Устройство для диагностики подшипников качения

 

Изобретение относится к области приборостроения. Цель изобретения - повышение точности диагностики состояния подшипников качения. С помощью предпагаемого устройства может быть проведена диагностика технического . состояния подшипников качения путем измерения совокупности статических, кинематических и динамических характеристик . Устройство содержит исследуемый подшипник, внутреннее кольцо кот,орого закреплено на валу привода. а сепаратор связан с датчиком частоты вращения сепаратора. Наружное кольцо подшипника закреплено на инерционном элементе, жестко св язано с установленным на основании упругим элементом. С инерционным элементом связаны также блоки задания осевой и радиальной нагрузок и задатчик начальных условий, управляемьй блоком задания начальных условий. Колебательное движение инерционного элемента фиксируется датчиком углового положения. Обработка сигналов, поступающих с усилителя-преобразователя , выходов формирователя переходной характеристики, формирователя частоты вращения сепаратора, схемы совпадения и формирователя частоты вращения вала производится в процессоре счетно-решающего преобразователя . Первьй выход счетно-решающего преобразователя связан с блоком управления , а второй подключен к регистрирующему устройству. 1 ил. . (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН (5D 4 G M 3 О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3986135/31-27 (22) 09. 12.85 (46) 23.06.87. Бюл, У 23 (72) С.Д. Басенко, А.Ю. Заоэерский, В.С. Кручин, В.П. Миронович, Г.В. Нежданов, Э.П. Ханонкинд и К.Н. Явленский (53) 658.562.012 ° 7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1134896, кл. G 01 М 13/04, 1985. (54),УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к области приборостроения. Цель изобретения— повышение точности диагностики состояния подшипников качения. С помощью предлагаемого устройства может быть проведена диагностика технического . состояния подшипников качения путем измерения совокупности статических, кинематических и динамических характеристик. Устройство содержит исследуемый подшипник, внутреннее кольцо которого закреплено на валу привода, „„SU „„ 2 а сепаратор связан с датчиком частоты вращения сепаратора; Наружное кольцо подшипника закреплено на инерционном элементе, жестко связано с установленным на основании упругим элементом. С инерционным элементом связаны также блоки задания осевой и радиальной нагрузок и задатчик начальных условий, управляемый блоком задания начальных условий.

Колебательное движение инерционного элемента фиксируется датчиком углового положения. Обработка сигналов, поступающих с усилителя-преобразователя, выходов формирователя переходной характеристики, формирователя частоты вращения сепаратора, схемы совпадения и формирователя частоты вращения вала производится в процессоре счетно-решающего преобразователя. Первый выход счетно-решающего преобразователя связан с блоком управления, а второй подключен к регистрирующему устройству. 1 ил.

1 13

Изобретение относится к области. приборостроения и может быть использовано для диагностики подшипников качения.

Цель изобретения — повышение точности диагностики состояния подшинников качения.

На чертеже дана схема устройства.

Предлагаемое устройство содержит исследуемый подшипник 1, внутреннее кольцо которого закреплено на валу привода 2, а сепаратор связан с датчиком 3 частоты вращения сепаратора.

Наружное кольцо подшипника закреплено на инерционном элементе 4, жестко связанном с установленным на основании упругим элементом 5. С инерционным элементом 4 связаны также последовательно соединенные эадатчик 6 начальных условий и блок 7 задания начальных условий.

С инерционным элементом 4 связаны также последовательно соединенные датчик 8 осевой нагрузки и блок 9 зада- ния осевой нагрузки и последовательно соединенные датчик 10 радиальной нагрузки и блок 11 задания радиальной нагрузки.

К инерционному элементу 4 подключен также датчик 12 углового положения, выход которого через усилительпреобразователь 13 подключен к фор-мирователю 14 переходной характеристики. Первый и второй выходы формирователя 14 подключены соответственно к первому и второму входу счетнорешающего преобразователя 15, третий вход которого связан с первым выходом усилителя-преобразователя 13, а четвертый и пятый — соответственно с вторым выходом формирователя 16 частоты вращения сепаратора и выходом схемы 17 совпадения. Вход формирователя 16 подключен к выходу датчика 3 частоты вращения сепаратора, первый вход — к первому входу схемы

17 совпадения, к второму входу которой подключен четвертый выход формирователя 18, первый выход которого связан с первым входом блока 7 задания начальных условий, а вход— с датчиком 19 частоты вращения вала, связанными с внутренним кольцом подшипника 1, третий выход формирователя 18 подключен к второму входу блока 20 задания частоты вращения вала, первый вход которого подключен к первому выходу блока 21 управления, а выход — к приводу 2. Второй, тре18826 2

55 тий и четвертый выходы блока 21 управления соединены соответственно с третьим входом блока 7 задания начальных условий, вторым входом блока 11 задания радиальной нагрузки и вторым входом блока 9 задания осевой нагрузки, а вход блока 2 1 управления подключен к первому выходу счетно-решающего преобразователя 15, второй выход которого связан с ре" гистрирующим устройством 22.

