Устройство для оценки качества подшипников качения

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для диагностики подшипников качения по моменту сопротивления вршдению. Цель изобретения - повышение точности оценки качества. Испытуемый подшипник внутренним кольцом устанавливают на измерительную ось, связанную с датчиком положения с релейной характеристикой. Наружное , кольцо подшипника соединено с приводом и блоком нагружения. Выходы датчика положения подключены к компаратору , связанному с ключевой схемой, к которой подсоединены стабилизированный источник тока и управляющий компенсирующий преобразователь. Этим обеспечивается автоколебательный режим измерительной оси с постоянной амплитудой и частотой. Величина измеряемого консервативного момента пропорциональна приращению длительности импульса с выхода ключевой схемы относительно середины периода автоколебаний. Диагностика технического состояния подшипников качения может быть проведена по консервативной составляющей момента сопротивления вращению. Это достигается за счет использования компенсационной схемы, работающей в режиме автоколебаний . 3 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (5!) 4 G 01 Yi 13/04 уь л °И

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛAM ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4006482/25-27 (22) 02.01.86 (46) 23,01.88. Бюл. ¹ 3 (72) А.Ю.Заозерский, С,Д.Басенко, В,П.Миронович, А.И.Скалон, В.С,Кручин и И.А.Славолюбова (53) 658.562.012.7(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 785670, кл. G 01 M 13/04, 1980, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА

ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для диагностики подшипников качения по моменту сопротивления вращению, Цель изобретения — повышение точности оценки качества. Испытуемый подшипник внутренним кольцом устанавливают на измерительную ось, связанную с датчиком положения с релейной характеристикой. Наружное, кольцо подшипника соединено с приводом и блоком нагружения. Выходы датчика положения подключены к компаратору, связанному с ключевой схемой, к которой подсоединены стабилизированный источник тока и управляющий компенсирующий преобразователь. Этим обеспечивается автоколебательный режим измерительной оси с постоянной амплитудой и частотой, Величина измеряемого консервативного момента пропорциональна приращению длительности импульса с выхода ключевой схемы относительно середины периода автоколебаний. Диагностика технического состояния подшипников качения может быть проведена по консервативной составляющей момента сопротивления вращению. Это достигается за счет использования компенсационной схемы, работающей в режиме автоколебаний. 3 ил, 1 1368688 2

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для диагностики подшипников качения по моменту сопротивления вращению.

Целью изобретения является повышение точности оценки качества подшипников качения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устрройства; на фиг.2— разрез А-А на фиг. 1; на фиг ° 3 график, поясняющий работу устройства .

Устройство содержит испытываемг»й подшипник 1 качения, внутреннее коль- 1Г цо которого установлено на измерительную ось 2, а наружное — в оправку 3, связанную с блоком 4 нагружения и приводом 5, закрепленным на основании. Измерительная ось поме- 20 щена в опору 6, закрепленную на основании. Компенсирующий преобразователь 7 состоит из статора 8, закрепленного на основании, и ротора 9 (постоянного магнита), установленно- 25 го на оси 2. Датчик 10 положения состоит из неподвижных излучателей

11 и 12, фотоприемников 13 и 14 и непрозрачной заслонки 15. Заслонка

15 закреплена на оси 2 так, что ее передняя кромка проходит через ось

2 и совпадает (в вертикальной проекции) с отрезком, соединяющим первый

13 и второй 14 фотоприемники. Такая установка заслонки 15 обеспечивает закрывание одного фотоприемника и одновременное открывание другого фотоприемника при повороте измерительной оси 2. К выходам фотоприемников

13 и 14 подключены входы компаратора 16, выход которого соединен с первым входом ключевой схемы 17.

