Устройство для виброакустической диагностики подшипников качения

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброакустической диагностики подшипников (П) качения. Целью изобретения является повьшение достоверности диагностики и расширение области применения. Устройство содержит вибропреобразователь 1, выполненный в виде жидкокристаллических ячеек. Коммутатор 2 подключает ячейки вибропреобразователя 1 к генератору 3, сигнал с которого через усилитель 4 и аналого-цифр овой преобразователь 5 поступает в блок 6 памяти, где записывается распределение вибрации диагностируемого П. В блоке 6 памяти записано также распределение, соответствующее эталонному П. Распределения диагностируемого и эталонного П поступают в блок 7 вычисления, который формирует диагностический параметр . Блок 8 принятия решения определяет степень неисправности П, а результаты диагностирования отображаются на блоке 9 индикации и регистрации . Имитатор 12 служит для определения исправности самого устройства . Работа блоков осуществляется по сигналам блока 11 управления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с S сл с

-СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 5261 А1 (11 4 С Ol М 13/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.(21) 3959185/25-27 (22) 04.10.85 (46) 07.03.87. Бюл. Ф 9 (71) Ленинградский институт авиационногр приборостроения (72) А.Ю. Заозерский, С.Д. Басенко, Г.В. Нежданов, А.Б. Иванов и К.Н. Явленский (53) 658.562.012.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 985723, кл. G 01 М 13/04, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброакустической диагностики подшипников (П) качения. Целью изобретения является повышение достоверности диагностики и расширение области применения. Устройство содержит вибропреобраэователь 1, выполненный в виде жидкокристаллических ячеек. Коммутатор 2 подключает ячейки вибропреобразователя 1 к генератору 3, сигнал с которого через усилитель 4 и аналого-цифровой преобразователь 5 поступает в блок 6 памяти, где записывается распределение вибрации диагностируемого П. В блоке 6 памяти записано также распределение, соответствующее эталонному П. Распределения диагностируемого и эталонного П поступают в блок 7 вычисления, который формирует диагностический параметр. Блок 8 принятия решения определяет степень неисправности П, а результаты диагностирования отображаются на блоке 9 индикации и регистрации. Имитатор 12 служит для определения исправности самого устройства. Работа блоков осуществляется по сигналам блока 11 управления.

1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1295261

f0

f5

30 подшипника. разом.

Изобретение относится к подшипниковой промышленности и может быть преимущественно использовано для виброакустической диагностики подшипников качения.

Целью изобретения является повышение достоверности диагностики и расширение области применения.

На фиг. 1 дана функциональная схема устройства; на фиг. 2 — конструктивная схема вибропреобразователя.

Устройство содержит вибропреобразователь 1, подключенный выходами

l,...,n к соответствующим сигнальным входам l,...,n коммутатора 2, последовательно соединенные генератор 3, усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 памяти, блок 7 вычисления, блок 8 принятия решения и блок 9 индикации и регистрации.

Устройство содержит также блок 10 управления, второй выход которого подключен к второму входу коммутатора 2, первый выход подключен к первому входу блока 6 памяти, а третий— к третьему входу блока 7 вычисления.

Устройство включает в себя схему 11 обнуления, которая подключена к первому входу коммутатора 2, и имитатор

12, соединенный выходами l,...,m с соответствующими сигнальными входами

1. ..m коммутатора 2, выход которого подключен к генератору 3.

Первая схема запоминания входит в блок 6 памяти, первый вход которой является вторым входом последнего.

Выход первой схемы запоминания подключен к первому входу блока 7 вычисления и является первым выходом блока 6 памяти, который содержит также вторую схему запоминания. Второй вход первой схемы запоминания и вход второй схемы запоминания объединены и являются первым входом блока 6 памяти. Выход второй схемы запоминания является вторым выходом блока 6 памяти и подключен к второму входу блока 7 вычисления.

Вибропреобразователь 1 состоит из

n жидкокристаллических ячеек 13, расположенных в герметизирующей подлбжке 14. С одной стороны жидкокристаллические ячейки 13 соединены с общим электродом )5, а с другой стороны каждая жидкокристаллическая ячейка

13 соединена со своим электродом 16.

