Устройство для обнаружения осевого смещения подшипникового узла
Изобретение относится, в общем, к устройству обнаружения и, в частности, к устройству обнаружения для обнаружения осевого смещения подшипникового узла. Устройство для обнаружения осевого смещения подшипникового узла (9), расположенного между шпинделем (8), проходящим в осевом направлении (X), и посадочным местом (7) шпинделя, и включающего в себя два подшипника (91), отстоящие друг от друга в осевом направлении (X), каждый из которых включает в себя внешнее кольцо (92), внутреннее кольцо (93) и множество элементов (94) качения, при этом внешнее кольцо (92) каждого из подшипников (91) примыкает к внутренней поверхности посадочного места (7) шпинделя и имеет две торцевые поверхности (921), расположенные напротив друг друга в осевом направлении (X), внутреннее кольцо (93) окружено внешним кольцом (92), окружает внешнюю поверхность шпинделя (8) и примыкает к ней, а элементы (94) качения расположены между внешним кольцом (92) и внутренним кольцом (93). Устройство обнаружения включает в себя детекторный блок (1) и блок (2) управления. Детекторный блок (1) включает в себя две пары измерительных устройств (11), соответствующих, соответственно, по положению подшипникам (91). Каждое из упомянутых измерительных устройств (11) включает в себя датчик (14), который примыкает к одной из торцевых поверхностей (921) внешнего кольца (92) соответствующего одного из подшипников (91), и выводит, на основании измерения, выполненного его упомянутым датчиком (14), обнаруженный сигнал, связанный с осевым смещением упомянутой одной из торцевых поверхностей (921) внешнего кольца (92) в осевом направлении (X). Блок (2) управления соединен с возможностью связи с упомянутым детекторным блоком (1) для приема обнаруженных сигналов, соответственно, из упомянутых измерительных устройств (11) и выполнен с возможностью определения того, является ли подшипниковый узел (9) неисправным, на основании обнаруженных сигналов. Детекторный блок (1) дополнительно включает в себя кольцевой держатель (12), расположенный между этими двумя подшипниками (91) и имеющий две торцевые установочные поверхности (121), расположенные напротив друг друга в осевом направлении (X), при этом каждая из упомянутых торцевых установочных поверхностей (121) обращена к одной из торцевых поверхностей (921) соответствующего одного из подшипников (91) и выполнена с одной парой канавок (13), в которые вставлены упомянутые датчики (14) одной из упомянутых пар упомянутых измерительных устройств (11). Технический результат: создание устройства для обнаружения осевого смещения подшипникового узла с относительно высокой гибкостью, состоящего из двух соседних подшипников, и облегченной установкой измерительных устройств. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится, в общем, к устройству обнаружения и, в частности, к устройству обнаружения для обнаружения осевого смещения подшипникового узла.
Предшествующий уровень техники
Чтобы облегчить вращение шпинделя в посадочном месте шпинделя, например, как это раскрыто в патенте на полезную модель TW № 406485, множество подшипников расположены между шпинделем и посадочным местом шпинделя, причем каждый подшипник включает в себя внутренние и внешние кольца, соответственно, примыкающие к наружной поверхности шпинделя и внутренней поверхности посадочного места шпинделя. Как правило, шпиндель устанавливается с помощью устройства для механической обработки, такого как режущий инструмент на оконечном торце шпинделя. Однако внутренние и внешние кольца каждого подшипника могут со временем смещаться относительно друг друга из-за вращения шпинделя и веса устройства для механической обработки. В результате, шпиндель может отклоняться от оси, относительно которой шпиндель должен предположительно вращаться и, в конечном счете, выйти из строя.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задачей изобретения является создание устройства для обнаружения осевого смещения подшипникового узла.
