Устройство для диагностики подшипников качения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики систем ;трения качения (подшипников, зубчатых колес), разделенньк слоем смазки . Цель изобретения - обеспечение возможности измерения несущей способности смазочного слоя во всех режимах контактирования. Устройство содержит систему 1 трёння качения, на которой в трех взаимно перпендикулярньрс плоскостях закреплены вибропреобразователи 2-4. k)мeнты. контактирования фиксируются датчиком контактирования 6. Импульсы контактирования нормализуются в схеме фор 1риг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I9) ИИ

SU, сю 4 0 01 М 13/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3922363/25-27 (22) 03.07.85 (46) 23.12.86, Бюл. Ф 47 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) Г.В.Нежданов, P.М.Мкртычан, Л.В.Михайлов и А.К.Явленский (53) 621, 822.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 838493, кл. G 01 М 13/04, 1981.

Авторское свидетельство СССР

В 1231419, кл. G 01 М 13/04, 1983..(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ

110ПШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики систем трения качения (подшипников, зубчатых колес), разделенных слоем смазки. Цель изобретения — обеспечение возможности измерения несущей cllO собности смазочного слоя во всех режимах контактирования. Устройство содержит систему 1 трения качения, на которой в трех взаимно перпендикулярных плоскостях закреплены вибропреобразователи 2-4. Моменты контактирования фиксируются датчиком контактирования 6. Импульсы контакTHpoBsHHR нормализуются в схеме фор-, g

1278648

10 !

35 мирования 7 и поступают на вход блока 11 селекции. Вибросигналы с выхода трех вибропреобразователей

2-4 усиливаются в блоке 5 усилителей и затем происходит выделение модуля в блоке выделения модуля 10.

Модули вибросигнала селектируются в блоке ll селекции и поступают на вход счетно-решающего преобразователя 9. Нагрузки для получения неИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для диагностики систем трения качения (подшипников, зубчатых колес), разделенных слоем смазки,путем измерения ее несущей способности.

Цель изобретения — обеспечение возможности измерения несущей способности смазочного слоя во всех режимах контактирования путем органиэации гидродинамического, контактногидродинамического и контактного режимов контактирования и паспортиза- ции соответствующих им режимов нагружения, На фиг, l представлена блок-схема устройства; на фиг, 2 — функциональная схема устройства; на фиг, 3— вариант выполнения блока задания осевой или радиальной нагрузки", на фиг. 4 - блок-схема алгоритма работы процессора °

Устройство для диагностики подшипников качения содержит систему 1 трения качения (шарикоподшипник), имеющую внутреннее !.l и наружное 1.2 кольца, оправку 1,3 и ось 1 ° 4, вибропреобразователи 2-4, блок 5 усилителей 5,1, 5.2, 5,3, датчик 6 контактирования, имеющий токосъемные щетки 6.1 и 6,2, стабилизированный источник 6.3 питания и измерительный резистор 6.4, первую схему 7 формирования с повторителем 7.1, компаратором 7.2, ждущим мультивибратором

7.3, схему 8 выделения среднего значения, счетно-решающий преобразователь 9, имеющий блок 9.1 аналогообходимых режимов контактирования задаются счетно-решающим преобразова..в".: -", с помощью блоков задания осевой и радиальной нагрузок 13 и 16, Частота вращения задается также счетно-решающим преобразователем 9 и отслеживается датчиком 20 частоты вра-. щения. Результаты диагностики фиксируются в блоке 22 регистрации, 2 з,п. ф-лы, 4 ил, 2 цифровых преобразователей, устройство 9.2 согласования, процессор 9.3 и блок 9,4 цифроаналоговых преобразователей, блок 10 выделения модуля, имеющий прецизионный двухтактный вьг прямитель 10.1-10.3, блок 11 селекции со схемами 11,1-11.3 селекции, первый усилитель 12 мощности, блок

13 задания осевой нагрузки, со штоком 13,1, зубчатой передачей 13,2; двигателем 13.3, упругим элементом

13.4, втулкой 13.5, основанием 13.6 и направляющей втулкой 13.7, датчик

14 осевой нагрузки с тензореэистором 14,1 и тензоусилителем 14,2,второй усилитель (5 мощности, блок 16 задания радиальной нагрузки, имеющий шток 16,1, зубчатую передачу 16.2, двигатель 16.3, упругий элемент 16.4, втулку 16.5, основание 16,6 и направляющую втулку 16.7, датчик 17 радиальной нагрузки с тензорезистором

17.1 и тенэоусилителем 17.2, регулируемый источник 18 питания, пневмошпиндель 19, датчик 20 частоты вращения, вторую схему 21 формирования с повторителем 21,1, компаратором

21.2, ждущим мультивибратором 21,3, схемой 21 . 4 выделения средне ro значения, блок 22 регистрации.