Устройство работает следующим об35

В начальный момент времени все жидкокристаллические ячейки 13 имеют ориентированное состояние молекул жидкого кристалла и диэлектрическую проницаемость B =-l. Вибропреобразователь 1 отсоединяют от коммутатора

2 и закрепляют на контролируемом подшипнике. Благодаря свойству жидких кристаллов изменять свою диэлектрическую проницаемость Е пропорционально амплитуде виброперемещения порогового уровня> жидкокристаллические ячейки 13 воспринимают высокочастотные вибрации подшипника в полосе частот 30-250 кГц. А поскольку жидкокристаллические ячейки 13 имеют возрастающие с номером ячейки пороги чувствительности, которые определяются разным химическим составом и толщиной ячейки, то увеличение диэлектрической проницаемости у каждой ячейки будет разное.

Значение,циэлектрической проницаемости каждой ячейки пропорционально вероятности превышения амплитуды колебания порога чувствительности ячейки, Распределение диэлектрических проницаемостей 5 жидкокристаллических ячеек 13 от 1 до п за время одного цикла эксплуатации представляет собой кумулятивное распределение значений A(t) виброперемещений

После одного цикла эксплуатации вибропреобразователь 1 снимают с подшипника и подключают к коммутатору 2. При этом благодаря эффекту

"памяти" жидкокристаллические ячейки 13 сохраняют свое измененное состояние длительное время.

Управляющим импульсом от блока

10 управления, коммутатор 2 подключает первую жидкокристаллическую ячейку 13 к генератору 3. Поскольку жидкокристаллическая ячейка 13 представляет собой плоский конденсатор, то генератор 3 уменьшит свою частоту, которая станет f,, а так как изменение диэлектрической проницаемости Е, составляет единицы процентов, то

kg

1

k где К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяемый толщиной ячейки

13 и площадью электрода 16.

С выхода генератора 3 напряжение частоты Й, обратно пропорциональное диэлектрической проницаемости Е, 5 12

Для повышения вероятности правильного диагностирования в устройстве предусмотрено выведение кумулятивного распределения на блок 9 индикации и регистрации через второй вход из первой схемы запоминания.

При этом имеется возможность диагностирования некоторых видов дефектовпо форме кумулятивного распределения.

Так возрастание дисперсии кумулятивного распределения характерно для подшипника, имеющего микротрещины на беговых дорожках, при этом появляются одиночные виброакустические импульсы большой амплитуды А -> б 8 —) среднеквадратическое значение закона распределения плотности вероятности виброакустического сигнала. Возрастания первых составляющих P (А) кумулятивного распределения характерно для подшипника, у которого смазочный слой потерял несущую способность. В этом случае наблюдается большое число импульсов малой амплитуды А, i б., При этом все эти изме1 нения приводят к увеличению P.

Вероятность правильного диагностирования зависит также и от надежности устройства диагностирования, Для обнаружения отказов устройства введен имитатор 12, который позволяет осуществить самоконтроль. Импульсами, поступающими со второго выхода блока 10 управления коммутатор 2 подключает поочередно выходы l,...,m имитатора 12 к генератору 3. При этом к генератору 3 поочередно подключаются конденсаторы имитатора 12 определенных номиналов, моделирующие кумулятивное распределение вероятностей исправного и неисправного под.шипников. Устройство при подключении имитатора 12 работает описанным образом, как и при подключении вибропреобразователя 1. При этом работоспособность устройства проверяют по соответствию заданного на имитаторе 12 распределения вероятностей исправного и неисправного подшипников и результатов диагностирования в блоке 9 индикации и регистрации.

После окончания диагностирования импульсом "обнуления", поступающим с второго выхода блока 10 управления, коммутатор 2 подключает все жидкокристаллические ячейки 13 вибропреобразователя 1 к схеме 11 обнуления, па выходе которой имеется переменное

95261 6

50

5

f5

40 напряжение звуковой частоты (1500 Гц) и амплитудной 30-40 В. При приложении такого напряжения происходит полное стирание записанной информации и все жидкокристаллические ячейки 13 во=вращаются в первоначальное ориентированное состояние молекул жидкого кристалла с диэлектрической проницаемостью 8=1. Вибропреобразователь 1 после этого снова может быть отсоединен от коммутатора 2 и установлен на диагностируемый подшипник.

Устройство эффективно для диагностирования дорогостоящего оборудования, машин и механизмов с повышенными требованиями к надежности. Использование устройства позволяет снизить число отказов машин, полностью использовать срок службы подшипников и осуществлять их техническое обслуживание по фактическому состоянию. формулаизобретения

1. Устройство для виброакустической диагностики подшипников качения, содержащее вибропреобразователь, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, а также последовательно соединенные блок принятия решения и блок индикации и регистрации, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности диагностики и расширения области применения, в него введены последовательно соединенные схема обнуления, коммутатор и генератор, последовательно соединенные блок управления, блок памяти и блок вычисления, а также имитатор, при этом второй вход блока управления подключен к второму входу коммутатора, третий выход подключен к третьему входу блока вычисления, который вторым входом соединен с вторым выходом блока памяти, а выходом соединен с входом блока принятия решения, причем выход генератора через усилитель соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход которого подключен к второму входу блока памяти, соединенного своим первым выходом с вторым входом блока индикации и регистрации, при этом вибропреобразователь выходами l,...,п подключен соответственно к сигнальным входам

l,...,n коммутатора, к сигнальным входам l,...,ш которого подсоединены соответственно выходы l,...,ш имитатора.

