Устройство для диагностики подшипников качения
Владельцы патента RU 2567086:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано преимущественно в различных отраслях машиностроения. Устройство содержит узел установки и крепления внутреннего кольца контролируемого подшипника на приводном валу электродвигателя, два токосъемника, преобразователь, регистрирующую аппаратуру и источник электрического напряжения, один полюс которого через первый токосъемник связан с приводным валом, второй полюс связан с преобразователем, к которому подключен второй токосъемник, выполненный с возможностью подключения к наружному кольцу контролируемого подшипника. Также оно содержит связанный с электродвигателем преобразователь частоты напряжения питания электродвигателя, источник электрического напряжения снабжен регулятором тока. Устройство также содержит основание с установленными на нем подшипниковым узлом, электродвигателем, узлом компенсации осевой нагрузки от веса электродвигателя, узлами осевой и радиальной нагрузки на контролируемый подшипник. Технический результат заключается в повышении информативности устройства при оценке работоспособности и долговечности подшипников качения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано преимущественно в различных отраслях машиностроения.
Известны устройства для оценки работоспособности подшипников качения как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации, в которых кольца контролируемого подшипника включены в электрическую цепь последовательно с источником напряжения и измерительным устройством, определяющим параметры электрического тока через подшипник (Патент РФ №1834501, дата приоритета 26.12.1989; патент РФ №2006019, дата приоритета 01.07.1991; патент РФ №2093810, дата приоритета 28.02.1996, авторы Кондорф С.Ф. и др., RU).
Однако работоспособность подшипников качения, а следовательно, их долговечность зависит от параметров трения качения: нагрузки, скорости вращения подшипника, свойства смазочного материала, температуры, обеспечивающих условия создания эластогидродинамического слоя между телами качения. В известных аналогах оценка работоспособности осуществляется без учета параметров трения качения, что свидетельствует о низкой достоверности оценки.
В качестве прототипа принято устройство для диагностики подшипников качения, содержащее выполненный с возможностью установки и закрепления внутреннего кольца контролируемого подшипника приводной вал, два токосъемника, регистрирующую аппаратуру, источник электрического напряжения, один полюс которого через первый токосъемник связан с приводным валом, а второй токосъемник выполнен с возможностью подключения к наружному кольцу контролируемого подшипника. Устройство также снабжено интегратором и степенным преобразователем, один вход которого соединен со вторым полюсом источника электрического напряжения, второй вход подключен ко второму токосъемнику, а выход связан с входом интегратора, к выходу которого подключена регистрирующая аппаратура (Патент РФ №2113699, дата приоритета 21.05.1996, дата публикации 20.06.1998, автор Подмастерьев К.В., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая информативность и ограниченная область применения из-за отсутствия элементов конструкции, обеспечивающих задание необходимых параметров трения и определение их влияния на образование эластогидродинамического слоя между телами качения.
Задачей изобретения является повышение информативности устройства при оценке работоспособности подшипников качения путем определения влияния параметров трения качения на формирование эластогидродинамического слоя на поверхностях трения.