Согласно одному аспекту изобретения выполнено устройство обнаружения для обнаружения осевого смещения подшипникового узла. Подшипниковый узел расположен между шпинделем, проходящим в осевом направлении, и посадочным местом шпинделя. Подшипниковый узел включает в себя по меньшей мере один подшипник, включающий в себя внешнее кольцо, внутреннее кольцо и множество элементов качения. Внешнее кольцо примыкает к внутренней поверхности посадочного места шпинделя и имеет две торцевые поверхности, расположенные напротив друг друга в осевом направлении. Внутреннее кольцо окружено внешним кольцом, окружает внешнюю поверхность шпинделя и примыкает к ней. Элементы качения расположены между внешним кольцом и внутренним кольцом. Устройство обнаружения включает в себя детекторный блок и блок управления. Детекторный блок включает в себя по меньшей мере одну пару измерительных устройств, каждое из которых включает в себя датчик, примыкающий к одной из торцевых поверхностей внешнего кольца. Каждое из измерительных устройств выводит, на основании измерения, выполняемого его датчиком, обнаруженный сигнал, связанный с осевым смещением одной из торцевых поверхностей внешнего кольца в осевом направлении. Блок управления соединен с возможностью связи с детекторным блоком для приема обнаруженных сигналов, соответственно, из измерительных устройств и выполнен с возможностью определения того, является ли подшипниковый узел неисправным, на основании обнаруженных сигналов.
Краткое описание чертежей
Другие особенности и преимущества изобретения станут очевидными в последующем подробном описании вариантов осуществления со ссылками на чертежи.
На фиг.1 схематично показан подшипниковый узел, подвергнутый обнаружению устройством обнаружения согласно варианту осуществления изобретения, вид в местном разрезе;
на фиг. 2 – блок-схема устройства обнаружения согласно варианту осуществления по фиг. 1;
на фиг. 3 – кольцевой держатель устройства обнаружения на фиг. 1, вид в перспективе;
на фиг. 4 – измененный подшипниковый узел, подвергнутый обнаружению устройством обнаружения согласно другому варианту осуществления изобретения, вид в местном разрезе; и
на фиг. 5 – блок-схема устройства обнаружения на фиг. 4.
Варианты осуществления изобретения
Как показано на фиг. 1 – 3, устройство 100 обнаружения согласно варианту осуществления изобретения предназначено для обнаружения осевого смещения подшипникового узла 9. Подшипниковый узел 9 расположен между шпинделем 8, который проходит в осевом направлении (X) и посадочным местом 7 шпинделя, и включает в себя два подшипника 91, которые отстоят друг от друга в осевом направлении (X). Каждый из подшипников 91 включает в себя внешнее кольцо 92, которое примыкает к внутренней поверхности посадочного места 7 шпинделя и имеет две торцевые поверхности 921, расположенные напротив друг друга в осевом направлении (X), внутреннее кольцо 93, которое окружено внешним кольцом 92 и окружает и примыкает к внешней поверхности шпинделя 8, и множество элементов 94 качения, расположенных между внешним кольцом 92 и внутренним кольцом 93. Следует отметить, что количество подшипников 91 может варьироваться, например, в варианте осуществления можно использовать более двух подшипников 91.
Устройство 100 обнаружения включает в себя детекторный блок 1 и блок 2 управления. Детекторный блок 1 включает в себя кольцевой держатель 12 (см. фиг. 3) и восемь измерительных устройств 11, каждый из которых включает в себя датчик 14 и усилитель 15 сигнала.
Кольцевой держатель 12 установлен между шпинделем 8 и посадочным местом 7 шпинделя, расположен между этими двумя подшипниками 91 и имеет две торцевые установочные поверхности 121, расположенные напротив друг друга в осевом направлении (X). Каждая из торцевых установочных поверхностей 121 обращена к одной из торцевых поверхностей 921 соответствующего одного из подшипников 91.
Каждые два из измерительных устройств 11, которые расположены диаметрально напротив друг друга по отношению к шпинделю 8 и которые находятся вблизи одной и той же торцевой поверхности 921 внешнего кольца 92 того же самого подшипника 9, образуют пару. Датчики 14 каждой пары измерительных устройств 11 установлены диаметрально напротив друг друга по отношению к шпинделю 8 и примыкают к одной из торцевых поверхностей 921 внешнего кольца 92 соответствующего одного из подшипников 91, и каждый датчик 14 выполнен с возможностью выполнения измерения, которое относится к подшипнику 91 (например, прямое или косвенное измерение осевого смещения упомянутой одной из торцевых поверхностей 921 в осевом направлении (X)), и вывода сигнала смещения, связанного с осевым смещением на основании его измерения.