Стабилизированный источник 18 тока подключен к второму входу ключевой схемы 17, выходы которой соединены 46 с обмоткой статора 8 компенсирующего преобразователя 7. Выходы ключевого устройства 17 подключены также . к первым входам первой и второй вхем И 19 и 20, к вторым входам которых подключен генератор 21 эталонной частоты. Выход первой схемы

И 19 соединен с первым входом первого счетчика 22 и с вторым входом второго счетчика 23. Выход второй схемы И 20 подключен к второму входу первого счетчика 22 и к первому входу второго счетчика 23 ° Первый вход второй схемы И подключен также к второму входу -делителя 24 частоты, выход которого связан с входом формирователя 25 импульсов. Выход последнего соединен с третьим входом второго счетчика 23 и вторым входом схемы 26 запоминания, первый вход которой соединен с выходом второго счетчика 23. Выход схемы 26 запоминания соединен с вторыми входами схемы 27 вычитания кодов и блоком

28 вычисления. Первый вход схемы 27 вычитания кодов соединен с выходом первого счетчика 22 ° Первый вход блока 28 вычисления связан с выходом схемы 27 вычитания кодоы, а выход— с блоком 29 регистрации.

Оправка 3 гибкой связью связана с приводом 5.

Блок 4 нагружения представляет собой газостатические нагружающие устройства радиальной и осевой нагрузок.

Опора 6 представляет собой гаэостатический подшипник.

Устройство работает следующим образом.

На иэмерительнчю ось 2 устанавливается испытываемый подшипник 1 на его наружное кольцо надевается оправка 3, к ней присоединяется привод 5 и через блок 4 нагружения задается радиальная и осевая нагрузки. В исходном состоянии заслонка 15 перекрывает поток излу( чения одного из излучателей, например 11. При этом второй излучатель

12 открыт, в результате чего на выходе фотоприемника 14 появляется сигнал, который подается на вход компаратора 16 и переключает его. Выходное напряжение компаратора 16 управляет ключевой схемой 17, которая подключает стабилизированный источник 18 тока к обмотке статора

8 компенсирующего преобразователя 7.

Магнитное поле тока, протекающего в обмотке статора 8, взаимодействуя с полем постоянного магнита ротора

9, поворачивает его н, следовательно, заслонку 15 датчика положения

10 так, что она перекрыва".ò поток излучателя 11. На выходе фотоприемника 13 появляется сигнал, который переключает компаратор 16 в другое ус гойчивое состояние. Г1рп этом ключевая схема 17 подключит стабилиэиро. ванный источник 18 тока к обмотке статора 8 так, что по н»й потечет ток противоположног направления. В результате этого рог р такж» и ме1368688 нит направление вращения на противоположное.

Далее процесс переключения повторяется и, следовательно, измерительная ось 2, установленная в опоре 6 с закрепленными на ней ротором 9 компенсирующего преобразователя 7, заслонкой 15 датчика 10 положений, а также внутренним кольцом испытываемого подшипника 1, совершает автоколебания.

Применение ключевой схемы 17 и стабилизированного источника 18 тока позволяет формировать в обмотке статора 8 прямоугольные импульсы тока, при наличии которых обеспечивается постоянство мощности, выделяемой в обмотке статора 8, тем самым обеспечивается режим автоколебаний измерительной оси 2 с постояцпь..а амплитудой и частотой. При этом на выходе ключевой схемы 17 имеет место последовательность импульсов.

При вращени1 наружного кольца исследуемого подшипника 1 внутреннее кольцо увлекается моментом трения.

Этот момент уравновешивается компенсируюшим преобразователем 7, создающим компенсирующий момент M :

Мк 1 кп Тср

То

Т о (2) ср где 1 — ток стабилизированного источника 18 тока, — алитеЛьность импульсов прямого и обратного токов

Т, -c,,+ c — HePHo BBToKosIe62HHH измерительной оси 2.

Момент сопротивления вращению М принято рассматривать как сумму составляющих где 1 — среднее значение тока в ср обмотке статора 8 компенсирующего преобразовате.ля 7; .К„п — коэффициент преобразования (крутизна) компенсирующего преобразователя 7.