Для решения поставленной задачи устройство для диагностики подшипников качения, содержащее узел установки и крепления внутреннего кольца контролируемого подшипника на приводном валу электродвигателя, два токосъемника, преобразователь, регистрирующую аппаратуру и источник электрического напряжения, один полюс которого через первый токосъемник связан с приводным валом, второй полюс связан с преобразователем, к которому подключен второй токосъемник, выполненный с возможностью подключения к наружному кольцу контролируемого подшипника, согласно изобретению устройство снабжено дополнительными узлами, обеспечивающими задание параметров трения качения и определение их влияния на образование эластогидродинамического слоя между телами качения, при этом устройство дополнительно содержит связанный с электродвигателем преобразователь частоты напряжения питания электродвигателя, источник электрического напряжения снабжен регулятором тока, устройство также содержит основание с установленными на нем подшипниковым узлом, электродвигателем, узлом компенсации осевой нагрузки от веса электродвигателя, узлами осевой и радиальной нагрузки на контролируемый подшипник, при этом на основании установлены две направляющие цилиндрические стойки, соединенные верхней перекладиной, на направляющих стойках с возможностью вертикального перемещения и компенсации веса установлена вертикальная платформа с электродвигателем, ось приводного вала которого расположена в одной плоскости с осями направляющих цилиндрических стоек, при этом нижние части стоек выполнены с трапециедальной резьбой и снабжены опорными гайками, над которыми установлены пружины, упирающиеся во втулки, жестко соединенные с вертикальной платформой и установленные с возможностью перемещения по направляющим стойкам, между направляющими стойками соосно приводному валу электродвигателя установлен подшипниковый узел, снабженный электроизолированным корпусом, установленным в подложке, закрепленной на основании, узел установки и крепления внутреннего кольца контролируемого подшипника на приводном валу электродвигателя образован установленной на приводном валу электродвигателя соединительной втулкой, снабженной на свободном торце внутренним резьбовым участком, в котором установлена с помощью резьбового соединения съемная приводная ось с контролируемым подшипником, подшипниковый узел выполнен с возможностью испытания подшипников с различными наружными диаметрами обойм, устанавливаемых на съемной приводной оси с упором в одно из опорных колец, концентрично установленных на дне корпуса подшипникового узла и снабженных пазом, соответствующим диаметру наружного кольца подшипника и обеспечивающим постоянство размера от верхней кромки подшипника до дна корпуса, корпус закрыт верхней крышкой, расположенной над подшипником и снабженной отверстием для заливки в корпус смазочного масла, в дне корпуса с наружной стороны выполнена выемка, в которой установлен нагреватель, закрытый нижней крышкой, токосъемник, связанный с приводным валом, установлен с возможностью контактирования с упомянутой соединительной втулкой и закреплен на платформе с электродвигателем, а второй токосъемник установлен на корпусе подшипникового узла.
Согласно изобретению, узел осевой нагрузки на контролируемый подшипник расположен над узлом компенсации осевой нагрузки от веса электродвигателя и содержит две втулки, жестко соединенные швеллером, установленные с возможностью перемещения по направляющим стойкам и опертые на распорные втулки, установленные над втулками, жестко соединенными с вертикальной платформой, между упомянутым швеллером и верхней перекладиной, соединяющей стойки, установлена пружина, передающая осевую нагрузку на контролируемый подшипник с помощью установленного в верхней перекладине винта и упомянутых распорных втулок.
Согласно изобретению, узел радиальной нагрузки на контролируемый подшипник содержит жестко установленный на основании корпус, снабженный цилиндрической полостью, в которой установлен цилиндрический упор, воздействующий на корпус подшипникового узла, при этом упор подпружинен пружиной и направляющей шайбой, установленной с возможностью перемещения в полости с помощью установленного в корпусе винта, на котором закреплен диск-указатель усилия сжатия, взаимодействующий с отпарированной линейкой, закрепленной на корпусе, а в зоне контакта упора с корпусом подшипникового узла установлена электроизолированная пластина.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для диагностики подшипников качения; на фиг. 2 - общий вид устройства: на фиг. 3 - то же, вид сбоку; на фиг. 4 узел радиальной нагрузки.
Устройство для диагностики подшипников качения содержит основание 1 с установленными на нем двумя направляющими цилиндрическими стойками 2, подшипниковым узлом 3 и узлом радиальной нагрузки 4 на контролируемый подшипник 5. На направляющих цилиндрических стойках 2 с возможностью перемещения смонтирован электродвигатель 6 с узлом установки и крепления внутреннего кольца контролируемого подшипника 5 и узлом компенсации осевой нагрузки от веса электродвигателя 6, а также смонтирован узел осевой нагрузки на контролируемый подшипник 5. Направляющие цилиндрические стойки 2 расположены параллельно и соединены жесткой верхней перекладиной 7 с помощью болтов.