В частности, на фиг. 1 показаны четыре датчика 14 двух пар измерительных устройств 11, в которых два левых датчика 14 одной пары измерительных устройств 11 примыкают к одной из торцевых поверхностей 921 внешнего кольца 92 левого одного из подшипников 91, и два правых датчика 14 каждой пары измерительных устройств 11 примыкают к одной из торцевых поверхностей 921 внешнего кольца 92 правого одного из подшипников 91, которая обращена к упомянутой одной из торцевых поверхностей 921 левого одного из подшипников 91. Следует отметить, что для каждого из подшипников 91 две пары датчиков 14, которые находятся рядом с ним, используются в данном варианте осуществления для обнаружения осевого смещения подшипника 91, и количество измерительных устройств 11 может варьироваться в других вариантах осуществления изобретения.
Каждая из торцевых установочных поверхностей 121 кольцевого держателя 12 выполнена с двумя парами канавок 13, в которые вставляются датчики 14 двух пар измерительных устройств 11, которые находятся рядом с и используются для обнаружения осевого смещения соответствующего одного из подшипников 91.
Усилитель 15 сигнала каждого измерительного устройства 11 электрически соединен с датчиком 14 измерительного устройства 11 и выполнен с возможностью выработки обнаруженного сигнала на основании сигнала смещения, принятого от датчика 14, например, выполняя усиление сигнала смещения. В данном варианте осуществления датчики 14 измерительных устройств 11 являются пьезоэлектрическими датчиками, и усилители 15 сигналов измерительных устройств 11 являются усилителями заряда. Каждый пьезоэлектрический датчик может воспринимать изменения силы, действующей на него в результате осевого смещения соответствующего подшипника 91, и преобразовывать изменения силы в электрические заряды, то есть сигнал смещения. В других вариантах осуществления изобретения датчики 14 могут быть датчиками смещения, и усилители 15 сигнала могут быть усилителями напряжения, и изобретение не ограничивается этим.
Блок 2 управления соединен с возможностью связи с детекторным блоком 1 для приема обнаруженных сигналов, соответственно, из измерительных устройств 11 и выполнен с возможностью определения того, является ли каждый подшипниковый узел 9 неисправным (например, того, что подшипниковый узел 9 сместился от своего заданного положения относительно шпинделя 8 и/или посадочного места 7 шпинделя) на основании обнаруженных сигналов.
В частности, блок 2 управления включает в себя четыре дифференциальных усилителя 21 и процессор 22. Следует отметить, что один дифференциальный усилитель 21 соответствует одной паре измерительных устройств 11, то есть количество дифференциальных усилителей 21 соответствует количеству пар измерительных устройств 11. Каждый из дифференциальных усилителей 21 электрически соединен с усилителями 15 сигналов соответствующей пары измерительных устройств 11 для приема из них обнаруженных сигналов и выполнен с возможностью вывода сигнала разбаланса, связанного с разностью между обнаруженными сигналами, принятыми из усилителей 15 сигналов соответствующей пары измерительных устройств 11.
Процессор 22 соединен с возможностью связи с дифференциальными усилителями 21 для приема, соответственно, из них сигналов разбаланса и выполнен с возможностью определения, для каждого из сигналов разбаланса, того, превышает ли их амплитуда заданное пороговое значение, и, когда определение, выполненное выше, является положительным, вывода предупредительного сигнала, чтобы указать на то, что один из подшипников 91, воспринятый парой измерительных устройств 11, к которым электрически подключен дифференциальный усилитель 21, вырабатывающий сигнал разбаланса, является неисправным. Можно отметить, что заданное пороговое значение может быть различным в зависимости от запросов потребителей.
В данном варианте осуществления, так как каждая из противоположных торцевых установочных поверхностей 121 кольцевого держателя 12 выполнена с двумя канавками 13 для вставления соответствующих датчиков 14, обнаружение осевых смещений двух соседних подшипников 91 можно достичь с помощью только одного кольцевого держателя 12.