3 ) 2952 первой ячейки после усиления в усилителе 4 поступает в аналого-цифровой преобразователь 5. Последний производит преобразование информации, заложенной в частоте f в код, который поступает на первую схему запоминания и записывается там.

Затем блок 10 управления подает следующий импульс управления на коммутатор 2 и тот подключает вторую !0 жидкокристаллическую ячейку 13 к генератору 3. Аналогичным образом происходит усиление сигнала частоты преобразование в код и запись величины, обратно-пропорциональной f в 15 первой схеме запоминания.

Точно таким же образом в схеме запоминания записываются п значений, соответствующих диэлектрической проницаемости всех п жидкокристалличес- 20 ких ячеек 13, и там образуется массив данных M описывающий кумулятивное распределение, т.е. вероятности превышения значений виброакустического сигнала пороговых уровней.

Методические погрешности при определении кривой распределения вероятностей связаны с конечной длительностью интервала анализа (время на— блюдения), с числом уровней кванто- 30 вания виброакустического сигнала (уровней анализа) и шириной дифференциального коридора.

В предлагаемом устройстве время 35 анализа равно времени одного цикла эксплуатации подшипника (t,, t„) и составляет единицы часов. Число уровней анализа определяется числом и жидкокристаллических ячеек 13 40

n=E(— - )+1, А лА где Š— целая часть дроби;

А„„ — пиковое значение виброакустического сигнала; аА — ширина дифференциального коридора, определяется разницей между порогами чувствительности двух соседних ячеек ° Число п может быть выбрано достаточно большим. 50

При А„ =3 — 6 мкм, А=0,15 мкм, число n=20-40.

Таким образом, при использовании вибропреобразователя 1 удается сформировать распределение вероятностей с высокой точностью, что также приводит к повышению достоверности диагностирования, 61 4

Массив данных M поступает на первый вход блока 7 вычисления, который производит вычисление вероятности P превышения значения сигнала критического уровня А . За критический уровень А, принимается величина вибросмещения, превышение которого свидетельствует о появлении дефекта подшипника, например, микротрещины на беговых дорожках. Величина А завиКР сит от типоразмера подшипника и определяется экспериментально.

Вероятность Р равна вероятности того, что за время одного цикла эксплуатации подшипника (t., «„) суммарное время t превышения значений виброакустического сигнала критического уровня A „ не превзойдет 7 р=р(1: сс,}, Величина Р с высокой степенью достоверности характеризует техническое состояние подшипника качения, В блок 7 вычисления, управляемый по третьему входу блоком 10 управления, поступают составляющие массива

M. Поскольку значение первой состав— ляющей численно равно единице Р, =1, то блок 7 вычисления определяет вероятность превышения критического уровня А по формуле

P=P(t .t)= -, F

Г где F, — величина вероятности кумулятивного распределения, соответствующая критическому уровню А

Далее блок 7 вычисления определяP ет диагностический параметр D=—

Р— вероятность превышения значения сигнала порогового уровня А „ для исправного подшипника. Величина P характеризует состояние исправного подшипника качения и определяется из опыта эксплуатации на основании кумулятивного распределения исправного подшипника. Значение P поступает на второй вход блока 7 вычисления из второй схемы запоминания.

Величина диагностического параметра D поступает в коде в блок 8 принятия решения, который принимает решение об исправности D>1 или неисправности Р <1 диагностируемого подшийника. Величина D характеризует степень поврежденности подшипника, Результат решения и величина D отобра-.

>кается и фиксируется на блоке 9 ин— дикации и регистрации, 1295261

° ° °

Рие. 2

Составитель Т. Хромова

Редактор А, .Øàíäoð Техред И.Ходанич Корректор А, Обручар

Заказ 610/48 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Уж р д, у . р .го о л, П оектная 4

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю ш е е с я тем, что вибропреобразоват";Ib содержит п ячеек, каждая из которых выполнена в виде слоя жидкого кристалла с различным порогом чувствительности, расположенного между проводящими электродами вибропреобразователя.