Для установки электродвигателя с узлом компенсации осевой нагрузки, обеспечивающим снятие осевой нагрузки от веса электродвигателя на контролируемый подшипник 5, нижние части направляющих цилиндрических стоек 2 выполнены с трапециедальной резьбой и снабжены опорными гайками 8, над которыми установлены пружины 9, предназначенные для компенсации веса, действующего на опорные гайки. Пружины 9 уперты во втулки 10, установленные с возможностью перемещения по направляющим цилиндрическим стойкам 2. Втулки 10 жестко соединены с вертикальной платформой 11, снабженной полкой 12 и боковинами 13, непосредственно соединенными с втулками 10. На вертикальной платформе 11 установлен электродвигатель 6, ось приводного вала которого расположена в одной плоскости с осями направляющих цилиндрических стоек 2. При этом узел компенсации осевой нагрузки от веса электродвигателя образован опорными гайками 8, пружинами 9 и втулками 10, соединенными с вертикальной платформой 11, установленной с возможностью вертикального перемещения за счет перемещения опорных гаек 8 и сжатия пружин 9.
Приводной вал электродвигателя 6 снабжен узлом установки и крепления внутреннего кольца контролируемого подшипника. При этом на приводном валу электродвигателя 6 установлена соединительная втулка 14, снабженная на свободном торце внутренним резьбовым участком, в котором установлена с помощью резьбового соединения съемная приводная ось 15 с контролируемым подшипником 5.
Между направляющими цилиндрическими стойками 2 соосно приводному валу электродвигателя 6 на основании 1 установлен подшипниковый узел 3, выполненный с возможностью испытания подшипников с различными наружными диаметрами обойм, устанавливаемых на съемной приводной оси 15. Подшипниковый узел 3 содержит электроизолированный корпус 16, установленный в подложке 17, жестко закрепленной на основании 1 и снабженной средством электроизоляции (условно не показано). В корпусе 16 подшипникового узла 3, служащего масляной ванной, на дне концентрично установлены опорные кольца 18 различных типоразмеров, обеспечивающие испытания подшипников с различными наружными диаметрами обойм, устанавливаемых на съемной приводной оси 15 с упором в одно из опорных колец 18. При этом опорные кольца 18 выполнены с пазом, соответствующим диаметру наружного кольца испытуемого подшипника и обеспечивающим постоянство размера от верхней кромки подшипника до дна корпуса. Нижний торец корпуса 16 подшипникового узла 3 снабжен выполненной в дне с наружной стороны цилиндрической выемкой, в которой установлен нагреватель 19, закрытый нижней крышкой 20 с помощью винтов 21. Верхний торец корпуса 16 подшипникового узла 3 закрыт верхней крышкой 22 с возможностью заливки в корпус жидкого смазочного масла, например через отверстие, или пластичной смазки (условно не показано). Снаружи корпус подшипникового узла покрыт теплоизоляцией (условно не показано).
Устройство также содержит узлы осевой и радиальной нагрузки на контролируемый подшипник. Узел осевой нагрузки расположен над узлом компенсации осевой нагрузки от веса электродвигателя и содержит две втулки 23, жестко соединенные швеллером 24 и установленные с возможностью перемещения по направляющим цилиндрическим стойкам 2. Между указанными втулками 23 и втулками 10, жестко соединенными с боковинами 13 вертикальной платформы 11, установлены распорные втулки 25, на которые оперты втулки 23, а между швеллером 24 и верхней перекладиной 7, соединяющей направляющие стойки 2, в упорах установлена пружина 26, передающая осевую нагрузку на контролируемый подшипник 5 с помощью установленного в верхней перекладине винта 27 и распорных втулок 25. Для контроля осевой нагрузки на швеллере 24 установлена оттарированная линейка 28.
Узел радиальной нагрузки 4 содержит жестко закрепленный на основании корпус 29, снабженный цилиндрической полостью 30, в которой установлен цилиндрический упор 31, воздействующий на корпус 16 подшипникового узла 3. При этом упор 31 подпружинен пружиной 32 и направляющей шайбой 33, установленной с возможностью перемещения в полости 30 с помощью установленного в корпусе 29 винта 34, на котором закреплен диск-указатель усилия сжатия 35, взаимодействующий с отпарированной линейкой 36, закрепленной на корпусе 29. В зоне контакта упора 31 с корпусом 16 подшипникового узла 3 установлена электроизолированная пластина (условно не показано).
