Способ диагностики подшипников и их деталей, устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к подшипниковой промышленности и может быть использовано преимущественно для контроля готовых изделий с целью определения качества изготовления путем анализа измеряемых характеристик. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что измеряемую деталь помещают на измерительное устройство, измеряют сигналы от датчиков с контролируемой поверхности, которые затем усиливают, детектируют, преобразовывают, подвергая быстрым преобразованиям Фурье, спектрируют и сравнивают с нормативными данными, заложенными в памяти ЭВМ. При этом обеспечивают процесс сканирования контролируемых поверхностей, сигнал формируют с помощью возбуждения в поверхностном слое изделия вихревых потоков, устанавливают частотные полосы с пороговыми значениями для каждого вида дефектов. После фильтрации, преобразований и спектрирования сигнал последовательно многократно сравнивают с заданными пороговыми значениями и судят о состоянии контролируемых параметров изделий. Устройство для диагностики подшипников и их деталей содержит механический узел, а также узел для обеспечения сканирования контролируемых поверхностей, преобразователь сигналов, усилитель, фильтр частоты, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), быстрый преобразователь Фурье, определитель частоты и ЭВМ с заложенными в памяти пороговыми значениями сигналов. Преобразователь выполнен вихретоковым накладным, его выход последовательно связан с параметрическим генератором высокой частоты, усилителем, детектором, катодным повторителем и многоходовым аналого-цифровым преобразователем, выходы которого последовательно связаны не менее чем с одним блоком сравнения пороговых значений сигнала. Этот блок состоит из полосового фильтра, быстрого преобразователя Фурье, амплитудного селектора, регистратора брака и дисплея ЭВМ. Технический результат - улучшение качества контроля за подшипником. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к подшипниковой промышленности и может быть использовано преимущественно для контроля готовых изделий с целью определения качества изготовления путем анализа измеряемых характеристик.

Известны способ и устройство для оценки неидеальности геометрии поверхности колец или шариков посредством анализа вибросигналов (см. журнал "Конструирование и технология машиностроения", 1987, N 1, с. 140-149). Способ основан на анализе короткого вибрационного сигнала, возбуждаемого при встрече шариков с дефектами на вращающемся кольце или вращающегося кольца с дефектами шариков в собранном подшипнике. Устройство содержит прибор, воспроизводящий вибрационные сигналы, фильтр высоких частот, цифровой магнитофон, датчик, динамик, фильтр низких частот, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, ЭВМ.

Этот известный способ оценки неидеальности геометрии поверхности колец и шариков подшипников и устройство для реализации способа позволяют определить степень несоответствия измеряемых размеров деталей подшипника их эталонным пороговым значениям.

Недостатками такого известного способа и устройства являются низкие технологические возможности при диагностике подшипников, низкая точность оценки микрогеометрии поверхностей колец и шаров, а также низкая производительность процесса контроля, поскольку проверку щупом можно осуществлять только после разборки подшипника.

Известны также способ комплексной вибродиагностики подшипников качения и устройство для его осуществления (см. патент РФ N 2104510, по кл. МКИ N G 01 М 13/04, 1997), которые приняты за прототип. Способ заключается в том, что измеряют вибросигнал подшипника при вращении его под нагрузкой, который затем дискретизируют, преобразовывают в цифровую форму и вводят в рабочий буфер в разных режимах. В каждом из режимов вибросигнал подвергают быстрому преобразованию Фурье и определяют индивидуальные для каждого подшипника частоты вращения ротора, сепаратора с шариками относительно наружного и внутреннего колец, шарика вокруг собственной оси и пиковую частоту. О состоянии элементов подшипника судят путем сравнения полученных вибросигналов с заложенными в памяти ЭВМ нормативными данными.

Устройство для реализации этого способа содержит вибропреобразователь, усилитель- корректор, фильтры верхних и нижних частот, аналого-цифровой преобразователь, быстрый преобразователь Фурье, определитель частоты и периодов вращения, частотомер пиковых частот, а также ЭВМ с дисплеем и печатающим устройством.

Однако известные способ и устройство не позволяют выявить на контролируемой поверхности такие дефекты, как нарушение сплошности, ожоговые пятна и другие структурные неоднородности, внутренние напряжения, остаточную намагниченность, степень чистоты поверхности и т.п.

Поставлена задача расширить диапазон контролируемых видов дефектов, предложить простой и надежный способ диагностики подшипников и их деталей, а также простое по конструктивному исполнению устройство, обеспечивающее высокое качество диагностики и простоту его обслуживания.