Внутреннее кольцо 1.1 исследуемой системы 1 трения качения закреплено на оси 1,4, а наружное кольцо

1.2 — в оправке 1.3, на которой установлены взаимно ортогонально вибропреобразователи 2-4, причем вибропреобразователи. 2 и 3 — в радиальных направлениях, а вибропреобразователь

4 — в осевом, Входы блока 5 усилите278648 4

1 лей соединены с соответствующими вибропреобразователями 2-4.

Подпружиненные щетки 6.1 и 6.2 установлены на элементах системы трения качения, разделенных слоем смазки, а именно одна из щеток подпружинена в направлении оправки ).3 исследуемой системы трения качения, а другая — в направлении вращающегося элемента 1,4 системы трения. Щетки

6.) и 6.2 подключены к стабилизированному источнику 6.3 питания через измерительный резистор 6.4. Выход датчика 6 контактирования подключен к входу схемы 7 формирования, включающей в себя последовательно .соединенные повторитель 7 ° 1, компаратор

7. 2 и ждущий мультивибратор 7,3, к выходу которого подключен первый и второй выходы схемы 7 формирования, причем первый ее выход подключен к входу схемы 8 выделения среднего значения, а выход — к седьмому входу счетно-решающего преобразователя

9, к первому, второму и третьему входам которого подключены последовательно соединенные блок 10 выделения модуля и блок 11 селекции, а к второму и третьему его выходам подсоединены соответственно последовательно соединенные первый усилитель !

2 мощности, блок 13 задания осевой нагрузки, датчик 14 осевой нагрузки и второй усилитель 15 мощности, блок

16 задания- радиальной нагрузки и датчик 17 радиальной нагрузки, выход которого подключен к шестому входу счетно-решающего преобразователя 9, к пятому входу которого подключен выход датчика 17 осевой нагрузки, к четвертому выходу — последовательно соединенные регулируемый источник

18 питания и пневмошпиндель 19 с установленной на нем системой 1 трения качения, ось которой 1.4 связана с последовательно соединенными датчи- . ком 20 частоты вращения и схемой 21 формирования, выход которой подключен к четвертому входу. счетно-решающего преобразователя 9, на первом выходе которого установлен блок 22 регистрации. Второй выход схемы 7 формирования подключен к четвертому входу блока 11 селекции.

Все входы счетно-решающего преобразователя 9 подключены к соответствующим входам блока аналого-цифровых преобразователей 9,1, последовательно соединенного с устройством 9.2 ссгласования и процессором 9.3, который связан также через устройство согласования 9.2 с блоком цифроаналоговых преобразователей 9.4, к выходам которого подключены второй, третий и четвертый выход счетно-решающего преобразователя 9, первый выход счетно-решающего преобразователя 9 связан с вторьм выходом процесI !

О сора 9.3.

Предлагаемое устройство работает следующим образом, При подаче пневмо- и электропитания внутреннее кольцо 1.1 исследуе15 мой системы 1 трения качения начинает вращаться вместе с осью 1.4, при этом возникают пространственные вибрации наружного кольца 1.2 вместе с оправкой ).3, которые воспринимают20 ся вибропреобразователями 2-4 и усиливаются соответственно в каналах

5.)-5.3 блока 5 усилителей. Одновременно с этим возникает сигнал на выходе датчика 6 контактирования, фор25 мирующийся с помощью токосъемных щеток 6.1 и 6,2, стабилизированного источника 6.3 питания и измерительного резистора 6.4 и поступакиций затем с датчика 6 контактирования на

3я вход схемы 7 формирования, на первом и втором выходе которой с помощью повторителя 7.1, компаратора

7.2 и ждущего мультивибратора 7,3 формируется импульсный сигнал, часто35 та появления импульсов в котором определяется моментами прорывов смазки, а длительность импульсов постоянная и определяется параметрами частотно-задающей цепи ждущего мульти-. вибратора 7,3.