Приведенные узлы позволяют исследовать как отдельное влияние осевой и радиальной нагрузки, так и их совместное действие. При этом кольца контролируемого подшипника при помощи двух токосъемников 37, 38 включены в электрическую цепь, согласно приведенной на фиг. 1 блок-схема устройства, отражающей возможность диагностирования работоспособности подшипников качения с учетом параметров трения качения. Первый токосъемник 37, контактирующий с соединительной втулкой 14, через которую передается ток на внутреннее кольцо испытуемого подшипника, установлен на полке 12 вертикальной платформы 11, а второй токосъемник 38 установлен на корпусе 16 подшипникового узла 3. Согласно указанной блок-схеме, устройство содержит связанный с электродвигателем 6 преобразователь частоты напряжения питания электродвигателя 39, источник электрического напряжения 40, снабженный регулятором тока, и измерительное устройство, состоящее из стандартных изделий: преобразователя (R3) 41, ЭВМ 42 и монитора 43. При этом токосъемник 37 подключен к источнику электрического напряжения 40, связанному с преобразователем 41, к входу которого подключен второй токосъемник 38, а второй выход преобразователя соединен с ЭВМ 42, обеспечивающей запись и визуализацию амплитуды тока, проходящего через контролируемый подшипник 5, на мониторе 43.
Подготовку устройства к работе осуществляют в следующей последовательности. Первая операция предусматривает предварительную установку испытуемого подшипника 5 на соответствующую его типоразмеру съемную приводную ось 15. Для последующей установки приводной оси 15 с подшипником 5 в резьбовое отверстие соединительной втулки 14 необходимо с помощью вращения опорных гаек 8 по часовой стрелке поднять вертикальную платформу 11 с электродвигателем 6 на необходимую высоту, удобную для установки приводной оси 15 с подшипником 5 в соединительную втулку 14, при этом верхняя крышка 22 подшипникового узла должна быть расположена над подшипником.
Вторая операция заключается в опускании вертикальной платформы 11 с электродвигателем 6 до контакта с одним из опорных колец 18, причем опорные кольца, предназначенные для испытания подшипников с меньшими размерами, должны быть удалены. При этом от источника электрического напряжения 40 подается постоянное напряжение через токосъемник 37 на подшипник 5. Опускание платформы производится до тех пор, пока подшипник не коснется опорного кольца 18, а микроамперметр покажет значение тока, равное 100 мкА. В момент контакта подшипника 5 с опорным кольцом 18 осевая нагрузка на подшипник отсутствует, и указатель перемещения пружины 26 устанавливается на нулевой отметке отпарированной линейки 28.
Третья операция заключается в заливке смазочного масла в корпус 16 подшипникового узла 3 через отверстие в верхней крышке 22.
Четвертая операция предусматривает нагревание смазочного масла с помощью нагревателя 19 до требуемой температуры, задаваемой терморегулятором TP 101.
После проведения указанных операций устройство готово к работе. Работа устройства заключается в определении частоты вращения электродвигателя 6, при которой наступает формирование на поверхностях трения тел качения подшипника 5 эластогидродинамического слоя, полностью разделяющего их поверхности, при этом ток, протекающий через поверхности тел качения, отсутствует. При изменении частоты вращения электродвигателя с помощью преобразователя частоты напряжения питания электродвигателя 39, при задании разных значений осевой и радиальной нагрузок, а также их совместном действии, с помощью преобразователя R3 и ЭВМ величина амплитуды тока, протекающего через испытуемый подшипник 5, записывается на мониторе 43 в виде диаграммы, по которой определяется влияние параметров трения на формирование эластогидродинамического слоя между поверхностями тел качения. При отсутствии тока и данных параметрах качения долговечность испытуемого подшипника максимальна.
Преимущество устройства заключается в определении влияния осевой, радиальной и совместных нагрузок, а также температуры смазочного материала, степени его окисления и частоты вращения подшипника на формирование эластогидродинамического слоя на поверхностях тел качения.