При прямоугольных импульсах тока в обмотке статора 8 средний ток

I можно определить по формуле

1 кп Тo

g Т о (3) зр

Таким образом, консервативная составляющая момента сопротивления вращению, обусловленная геометрией поверхностей качения подшипника, пропорциональна разности с, и с .

При М, = О c,, = о, т.е. измерительная ось имеет автоколебания со скважностью, равной 2.

При вращении наружного кольца ис40 пытываемого подшипника 1 его внутреннее кольцо уравновешивается конcPpBBTHBHblM моментом М > ф О, 3ТоТ момент уравновешивается компенсирующим моментом, создаваемым компенси45 рующим преобразователем 7 на измерительной оси 2, и вызывает согласно формуле (3) изменение скважности импульсов, причем величина консервативного момента пропорциональна разнос50 ти — "ã °

Импульсы с выхода ключевой схемы

17 поступают на первые входы первой и второй схем И 19 и 20, на вторые входы которых поступают нысокачастот55 ные импульсы заполнения с генератора

21 эталонной частоты. На выходах первой и второй схем И 19 и 20 образуются пачки высокочастотных импуль— сов с количеством в каждой пачке, где М вЂ” консервативная составляющая а

5 момента сопротивления вращению, М вЂ” диссипативная составляющая.

Так как внутреннее кольцо испытываемого подшипника в режиме автоколе10 баний совершает колебания с постоянной амплитудой и частотой, диссипативная составляющая, оставаясь постоянной для данного подшипника, воздействует одним и тем же моментом

15 на измерительную ось при прямом и обратном направлениях движения. Следовательно, импульсы прямого и обратного тока в обмотке статора 8 компенсирующего преобразователя 7, обус20 ловденного лишь диссипативной составляющей, равны по длительности

Поскольку в режиме динами веского равновесия М = M к из соотношений (1) и (2) и изложенного следует,что

1368688 пропорциональным длительности импульсов с выходов ключевой схемы 17.

Далее пачки высокочастотных импуль сов поступают на первый счетчик 22, который производит вычитание числа импульсов одной пачки из другой, т.е. осуществляет определение величины (о, — с ). На выходе первого счетчика 22 с приходом каждой пары ñ, и с„ 1р формируется цифровой код, несущий информацию о мгновенном значении измерительного момента трения. С выходов первой схемы И t9 и второй схемы И 20 пачки высокочастотных импульсов поступают также на второй счетчик 22, который осуществляет суммирование разностей (Г, — Г ). Обнуление второго счетчика 23 осуществляется импульсами, поступающими с 20 формирователя 25 импульсов, который вырабатывает импульс обнуления по окончании действия строба. Строб вырабатывается делителем 24 частоты, при этом длительность строба равна 25

Т„° 10, Т. = с + с, n = 1, 2, 3. „., поскольку делитель имеет коэффи- циент деления 10. После прихода

10 -го импульса на делитель 24 чаcòoты ое производит формирование задне- З0 го фрон" à строба, которым запускается формирователь 26 импульсов.

Таким образами, формирование кода на выходе второго счетчика 23 происходит через 10 импульсов, т.е. второй счетчик 23 производит накопление

10 разностей (С, — с ) пачек высокочастотных импульсов. Поскольку консервативныи момент изменяется в зависимости от относительного положения наружного и внутреннего колец подшипника, разность (с, — ) имеет различное число высокочастотных импульс ов.

C выхода второго счетчика 23 прои суммированные 10 пачек импульсов в цифровом коде поступают на схему

26 запоминания. При этом второй счетчик 23 подключен к схеме 26 запоминания таким образом, что г. младших десятичных разрядов не подключены. При записи кода в схему 26 заи поминания код делится на число 10

Запись кода в схему 26 запоминания производится по переднему фронту

55 импульса, поступающего с формирова.теля 25 импульсов.