На фиг. 4 и 5 показано устройство100 обнаружения согласно другому варианту осуществления, предназначенное для обнаружения осевого смещения измененного подшипникового узла 9. Вариант, который показан на фиг. 1 – 3, отличается от данного варианта тем, что в данном варианте кольцевой держатель 12 (см. фиг. 3) исключен, детекторный блок 1 включает в себя только две пары измерительных устройств 11, датчики 14 которых соответствуют по положению этим двум подшипникам 91 подшипникового узла 9, и блок 2 управления включает в себя только два дифференциальных усилителя 21, соответственно и электрически соединенных с двумя парами измерительных устройств 11. На фиг. 4 (слева) одна из торцевых поверхностей 921 внешнего кольца 92 (справа) одного из подшипников 91 образована с двумя парами канавок 13 (на фиг. 4 показана только одна пара). Датчики 14 устанавливаются посредством вставления в канавки 13 в одну (левую) из торцевых поверхностей 921 внешнего кольца 92 одного (правого) из подшипников 91, которая обращена к одной (правой) из торцевых поверхностей 921 внешнего кольца 92 другого (левого) из подшипников 91, к которым примыкают датчики 14.
Таким образом, в изобретении, благодаря измерительным устройствам 11, которые обнаруживают осевые смещения торцевых поверхностей 921 внешних колец 92 подшипников 91 в осевом направлении (X), персонал можно уведомлять с помощью предупредительного сигнала, когда амплитуда сигнала разбаланса из любого одного из дифференциальных усилителей 21 превышает заданное пороговое значение. Таким образом, персонал может своевременно отремонтировать или откалибровать подшипники 91, тем самым предотвращая повреждение шпинделя 8.
В приведенном выше описании в целях пояснения были изложены многочисленные конкретные детали для того, чтобы обеспечить полное понимание варианта осуществления. Однако специалисту в данной области будет понятно, что один или несколько других вариантов осуществления могут быть осуществлены на практике без некоторых из этих конкретных деталей. Следует также понимать, что ссылка на протяжении всего этого описания на «один вариант осуществления», «вариант осуществления», вариант осуществления с указанием порядкового номера и т.д. означает, что конкретная особенность, конструкция или характеристика может быть включена в раскрытие при его практическом осуществлении. Следует также иметь в виду, что в описании различные особенности иногда сгруппированы вместе в одном варианте осуществления, фигуре или его описании с целью упрощения раскрытия и облегчения понимания различных аспектов изобретения.
1. Устройство для обнаружения осевого смещения подшипникового узла (9), расположенного между шпинделем (8), проходящим в осевом направлении (X), и посадочным местом (7) шпинделя, и включающего в себя два подшипника (91), отстоящие друг от друга в осевом направлении (X), каждый из которых включает в себя внешнее кольцо (92), внутреннее кольцо (93) и множество элементов (94) качения, при этом внешнее кольцо (92) каждого из подшипников (91) примыкает к внутренней поверхности посадочного места (7) шпинделя и имеет две торцевые поверхности (921), расположенные напротив друг друга в осевом направлении (X), внутреннее кольцо (93) окружено внешним кольцом (92), окружает внешнюю поверхность шпинделя (8) и примыкает к ней, а элементы (94) качения расположены между внешним кольцом (92) и внутренним кольцом (93), причем упомянутое устройство обнаружения содержит:
детекторный блок (1), включающий в себя две пары измерительных устройств (11), соответствующих, соответственно, по положению подшипникам (91), причем каждое из упомянутых измерительных устройств (11) включает в себя датчик (14), который примыкает к одной из торцевых поверхностей (921) внешнего кольца (92) соответствующего одного из подшипников (91), и выводит, на основании измерения, выполненного его упомянутым датчиком (14), обнаруженный сигнал, связанный с осевым смещением упомянутой одной из торцевых поверхностей (921) внешнего кольца (92) в осевом направлении (X); и
блок (2) управления, соединенный с возможностью связи с упомянутым детекторным блоком (1) для приема обнаруженных сигналов, соответственно, из упомянутых измерительных устройств (11) и выполненный с возможностью определения того, является ли подшипниковый узел (9) неисправным, на основании обнаруженных сигналов;
причем детекторный блок (1) дополнительно включает в себя кольцевой держатель (12), расположенный между этими двумя подшипниками (91) и имеющий две торцевые установочные поверхности (121), расположенные напротив друг друга в осевом направлении (X), при этом каждая из упомянутых торцевых установочных поверхностей (121) обращена к одной из торцевых поверхностей (921) соответствующего одного из подшипников (91) и выполнена с одной парой канавок (13), в которые вставлены упомянутые датчики (14) одной из упомянутых пар упомянутых измерительных устройств (11).