1. Устройство для диагностики подшипников качения, содержащее узел установки и крепления внутреннего кольца контролируемого подшипника на приводном валу электродвигателя, два токосъемника, преобразователь, регистрирующую аппаратуру и источник электрического напряжения, один полюс которого через первый токосъемник связан с приводным валом, второй полюс связан с преобразователем, к которому подключен второй токосъемник, выполненный с возможностью подключения к наружному кольцу контролируемого подшипника, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительными узлами, обеспечивающими задание параметров трения качения и определение их влияния на образование эластогидродинамического слоя между телами качения, при этом устройство дополнительно содержит связанный с электродвигателем преобразователь частоты напряжения питания электродвигателя, источник электрического напряжения снабжен регулятором тока, устройство также содержит основание с установленными на нем подшипниковым узлом, электродвигателем, узлом компенсации осевой нагрузки от веса электродвигателя, узлами осевой и радиальной нагрузки на контролируемый подшипник, при этом на основании установлены две направляющие цилиндрические стойки, соединенные верхней перекладиной, на направляющих стойках с возможностью вертикального перемещения и компенсации веса установлена вертикальная платформа с электродвигателем, ось приводного вала которого расположена в одной плоскости с осями направляющих цилиндрических стоек, при этом нижние части стоек выполнены с трапециедальной резьбой и снабжены опорными гайками, над которыми установлены пружины, упирающиеся во втулки, жестко соединенные с вертикальной платформой и установленные с возможностью перемещения по направляющим стойкам, между направляющими стойками соосно приводному валу электродвигателя установлен подшипниковый узел, снабженный электроизолированным корпусом, установленным в подложке, закрепленной на основании, узел установки и крепления внутреннего кольца контролируемого подшипника на приводном валу электродвигателя образован установленной на приводном валу электродвигателя соединительной втулкой, снабженной на свободном торце внутренним резьбовым участком, в котором установлена с помощью резьбового соединения съемная приводная ось с контролируемым подшипником, подшипниковый узел выполнен с возможностью испытания подшипников с различными наружными диаметрами обойм, устанавливаемых на съемной приводной оси с упором в одно из опорных колец, концентрично установленных на дне корпуса подшипникового узла и снабженных пазом, соответствующим диаметру наружного кольца подшипника и обеспечивающим постоянство размера от верхней кромки подшипника до дна корпуса, корпус закрыт верхней крышкой, расположенной над подшипником и снабженной отверстием для заливки в корпус смазочного масла, в дне корпуса с наружной стороны выполнена выемка, в которой установлен нагреватель, закрытый нижней крышкой, токосъемник, связанный с приводным валом, установлен с возможностью контактирования с упомянутой соединительной втулкой и закреплен на платформе с электродвигателем, а второй токосъемник установлен на корпусе подшипникового узла.
2. Устройство для диагностики подшипников качения по п.1, отличающееся тем, что узел осевой нагрузки на контролируемый подшипник расположен над узлом компенсации осевой нагрузки от веса электродвигателя и содержит две втулки, жестко соединенные швеллером, установленные с возможностью перемещения по направляющим стойкам и опертые на распорные втулки, установленные над втулками, жестко соединенными с вертикальной платформой, между упомянутым швеллером и верхней перекладиной, соединяющей стойки, установлена пружина, передающая осевую нагрузку на контролируемый подшипник с помощью установленного в верхней перекладине винта и упомянутых распорных втулок.
3. Устройство для диагностики подшипников качения по п.1, отличающееся тем, что узел радиальной нагрузки на контролируемый подшипник содержит жестко установленный на основании корпус, снабженный цилиндрической полостью, в которой установлен цилиндрический упор, воздействующий на корпус подшипникового узла, при этом упор подпружинен пружиной и направляющей шайбой, установленной с возможностью перемещения в полости с помощью установленного в корпусе винта, на котором закреплен диск-указатель усилия сжатия, взаимодействующий с оттарированной линейкой, закрепленной на корпусе, а в зоне контакта упора с корпусом подшипникового узла установлена электроизолированная пластина.