Таким образом, за время действия строба делителя 24 частоты происходит накопление импульсов,10 разностей пачек и деление этого числа импульсов на число 10" пачек, т.е. осреднение разностей пачек,, и

Количество импульсов N, в средней разности пачек (c„ — ) составит

К,+К+...+К, сР 10 где nEN, К „ — число импульсов в пачке.

На выходе схемы 26 запоминания появляется записанное в коде число импульсов, соответствующее средней разности пачек (r — с ), пропорциональное среднему консервативному моменту.

На первый вход схемы 27 вычитания кодов, таким образом, поступает код, несущий информацию о мгновенном значении консервативного момента, а на второй — код, несущий информацию о среднем значении. Схема 27 вычитания кодов производит вычитание поступающих кодов, в результате чего на ее выходе получается цифровой код, несущий информацию об отклонении мгновенного консервативного момента от его среднего значения.

Далее цифровой код поступает на первый вход блока 28 вычисления, на второй вход которого поступает код, несущий информацию о среднем моменте в подшипнике. Блок 28 вычисления производит вероятностную обработку результатов измерения с помощью имеющегося пакета программ.

Результаты вычисления регистрируются на многоканальном блоке 29 регистрации. На нем же фиксируется ч характер изменения мгновенного консервативного момента подшипника при изменении положения наружного кольца относительно внутреннего.

Таким образом, использованн предлагаемого устройства для оценки качества подшипников качения по сравнению с известным позволяет повысить точность измерений консервативной составляющей эа счет исключения ошибки„ обусловленной диссипативпой составляющей и неконтролируемой внешней вибрацией, расширить частотный диапа"-o:t измеряемых консервативных моментов сопротивления путем повышения частоты автоколебаний; производить цифровую обработку реэ-.ультатов иэме)368688 рения без применения дополнительных электронных преобразователей, измерять вероятчостные характеристики консервативных моментов.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для оценки качества подшипников качения, содержащее смон 1р тированные на основании привод, блок нагружения и связанную с ними оправку, закрепленную на наружном кольце испытываемого подшипника, измерительную ось с датчиком положения, имеющую возможность поворота в опоре, закрепленной на основании, и жестко связанную с внутренним кольцом подшипника, компенсирующий преобразователь, ротор которого связан с измерительной осью, статор — с основанием, и блок регистрации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности оценки качества подшипников качения, оно снабжено пос- 25 ледовательно соединенными компаратором, ключевой схемой, первой схемой И, первым счетчиком, схемой вычитания кодов, блоком вычисления, последовательно соединенными второй gp схемой И, вторым счетчиком и схемой запоминания, последовательно соединенными делителем частоты и формирователем импульсов, стабилизированным источником тока и генератором эталонной частоты, выход которого соединен с вторыми входами первой и второй схем И, первые входы которых и обмотка статора компенсирующего преобразо- вателя соединены с выходами ключевой схемы, второй вход которой соединен с выходами стабилизированного источника тока, вход делителя частоты соединен с первым входом второй схемы

И, выходы датчика положения соединены с входами компаратора, выход первой схемы И соединен с вторым входом второго счетчика, а выход второй схемы И вЂ” с вторым входом первого счетчика, выход формирователя импульсов соединен с вторым входом схемы запоминания и третьим входом второго счетчика, выход схемы запоминания— с вторыми входами схемы вычитания кодов и блока вычитания, выход которого соединен с блоком регистрации, при этом датчик положения выполнен в виде двух пар соосно расположенных и неподвижно закрепелнных излучателей и фотоприемников, в зазорах между которыми помещена заслонка, жестко скрепленная с измерительной осью.!

368688

Фиг. 2

Составитель В.Пучинский

Техред А.Кравчук Корректор В.Бутяга

Редактор Л. Гратилло

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 280/41

Производствснно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4