Сформированный таким образом сигнал поступает с первого выхода схемы 7 формирования на вход схемы 8 выделения среднего значения, форми45 рующей постоянное напряжение, пропорциональное средней частоте прорывов смазочного слоя, которое после .этого поступает на седьмой вход

Ф счетно-решающего преобразователя 9, а именно иа седьмой вход блока 9.1 аналого-цифровых преобразователей на первый, второй и третий ирод которого поступает сигнал, дающий представление о динамической нагрузке, сформированный с помощью прецизионных двухтактных выпрямителей 10.110.3 блока. 10 выделения модуля и схем

1).1-11.3 селекции блока 11 селекции, на управляющий вход каждой иэ

5 127 которых поступает сигнал с второго выхода схемы 7 формирования.

Сигнал, пропорциональный средней частоте прорывов смазочного слоя поступает с выхода блока 9,1 аналого-цифровых преобразователей через устройство 9.2 согласования в процессор 9.3, алгоритм работы которого приведен на фиг. 4, где функция

j e(U -KU ) представляет собой обобщен- 1 ную функцию, .определяемую как

-1, если 1У, К11

e(U -KU ) О, если U, =KU

-1, если U > KU где U, - напряжение, сформированное с помощью схемы выделения среднего значения;

Π— максимальное значение сигЩ нала к он так тиров ания .

В соответствии с приведенным an- p горитмом (фиг. 4) измеренное значение U сравнивается с величиной

0,0511, соответствующей границе гидродинамического и контактно-гидродинамического режимов контактирования. 2

При отсутствии контакта (Uc =О, е=

=-1) процессор 9.3 формирует управляющий сигнал "Пуск", поступающий через устройство 9,2 согласования и блок 9.4 цифроаналоговых преобразователей на первый усилитель 12 мощности, на выходе которого появляется напряжение, запитывающее двига" тель 13,3 блока 13 задания осевой нагрузки, который через зубчатую передачу 13.2 с помощью втулок 13.5 и

13.7 воздействует на упругий элемент

13.4 со штоком 13.1, создающими осевое усилие между основанием 13 .6 и оправкой 1,3, которое передается на последнюю через газостатическую подушкуу °

При этом упругий элемент 13 ° 4 с установленными HB нем тенэорезисторами 14.1 датчика 14 осевой нагрузки деформируется и на выходе тензоусилителя 14.2 возникает соответствующий сигнал. . Одновременно с этим процессором

9.3 подает второй управляющий сигнал через устройство 9.2 согласования и блок 9,4:"цифроаналоговых преобразователей на второй усилитель 15 мощности, на выходе которого появляется напряжение, запитывающее двигатель 16.3 блока 16 задания радиальной нагрузки, который через зубчатую передачу 16,2 с помощью втулок 16,5 и 16.7 воздействует на упругий эле8648 Ь мент 16.4 со штоком 16,1, создающим радиальное усилие между основанием

l6.6 и оправкой 1.3, которое передается на оправку 1.3 через гаэостати5 ческую подушку.

Сформированные таким образом сигналы, несущие информацию о радиальной и осевой нагрузках, поступают с выхода датчиков осевой и радиальной нагрузки 14 и 17 на пятый и шестой входы счетно-решающего преобразователя 9.

Увеличение осевой и радиальной нагрузок происходит до тех пор, пока напряжение. U на выходе схемы 8 выделения среднего значения не достигнет значения, равного 0,05Uq (е=О). После этого процессор 9.3 отключает управляющие сигналы с усилителей 12 и 15 мощности, а сигналы, пропорциональные статической осевой, радиальной и динамической нагрузкам, поступают через блок. 9.1 аналогоцифровых преобразователей и устройство 9,2 согласования в процессор

9,3, где вычисляется динамическая и полная нагрузки, а также несущая способность смазочного слоя, соответствукпцая гидродинамическому ре0 RH, Вычисление динамической нагрузки проводится следующим образом:

Ф

Q g щх1 1хк1 ."«ф«Н М к 7 ск где W»W,Ч - виброускорение, изме"н 3к к рягмое соответственно вибропреобразователями 2-4;

m„,m„,m - масса, приведенная к оси измерения соответ ствующего вибропреобразователя 2-4.

