, для апробации метода использовался базовый интервал от 0 до 1200 взлётов-посадок, а прогноз строился на 1200 – 2700.