RU129235U1

RU129235U1 - DEVICE FOR QUALITY CONTROL OF WORKING SURFACES OF ROLLING BEARINGS

Info

Publication number: RU129235U1
Application number: RU2012155990/28U
Authority: RU
Inventors: Константин Валентинович Подмастерьев; Евгений Васильевич Пахолкин; Илья Олегович Кобзев
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Устройство для контроля качества рабочих поверхностей подшипников качения, содержащее приводной вал, выполненный с возможностью установки и закрепления внутреннего кольца испытуемого подшипника, корпус, предназначенный для фиксации наружного кольца испытуемого подшипника и его нагружения, датчик фиксации прохождения тел качения, расположенный в непосредственной близости от сепаратора подшипника, токосъемник, формирователь импульсов, источник электрического напряжения, задатчик времени измерения, высокочастотный генератор, временной селектор, три электронных ключа, три счетчика, вычислительное устройство и блок индикации, в котором один полюс источника электрического напряжения подключен к корпусу, а другой полюс через формирователь импульсов и токосъемник электрически связан с приводным валом, временной селектор первым входом подключен к формирователю импульсов, вторым входом к выходу высокочастотного генератора, а выходом через первый электронный ключ подключен ко входу первого счетчика, второй счетчик, подключен входом через второй электронный ключ к выходу формирователя импульсов, бесконтактный датчик фиксации прохождения тел качения через третий электронный ключ подключен ко входу третьего счетчика, при этом выходы первого, второго и третьего счетчиков подключены соответственно к первому, второму и третьему измерительным входам вычислительного устройства, управляющие входы электронных ключей и вычислительного устройства подключены к выходу задатчика времени измерения, входом связанного с выходом высокочастотного генератора, а блок индикации подключен к выходу вычислительного усA device for monitoring the quality of the working surfaces of rolling bearings, comprising a drive shaft made with the possibility of installing and fixing the inner ring of the test bearing, a housing designed to fix the outer ring of the test bearing and its loading, a sensor for fixing the passage of rolling elements located in the immediate vicinity of the bearing cage , current collector, pulse shaper, voltage source, measuring time adjuster, high-frequency generator, time a selector, three electronic keys, three counters, a computing device and an indication unit, in which one pole of the voltage source is connected to the housing, and the other pole is electrically connected to the drive shaft via a pulse shaper and current collector, a time selector is connected to the pulse shaper by the first input, the second input to the output of the high-frequency generator, and the output through the first electronic key is connected to the input of the first counter, the second counter is connected by the input through the second electronic key to the output pulse generator, a non-contact sensor for fixing the passage of rolling elements through the third electronic key is connected to the input of the third counter, while the outputs of the first, second and third counters are connected respectively to the first, second and third measuring inputs of the computing device, the control inputs of the electronic keys and the computing device are connected to the output of the setter of the measurement time, the input associated with the output of the high-frequency generator, and the display unit is connected to the output of the computing device

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для контроля состояния подшипников качения в процессе изготовления и эксплуатации машин и механизмов, и может найти преимущественное применение при оценке технического состояния рабочих поверхностей деталей подшипника в условиях ресурсного смазывания с учетом тепловых воздействий при трении.The utility model relates to measuring equipment, in particular, to devices for monitoring the state of rolling bearings during the manufacture and operation of machines and mechanisms, and can be used primarily for assessing the technical condition of the working surfaces of bearing parts under conditions of resource lubrication taking into account thermal effects during friction.

Существуют устройства для контроля состояния рабочих поверхностей подшипников качения, обеспечивающие измерение ряда электрических и кинематических диагностических параметров работающего подшипника за выбранный промежуток времени, по результатам сравнения значений которых с эталонными значениями осуществляется оценка состояния поверхностей.There are devices for monitoring the state of the working surfaces of rolling bearings, which provide measurements of a number of electrical and kinematic diagnostic parameters of a working bearing for a selected period of time, by comparing the values of which with reference values, the state of the surfaces is evaluated.

Известно устройство, реализующее способ контроля качества рабочих поверхностей подшипников качения, содержащее приводной вал, корпус, источник электрического напряжения, токосъемник, формирователь импульсов, временной селектор, генератор высокочастотных импульсов, два электронных ключа, счетчик длительности импульсов и бесконтактный датчик фиксации прохождения тел качения, счетчик тел качения, блок заданного времени. Устройство измеряет суммарную длительность электрических контактов и общее количество тел качения, прокатываемых относительно неподвижного кольца за установленное время, и рассчитывает отношение указанных параметров, путем сравнения которого с эталонным значением оценивается состояние рабочих поверхностей деталей подшипника (см. авторское свидетельство №1449856, МПК G01M 13/04, опубликовано 1989 г.).A device is known that implements a quality control method for the working surfaces of rolling bearings, comprising a drive shaft, a housing, an electric voltage source, a current collector, a pulse shaper, a time selector, a high-frequency pulse generator, two electronic keys, a pulse duration counter and a non-contact sensor for detecting the passage of rolling elements, a counter rolling elements, set time block. The device measures the total duration of the electrical contacts and the total number of rolling bodies rolled relative to the fixed ring for a set time, and calculates the ratio of these parameters, by comparing which with the reference value, the state of the working surfaces of the bearing parts is estimated (see copyright certificate No. 1449856, IPC G01M 13 / 04, published 1989).

Описываемое устройство контролирует состояние подшипника с учетом изменения кинематических параметров, обусловленного их износом, что положительно его характеризует. Однако используется только один расчетный параметр, по значению которого оценивается состояние рабочих поверхностей. Поэтому достоверность контроля ограничена.The described device monitors the condition of the bearing, taking into account changes in the kinematic parameters due to their wear, which characterizes it positively. However, only one design parameter is used, by the value of which the state of the working surfaces is estimated. Therefore, the reliability of the control is limited.