2. Устройство обнаружения по п. 1, в котором упомянутые датчики (14) каждой из пар упомянутых измерительных устройств (11) установлены диаметрально противоположно друг другу по отношению к шпинделю (8) и примыкают к одной из торцевых поверхностей (921) внешнего кольца (92) соответствующего одного из подшипников (91) для выполнения измерения, которое связано с осевым смещением упомянутой одной из торцевых поверхностей (921) внешнего кольца (92).
3. Устройство обнаружения по п. 2, в котором упомянутый блок (2) управления включает в себя два дифференциальных усилителя (21), каждый из которых соединен с возможностью связи с упомянутым измерительным устройством (11) соответственно одной из упомянутых пар и выполнен с возможностью вывода сигнала разбаланса, связанного с разностью между обнаруженными сигналами, принятыми из упомянутых измерительных устройств (11) соответственно одной из упомянутых пар; и
процессор (22), соединенный с возможностью связи с упомянутыми дифференциальными усилителями (21) и выполненный с возможностью определения того, превышает ли амплитуда сигнала разбаланса заданное пороговое значение, и вывода предупредительного сигнала, чтобы указать на то, что подшипниковый узел (9) является неисправным, когда определение, выполненное таким образом, является положительным.
4. Устройство обнаружения по п. 3, в котором упомянутый датчик (14) каждого из упомянутых измерительных устройств (11) выполнен с возможностью вывода сигнала смещения на основании его измерения и каждое из упомянутых измерительных устройств (11) дополнительно включает в себя усилитель (15) сигнала, электрически соединенный с упомянутым дифференциальным усилителем (21) и упомянутым датчиком (14) упомянутого измерительного устройства (11) и выполненный с возможностью выработки обнаруженного сигнала для приема упомянутым дифференциальным усилителем (21) на основании сигнала смещения, принятого из упомянутого датчика (14).
5. Устройство обнаружения по п. 4, в котором упомянутые датчики (14) упомянутых измерительных устройств (11) представляют собой пьезоэлектрические датчики и упомянутые усилители (15) сигнала упомянутых измерительных устройств (11) представляют собой усилители заряда.
6. Устройство обнаружения по п. 1, в котором упомянутый датчик (14) каждого из упомянутых измерительных устройств (11) выполнен с возможностью вывода, на основании его измерения, сигнала смещения, который связан с осевым смещением упомянутой одной из торцевых поверхностей (921) внешнего кольца (92) соответствующего одного из подшипников (91), и
каждое из упомянутых измерительных устройств (11) дополнительно включает в себя усилитель (15) сигнала, электрически соединенный с упомянутым датчиком (14) упомянутого измерительного устройства (11) и выполненный с возможностью выработки обнаруженного сигнала на основании сигнала смещения, принятого из упомянутого датчика (14).
7. Устройство обнаружения по п. 6, в котором упомянутый датчик (14) каждого из упомянутых измерительных устройств (11) является пьезоэлектрическим датчиком и упомянутый усилитель (15) сигнала каждого из упомянутых измерительных устройств (11) является усилителем заряда.
8. Устройство обнаружения по п. 1, в котором упомянутый датчик (14) каждого из упомянутых измерительных устройств (11) является одним из пьезоэлектрического датчика и датчика смещения.