Эта задача решается тем, что предлагаемый способ включает постановку изделия на измерительное устройство, обеспечивающее его вращение, выявление и измерение сигналов от датчиков с контролируемой поверхности, его усиление, детектирование, преобразование, в том числе быстрое преобразование Фурье, спектрирование и сравнение с нормативными данными, заложенными в памяти ЭВМ. Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что контролируемые поверхности подвергают сканированию, сигнал формируют с помощью возбуждения в поверхностном слое изделия вихревых токов, устанавливают частотные полосы для каждого вида дефектов, после фильтрации, преобразований и спектрирования сигнал многократно последовательно сравнивают с заданными пороговыми значениями и судят о состоянии контролируемых параметров подшипника.

Устройство для реализации предлагаемого способа диагностики деталей подшипника содержит механический узел для загрузки и обеспечения процесса сканирования поверхностей деталей подшипника, а также их перемещения и вращения, преобразователь сигналов, усилитель, фильтр частот, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), быстрый преобразователь Фурье, определитель частоты и ЭВМ с заложенными в памяти пороговыми значениями сигналов. Особенность устройства состоит в том, что преобразователь выполнен вихретоковым накладным, его выход последовательно связан с параметрическим генератором высокой частоты, усилителем, детектором, катодным повторителем и многоходовым аналого-цифровым преобразователем, выходы которого последовательно связаны не менее чем с одним блоком сравнения пороговых значений сигнала, который состоит из полосового фильтра, быстрого преобразователя Фурье, амплитудного селектора, регистратора брака и годных деталей и дисплеем ЭВМ. Блоков сравнения может быть несколько в зависимости от характера и количества контролируемых дефектов. Поэтому полосовой фильтр и амплитудный селектор каждого из блоков сравнения настроены на определенные пороговые значения частот f_n-f_m.

Сущность способа и устройства поясняется чертежом, где показана схема устройства и последовательность прохождения сигнала.

Устройство содержит механический узел 1 для загрузки, перемещения и вращения, а также обеспечения процесса сканирования контролируемых поверхностей деталей подшипника. С ним связан преобразователь 2 вихретоковый накладной, к выходу которого последовательно подключены генератор 3 параметрический высокой частоты, усилитель 4, детектор 5, катодный повторитель 6 и многоходовой аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7. Выходы АЦП последовательно связаны не менее чем с одним блоком сравнения пороговых значений сигнала. На приведенной в качестве примера схеме таких блоков сравнения три. Первый выход АЦП 7 последовательно связан с первым полосовым фильтром 8, первым быстрым преобразователем Фурье 9, первым амплитудным селектором 10, первым регистратором брака 11 и общим дисплеем ЭВМ 21. Второй выход первого амплитудного селектора 10 связан со вторым входом АЦП 7, второй выход которого последовательно связан со вторым полосовым фильтром 12, вторым быстрым преобразователем Фурье 13, вторым амплитудным селектором 14, вторым регистратором брака 15 и общим дисплеем ЭВМ 21. Второй выход второго амплитудного селектора 14 связан с третьим входом АЦП 7, третий выход которого последовательно связан с третьим полосовым фильтром 16, третьим быстрым преобразователем Фурье 17, третьим амплитудным селектором 18, третьим регистратором брака 19 и общим дисплеем ЭВМ 21. Второй выход третьего амплитудного селектора 18 связан с четвертым входом АЦП 7, четвертый выход которого связан через регистратор годных изделий 20 с общим дисплеем 21.

Работает устройство следующим образом.

В приемный лоток механического узла 1 загружаются контролируемые детали, например стальные цилиндрические ролики буксовых подшипников железнодорожного подвижного состава (диаметром 32 мм и длиной 52 мм). На ролике подлежат контролю как цилиндрическая поверхность, так и оба торца. С приемного лотка дозирующее устройство по одному подает ролики на позицию сканирования, где установлены три вихретоковых накладных преобразователя 2. Контролируемый ролик начинают вращать со скоростью 1200 об/мин и одновременно перемещают преобразователи накладные вихретоковые 2 над цилиндрической и торцевыми поверхностями ролика с зазором 0,4-0,5 мм. Преобразователь 2 в процессе сканирования считывает информацию о состоянии поверхностного слоя ролика и передает определенный сигнал в электронный блок диагностического устройства, на выходе которого установлена ЭВМ с дисплеем.