Устройство работает следующим образом.

Внутреннее кольцо исследуемого подшипника 1 устанавливается на валу привода 2, а на наружном кольце устанавливается инерционный элемент

4, с которым через гаэостатические подушки связаны блок 9 задания осевой нагрузки и блок 11 задания радиальной нагрузки. После этого устройство работает последовательно в режиме Подготовка" и Измерение".

В режиме Подготовка" последовательно производится задание скоростного режима, режимов нагружения и задание величины начальных условий следую1 щим образом. В исходном состоянии сигнал на втором входе блоков 9 и

11 отсутствует, в резульТате чего по сигналу датчиков 8 и 1 0 осевой и радиальной нагрузок соответственно устанавливается величина осевой и радиальной нагрузок, равная нулю.

Сигналы на выходе остальных блоков отсутствуют. После окончания переходных процессов с выхода счетнорешающего преобразователя 15 через блок 21 управления на второй вход блока 20 задания частоты вращения вала подается сигнал, появление которого приводит к появлению управляющего сигнала, приводящего к соответствующему изменению частоты вращения вала привода 2 до тех пор, пока сигнал обратной связи на первом входе блока 20, сформированный с помощью датчика 19 частоты вращения вала и формирователя, достигнет величины сигнала на втором входе блока 20.

Таким образом, задается режим работы подшипника, соответствующий условиям эксплуатации. После достижения заданной величины частоты вращения с выхода счетно-решающего преобразователя 15 через блок 2 1 управления на второй вход блока 9 задания осевой нагрузки и второй вход

3 13188 блока 11 задания радиальной нагрузки подаются сигналы, пропорциональные требуемой величине осевой и радиальной нагрузок, что приводит к автоматической установке этих нагру5 зок на исследуемый подшипник 1 с помощью датчиков 8 и 10 осевой и радиальной нагрузок и блоков 9 и 11 задания осевой и радиальной нагрузок.

Остальные блоки работают следую- 10 щим образом. При подаче сигнала на второй вход блока 20 задания частоты вращения элементы исследуемого подшипника приходят в движение.

При этом на выходе датчика 19 15 частоты вращения вала формируется последовательность импульсов с периодом Т„= Т, / Z, где Т вЂ” период одного оборота вала; Z — - число импульсов датчика 19 частоты вращения 2р вала за один оборот. На выходе датчика 3 частоты вращения сепаратора формируется последовательность импульсов с периодом Т = Т „, где

Т „ — период одного оборота сепара- 25 тора; ш — число шариков, а на выходе датчика 12 углового положения— частотно-модулированный сигнал, модулирующая функция которого дает представление об угловом положении инер- 30 ционного элемента 4.

Дальнейшее преобразование сигналов осуществляется следующжч образом. С помощью формирователя 18 из сигнала .датчика 19 частоты вращения вала формируется последовательность нормированных импульсов, которая поступает на первый и четвертый выходы формирователя 18,и аналоговый 40 сигнал, пропорциональный частоте вращения вала, который поступает на

\ .третий и второй выходы формирователя 18. Сигнал с третьего выхода формирователя 18 поступает на второй вход блока 20 задания частоты вращения вала, где используется как сигнал обратной связи для установки и стабилизации требуемой частоты вращения.Сигнал с второго выхода формирователя 18 поступает на шестой вход счетно-решающего преобразователя 15, импульсный сигнал с первого выхода формирователя 18 поступает на первый вход блока 7 задания начальных Условий, где из этой последовательности формируется последовательность импульсов стабильнойамплитуды и длительности.

26 4

Напряжение на выходе блока 7 задания начальных условий и выходе задатчика 6 начальных условий равно нулю, поскольку в исходном состоянии напряжение на третьем входе блока 7 задания начальных условий равно нулю.

С четвертого выхода формирователя

18 импульсный сигнал поступает на второй вход схемы 17 совпадения, на первый вход которой поступает импульсный сигнал с первого выхода формирователя 16 частоты вращения сепаратора.