К - номер прорыва смазки.

Полная нагрузка определяется следующим образом: ст

X =Qg„+Q„; к =й,+й;»"

2 к ст ст, сч где Q „, И „; Я вЂ” статическая нагрузка, создаваемая осевым и радиальным нагружением, а несущая способность смазочного слоя в момент К-го прорыва смазочного слоя вычисляется по выражению

1278648 8

11к 1 + к+ »

10

lS функции e(U -0,9511,„}, если e(U—

0,5V„)=0 или е(11 -0,5u}=1, то с помощью процессора 9.3 проводится-соответственно либо непосредственное зр измерение характеристик несущей способности смазки и режимов нагружения с их регистрацией и переходом к вычислению значения функций е(Б,-0,9511 ), либо переход к измерению

e(U, -0,95U ) без предварительного измерения характеристик несущей спо° собности смазки и режимов нагружения

После вычисления значения функции

e(U, -0,95U ) устройство работает аналогично работе после вычисления значений предьдущих функций e(U— сР

-0,05U } и e(U,ð-0 5U ), т.е. при U ь0,95U процессор 9.3 проводит измерение характеристик несущей способности смазочного слоя и соответствующих ей режимов нагружения с последующей вьдачей сигнала об окончании цикла измерений, а при Ucp 0»95U окончание цикла измерений происходит

40 сразу после вычисления значения функции е(U -0,95Uù), Таким образом, использование предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет обеспечить

43 воэможность измерения несущей способности смазочного слоя в любом режиме контактирования и проведени паспорти-.. зации соответствующих этим режимам режимов нагружения,существенно иовысить достоверность и воспроизводимость результатов измерения несущей способности смазочного слоя sa счет управления процессами контактирования, значительно снизить время, необходимое для получения информации о несущей способности смазочного слоя, по сравнению с известным за счет замены ручной обработки ю к

"Р= К " "= К-1 и амплитуды разложения несущей способности смазочного слоя в ряд Фурье на периоде, равном периоду сопряжения элементов систем трения качения, который пропорционален частоте вращения, измеряемой с помощью датчика частоты вращения.

После окончания вычислений информация о режиме контактирования, соответствующей ему осевой и радиальной нагрузках, характеристиках несущей способности смазочного слоя и частоте вращения выводится иэ процессора

9.3 на первый выход счетно-решакщего преобразователя 9, с которого поступает в блок 22 регистрации, а само устройство переводится с помощью процессора 9„3 в режим измерения зна чения функции e(U -0,5Ц„), Если в исходном положении смазочный слой работает в контактно-гидродинамическом или контактном реЖиме (е=О, e=l), процессор 9.3 в соответствии с алгоритмом, представленном на фиг. 6, осуществляет либо непосредственно переход к измерению параметров несущей способности и режимов нагружения (е=0, U =0,05 ц ), либо переход к сравнению напряженйя с выхода схемы вьделения среднего значения U с величиной 0,5U, соотКинематический режим работы системы l трения качения задается процессором 9,3 с помощью управляющего сигнала, поступающего с четвертого выхода цифроаналогового преобразователя 9.4 на вход регулируемого источника 18 питания, напряжением с выхода которого записывается обмотка пневмошпинделя 19, а управляющий сигнал формируется в процессоре 9,3 в результате сравнения сигнала, пропорционального частоте вращения, сформированного с помощью датчика

20 частоты вращения и схемы 21 формирования, со значением, соответствующим заданной частоте вращения.

Дальнейшая обработка сигналов в процессоре 9.3 происходит следующим образом, Вычисляют среднее значение и среднеквадратическое отклонение несущей: способности смазки в гидродинамическом режиме: ветствующей середине диапазона варьирования сигнала контактирования в контактно-гидродинамическом режиме.