Исследованиями установлено, что различные виды дефектов контролируемой детали имеют свою полосу частот сигнала, получаемых электронным блоком от преобразователя вихретокового накладного 2. Например, крупные поверхностные дефекты и повышенная остаточная намагниченность имеют сигнал в пределах частотной полосы с пороговыми значениями f₁-f₂, мелкие поверхностные дефекты имеют сигнал в пределах частотной полосы с пороговыми значениями f₃-f₄, ожоговые пятна и другие структурные изменения имеют сигнал в пределах частотной полосы с пороговыми значениями f₅-f₆ и т.д. Предельные пороговые значения частот сигнала для различных деталей подшипника заложены в памяти ЭВМ. Они могут меняться в зависимости от требований к параметрам изделия или к условиям контроля.

Сигналы, полученные от трех (в рассматриваемом примере) преобразователей вихретоковых накладных 2, поступают в параметрический генератор высокой частоты 3, усиливаются, детектируются и поступают на первый вход аналого-цифрового преобразователя 7. Затем из первого выхода АЦП 7 сигналы последовательно поступают на первый полосовой фильтр 8, подвергаются быстрому преобразованию Фурье в блоке 9, поступают на первый амплитудный селектор 10. Если сигналы не превышают установленных пороговых значений f₁-f₂, то через второй выход первого амплитудного селектора 10 сигналы передаются на второй вход АЦП 7 и далее по второй цепочке преобразований (12, 13,) до второго амплитудного селектора 14. Если сигналы превышают установленные пороговые значения f₁-f₂, то информация с первого амплитудного селектора 10 поступает на первый регистратор брака 11 и на общий дисплей ЭВМ 21. Если во втором амплитудном селекторе 14 сигналы не превышают пороговых значений f₃- f₄, то они снова поступают в АПН 7 и далее по третьей цепочке преобразований (16, 17) в третий амплитудный селектор 18. Если во втором амплитудном селекторе 14 сигналы превышают установленные пороговые значения f₃-f₄, то они поступают на второй регистратор брака 15 и на общий дисплей ЭВМ 21. Если в третьем амплитудном селекторе 18 сигналы не превышают установленных пороговых значений f₅-f₆, то они снова поступают на АЦП 7 и оттуда на регистратор годных изделий 20 и на дисплей ЭВМ 21. Если в третьем амплитудном селекторе 18 поступившие сигналы превышают пороговые значения f₅-f₆, то они поступают на третий регистратор брака 19 и на дисплей ЭВМ 21.

ЭВМ 21 электрически связана с исполнительным сортировочным механизмом механического узла 1, который получает от нее команды на открытие лотков для годных и бракованных роликов, которые далее попадают в соответствующие кассеты.

Предлагаемый способ диагностики подшипников и их деталей и устройство для реализации способа обладают широкой универсальностью, высокой точностью и простотой осуществления технологических операций контроля.

Формула изобретения

1. Способ диагностики подшипников, включающий постановку их на измерительное устройство, обеспечивающее вращение, выявление и измерение сигналов от датчиков с контролируемой поверхности, их усиление, детектирование, преобразование, в том числе быстрое преобразование Фурье, спектрирование и сравнение с нормативными данными, заложенными в памяти ЭВМ, отличающийся тем, что обеспечивают процесс сканирования контролируемых поверхностей, сигнал формируют с помощью возбуждения в поверхностном слое изделия вихревых токов, устанавливают частотные полосы с пороговыми значениями для каждого вида дефектов, после фильтрации, преобразований и спектрирования сигнал последовательно, многократно сравнивают с заданными пороговыми значениями и судят о состоянии контролируемых параметров изделий, выбраковывая их на каждом этапе сравнения.

2. Устройство для диагностики подшипников, содержащее механический узел для загрузки, перемещения и вращения изделия, преобразователь сигналов, усилитель, фильтр частоты, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), быстрый преобразователь Фурье, определитель частоты и ЭВМ с заложенными в памяти пороговыми значениями сигналов, отличающееся тем, что механический узел дополнительно содержит устройство для обеспечения сканирования контролируемых поверхностей изделия, преобразователь выполнен вихретоковым накладным, его выход последовательно связан с параметрическим генератором высокой частоты, усилителем, детектором, катодным повторителем и многоходовым аналого-цифровым преобразователем, выходы которого последовательно связаны не менее чем с одним блоком сравнения пороговых значений сигнала, который состоит из полосового фильтра, быстрого преобразователя Фурье, амплитудного селектора, регистратора брака и годных деталей и дисплея ЭВМ.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что полосовой фильтр и амплитудный селектор каждого из блоков сравнения настроены на определенные пороговые значения частот f_n - f_m.

РИСУНКИ

Рисунок 1