На выходе схемы 17 совпадения формируется бинарный сигнал, частота переключения которого определяется моментами совмещения фронтов импульсных сигналов на втором и первом входах блока 17, что соответствует моментам сопряжения одних и тех же точек беговых дорожек и комплекта шариков в сепараторе.

Этот сигнал поступает на пятый вход счетно-решающего преобразоватеas 15, на четвертый вход которого поступает сигнал с второго выхода формирователя 16, пропорциональный частоте вращения сепаратора.

Частотно-модулированный сигнал с выхода датчика 12 углового положения поступает на вход усилителя-преобразователя 13 и несет информацию о статическом смешении инерционного элемента, вызванном действием постоянных и медленно меняющихся составляющих моментов трения, знак которых определяется знаком скорости относительного движения элементов подшипника качения.

Поскольку в исходном положении задатчик 6 начальных условий отключен, сигнал на втором выходе усилителя-преобразователя 13 отсутствует, так же как и на первом, втором и третьем выходах формирователя 14 переходной характеристики, к входу которого подключен второй выход усилителя-преобразователя 13.

После этого производится задание величины начальных условий, которое рсуществляется следующим образом. С выхода счетно-решающего преобразователя 15 через блок 2 1 управления на третий вход блока 7 задания начальных условий подается напряжение, величина которого определяет параметры формируемого в блоке 7 пробного импульса, энергия которого определяется ав1318826 вие. При этом на втором выходе усили- 10 переходную характеристику, являющуюся реакцией колебательной системы, в которую входит исследуемый подшипник, 15 рователя 14 формируется аналоговый 20 сигнал, дающий представление об изме-.

Я, c,=+a,, c, 1-\ й

С = х.

i-1

N с, = (4) У;

N3h + C17

Cy+C У

2 о 3

А-А о

А-А о N

+ С 7

+ С У

+ Cay (5) с томатически в результате сравнения уставки на третьем входе блока 7 с сигналом на втором входе блока 7, возникающим в результате восприятия цепочкой датчик 12, усилитель-преобразователь 13, формирователь 14 реакции механической колебательной системы, в которую входит исследуемый подшипник, на импульсное входное воэдейсттеля-преобразователя 13 возникает сигнал, представляющий собой импульсную на импульсное входное воздействие.

Этот сигнал поступает на вход формирователя 14 параметров переходной характеристики. На втором выходе форминении периода колебаний в зависимости от амплитуды колебаний, режимов работы и расположения элементов подщипника. Указанные сигналы с первого и второго выходов формирователя 14 поступают соответственно на первый и второй вход счетно-решающего преобразователя 15, а с третьего выхода — на второй вход блока 7 °

Таким образом, в режиме "Подготовка" Йа входах счетно-решающего преобразователя 15 имеются следующие сигналы: на первом и втором входе сигналы с.первого и второго выходов формирователя t4 на третьем — сигнал с первого вьиода усилителя-преобразователя 13, на четвертом — сигнал с второго выхода формирователя 16 частоты вращения сепаратора, на пятом— сигнал с выхода схемы 17 совпадения, а на шестом — сигнал с выхода формирователя 18 частоты вращения вала.

После окончания переходньи процессов устройство переключается в режим "Измерение". При этом работой счетно-решающего преобразователя 15 управляет сигнал, поступающий на пятый вход счетно-решающего преобразователя 15.

Отработка сигналов и разбиение на классы составляющих диссипативных моментов сопротивления и переменных составляющих консервативных моментов сопротивления, а также вычисление их количественных характеристик производится для начальных условий

if,(o), Ч,(o) (1) 35

6

Поскольку всегда присутствуют нели. нейные составляющие моментов сопротивления, обусловленные непинейностью процессов трения в подшипнике, измерение параметров импульсной переходной характеристики производится для всего диапазона допустимых угловых колебаний инерционного элемента 4 путем возвращения устройства в режим

"Подготовка" и задания соответствующих начальных условий

le (о), е (о), ..., Р (o) ч,(о),Ф (о), ..., ч (о) (2) в требуемом диапазоне режимов работы.

Распознавание составляющих диссипативных моментов сопротивления производится в счетно-решающем преобразователе 15 путем определения коэффициентов Ь, полинома

М ()) = b: + Ь ) + Ь2!)fy+ ° ° ° э(3)

3 fjf аппроксимирующего силовую характеристику исследуемой системы, где Я— обобщенная скорость. Определение коэффициента Ь; ведется в счетно-решающем устройстве 15 следующим образом.