Работа устройства и его блоков в этом случае аналогична описанной и определяется обобщенной функцией, Если е(11 -0,5U )=-1, то процессор 9.3 формирует управляющий сигнал, приводящий к увеличению осевой и радиальной нагрузок до тех пор, пока функция e(U -0,5U ) не станет равной нулю, после чего процессор проводит обработку информации и вычисления по приведенными соотношениям с последующим переходом к измерению значения

1278648 1О зультатов измерения вычислениями на

ЭВМ в автоматическом режиме, повысить качество работы подшипниковых систем за счет селекции подшипников па несущей способности с учетом их индивидуальных особенностей, обеспечить высокую чувствительность к изменению состояния смазки за счет компенсационных схем измефения.

Кроме того, применение предлагаемого устройства позволяет также по лучить информацию как о режиме контактирования в каждый, текущий момент времени, так и о соответствующей этому режиму величине несущей" способности смазочного слоя между элементами, Использование информации об осевой и радиальной нагрузках, соответствующей каждому режиму контактирования, позволяет провести паспортизацию режимов контактирования по на. грузке и на основании этого осуществить селекцию по нагрузке подшипников качения, предназначенных для работы при малых, средних и больших нагрузках.

Использование предлагаемого устройства позволяет проводить выбор оптимальных режимов эксплуатации, обеспечивающих заданный ресурс работы системы трения качения с учетом индивидуальньпс характеристик подшипников, а также осуществлять контроль фактического состояния смазки при эксплуатации по состоянию, Формула изобретения

1. Устройство для диагностики подшипников качения, содержащее приводной электродвигатель, регулируемый источник питания, три вибропреобразователя, закрепляемые на оправке, линии измерения которых взаимно перпендикулярны, блок усилителей, .счетно-решающий преобразователь, блок регистрации, первую схему формирова" ния и датчик контактирования, свя-, занный через две подпружиненные тоиосъемные щетки с контактирующими элементами подшипника и подключенный к первой схеме формирования,причем выход регулируемого источника .питания подключен к приводному электродвигателю, на валу которого устанавливается испытываемый подшипник, а выходы вибропреобразователей подключены к входам блока усилителей, при этом первый выход счетно-решающего блока подключен к блоку регистрации, о т л и ч а ю щ е. е с я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения несущей способности смазочного слоя во всех режимах контактирования путем организации гидродинамического, контактно-гидродинамического и контактного режимов, а также паспортизации соответствующих им режимов нагружения, оно снаб" жено блоком выделения модуля и блоком селекции, последовательно соединенными датчиком частоты вращения и второй схемой формирования, схемой выделения среднего значения,последовательно соединенными первым усилителем мощности, блоком задания осевой нагрузки и датчиком осевой нагрузки и последовательно соединенными вторым усилителем мощности,блоком задания радиальной нагрузки и датчиком радиальной нагрузки, причем первый .выход первой схемы формирования подключен к входу схемы выделения среднего значения, а второй ее выход подключен к четвертому входу блока селекции, первый, второй и третий выходы которого подключены к соответствующим входам счетно-решающего преобразователя, к четверто-. му, пятому, шестому и седьмому входам которого подключены соответственно вторая схема формирования, датчик осевой нагрузки, датчик радиальной нагрузки и схемы выделения среднего значения, а к второму, третьему и четвертому выходу счетнорешающего преобразователя подключены усилитель мощности, второй усилитель мощности и регулируемый источник питания, этом выходы блока усилителей подключены к соответствующим входам блока выделения модуля, выходы которого соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока селекции, а датчик частоты вращения связан с вращающимся эле" ментом испытуемого подшипника, 2. Устройство по п. 1, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что, блоки задания осевой и радиальной нагрузок связаны с оправкой через газостатическую подушку.

3, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем,что приводной электродвигатель выполнен в виде газостатического прецизионного электрошпинделя.

127аь s

РхаУ а 77 дломаЯ

С дыхооо ка 77

С дих

8лохи с Ьаи блоха.

С йиодоб7,2.3 блока 77

C 8&% блока

С ЬаодЬ блока 7Ф

Ab дход блока 78 оРР &ока Р2

1278648

Составитель Н.Платонов

Редактор Н.Марголина Техред Л.Олейник Корректор М.Максимишинец

Заказ 6823/37 Тираж 778 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д; 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4