Для начальных условий (1) вычисляются суммы х. = А. + А и разности

1 1 у = А . — А . соседних полуразмахов; находятся вспомогательные величины где N — номер последнего полуразмаха; решается относительно, у и у о система уравнений и вычисляется коэффициент разложения, например, трехчленной аппроксимации, достаточно точно описывающий силовую характеристику: ь = -; ь = —, ь = —,— у . (6) 2 g о 4 1 Я <,) 2 2и12 о 0

7 131882

Расчет повторяется для начальных условий (2), а полученные результаты обрабатываются с применением метода наименьших квадратов.

Переменные составляющие консервативных моментов сопротивления t(g) определяются на основании зависимостей угловой частоты свободных колебаний ир от полуразмаха А

10 (7) 20

-.=:-((, Д Д, Г

Одновременно с вычислением динамических составляющих моментов трения производится вычисление статических и кинематических соотношений в соответствии с выражениями

И (t) = С Ч (t), i() =,„()a„() = т. (t)/T„„(t), Где (ц — статическое угловое смещение инерционного элемента 4;

С вЂ” крутильная жесткость упругого элемента 5;

М (t) . — постоянные и медленно Р.с и 30 меняющиеся составляющиеся моментов трения;— скорость и период вра щения сепаратора; (1,Т

> (1 T, (() — скорость и период вращения вала.

Результаты вычислений по соотношениям (6), (7)и (8) выводятся с выхода счетно-решающего преобразователя .

15 на регистрирующее устройство 22.

Устройство проводит диагностику

40 состояния подшипников качения как при неподвижном, так и при вращающемся внутреннем кольце, что позволяет повысить достоверность распознавания составляющих сил вязкоупругого сопро45 тивления и учесть влияние технологических погрешностей на динамические характеристики подшипников качения и точность прецизионных устройств с использованием этих подшипников.

Формула изобретения

Устройство для диагностики подшипников качения, содержащее последовательно соединенные блок задания частоты вращения вала, привод, датчик частоты вращения вала, регистрирующее устройство и инерционный элемент, механически связанный с упругим элементом, датчиком углового положения, датчиком осевой нагрузки, датчиком радиальной нагрузки, блоком задания осевой нагрузки и блоком задания радиальной нагрузки, а также усилительпреобразователь, при этом упругий элемент жестко закреплен на основании, выход датчика осевой нагрузки соединен с первым входом блока задания осевой нагрузки, выход датчика радиальной нагрузки — с первым входом блока задания радиальной нагрузки, выход датчика углового положения подключен к первому входу усилителя-преобразователя, а привод механически связан с внутренним кольцом исследуемого подшипника, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности диагностики состояния подшипников качения путем измерения совокупности статических кинематических и динамических характеристик, оно снабжено последовательно соединенными формирователем частоты вращения вала, блоком задания начальных условий и задатчиком начальных условий, последовательно соединенными датчиком частоты вращения сепаратора, формирователем .:астоты .вращения сепаратора и схемой совпадения, а также последовательно соединенными формирователем переходной характеристики, счетно-решающим преобразователем и блоком управления, причем второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы счетно-решающего преобра-. зователя соединены соответственно с вторым выходом формирователя переходной характеристики, с первым выходом усилителя-преобразователя, вторым выходом формирователя частоты вращения сепаратора, выходом схемы совпадения и вторым выходом формирователя, частоты вращения вала, к второму выходу счетно-решающего преобразователя подключено регистрирующее устройство, первый, второй, третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно к первому входу блока задания частоты вращения вала, третьему входу блока задания начальных условий, к второму входу блока задания радиальной нагрузки и второму входу блока задания осевой нагрузки, второй выход усилителя-преобразователя соединен с входом формирователя переходной характерис1882б

Составитель В. Пучинский

Техред А. Кравчук Корректор Л. Патай

Редактор Н. Тупица

Заказ 2499/33 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1t3035, Москва,.Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

9 13 тики, третий выход которого подключен к второму входу блока .задания начальных условий, выход датчика частоты вращения вала подключен к формирователю частоты вращения вала, третий и четвертый выходы которого связаны соответственно с вторым входом блока задания частоты вращения вала и вторым входом схемы совпадения, причем датчик частоты вращения сепаратора соединен с сепаратором исследуемого подшипника, а задатчик начальных условий — с инерционным элементом.