Известно также устройство, содержащее приводной вал, корпус, источник электрического напряжения, токосъемник, формирователь импульсов, четыре электронных ключа, таймер, генератор высокочастотных импульсов, диск с закрепленными на нем штырями, датчик фиксации угловых меток вала, датчик прохождения тел качения, пять счетчиков, микропроцессор, блок индикации и блок ввода информации (см. патент на изобретение №2006019, МПК G01M 13/04, опубликовано 1994 г.).Also known is a device containing a drive shaft, a housing, a voltage source, a current collector, a pulse shaper, four electronic keys, a timer, a high-frequency pulse generator, a disk with pins fixed to it, a sensor for fixing angular marks of the shaft, a sensor for passing rolling elements, five counters, microprocessor, display unit and information input unit (see patent for invention No. 2006019, IPC G01M 13/04, published 1994).

Устройство обеспечивает измерение ряда электрических и кинематических диагностических параметров контролируемого подшипника за установленное время измерения, среди которых: суммарная длительность металлоконтактов, максимальная длительность металлоконтакта, суммарное количество металлоконтактов, суммарное количество тел качения, суммарное количество угловых меток вала. На основе значений указанных параметров микропроцессор вычисляет комплексные диагностические параметры: величину проскальзывания тел качения, относительное суммарное время контакта тела качения, среднюю длительность металлоконтакта, относительную долю времени работы подшипника в режиме жидкостного трения. Техническое состояние подшипника оценивается по результатам сравнения совокупности вычисленных значений параметров с допустимыми значениями этих параметров для эталонного подшипника.The device provides the measurement of a number of electrical and kinematic diagnostic parameters of a monitored bearing for a specified measurement time, including: total duration of metal contacts, maximum duration of metal contacts, total number of metal contacts, total number of rolling elements, total number of shaft angle marks. Based on the values of these parameters, the microprocessor calculates complex diagnostic parameters: the amount of slip of the rolling elements, the relative total contact time of the rolling element, the average duration of the metal contact, the relative fraction of the bearing’s operating time in the fluid friction mode. The technical condition of the bearing is evaluated by comparing the totality of the calculated parameter values with the permissible values of these parameters for the reference bearing.

Достоверность оценки в данном случае возрастает за счет увеличения количества параметров, учитываемых при контроле и характеризующих состояние подшипника с различных сторон. Однако, ни один из указанных параметров в отдельности и все параметры в совокупности, объективно характеризуя техническое состояние подшипника и, в частности, его рабочих поверхностей, не имеет функциональной связи с каким-либо параметром качества поверхностных слоев деталей подшипника. Таким образом, достоверность описанного устройства также ограничена.The reliability of the assessment in this case increases due to an increase in the number of parameters taken into account during the control and characterizing the state of the bearing from different sides. However, none of these parameters individually and all parameters in aggregate, objectively characterizing the technical condition of the bearing and, in particular, its working surfaces, has a functional relationship with any quality parameter of the surface layers of the bearing parts. Thus, the reliability of the described device is also limited.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, реализующее способ контроля качества рабочих поверхностей подшипников качения (см. авторское свидетельство №1707497, МПК G01M 13/04, опубликовано 1992 г.).The closest in technical essence to the proposed device is a device that implements a method of quality control of the working surfaces of rolling bearings (see copyright certificate No. 1707497, IPC G01M 13/04, published 1992).

Известное и принятое за прототип устройство, содержит приводной вал, выполненный с возможностью установки и закрепления внутреннего кольца испытуемого подшипника, корпус, предназначенный для фиксации наружного кольца испытуемого подшипника и его нагружения, датчик фиксации прохождения тел качения, расположенный в непосредственной близости от сепаратора подшипника, токосъемник, формирователь импульсов, источник электрического напряжения, задатчик времени измерения, высокочастотный генератор, временной селектор, три электронных ключа, три счетчика, вычислительное устройство и блок индикации, в котором один полюс источника электрического напряжения подключен к корпусу, а другой полюс через формирователь импульсов и токосъемник электрически связан с приводным валом, временной селектор первым входом подключен к формирователю импульсов, вторым входом к выходу высокочастотного генератора, а выходом через первый электронный ключ подключен ко входу первого счетчика, второй счетчик, подключен входом через второй электронный ключ к выходу формирователя импульсов, бесконтактный датчик фиксации прохождения тел качения через третий электронный ключ подключен ко входу третьего счетчика, при этом выходы счетчиков подключены к измерительным входам вычислительного устройства, управляющие входы электронных ключей и вычислительного устройства подключены к выходу задатчика времени измерения, входом связанного с выходом высокочастотного генератора, а блок индикации подключен к выходу вычислительного устройства.A known and adopted as a prototype device, contains a drive shaft made with the possibility of installing and securing the inner ring of the test bearing, a housing designed to fix the outer ring of the test bearing and its loading, a sensor for fixing the passage of rolling elements located in the immediate vicinity of the bearing cage, current collector , pulse shaper, voltage source, measuring time adjuster, high-frequency generator, time selector, three electronic keys cha, three counters, a computing device and an indicating unit in which one pole of the voltage source is connected to the housing, and the other pole is electrically connected to the drive shaft through a pulse former and current collector, the time selector is connected to the pulse former by the first input, and the high-frequency output by the second input generator, and the output through the first electronic key is connected to the input of the first counter, the second counter is connected by the input through the second electronic key to the output of the pulse shaper, The contact sensor for fixing the passage of rolling elements through the third electronic key is connected to the input of the third counter, while the outputs of the meters are connected to the measuring inputs of the computing device, the control inputs of the electronic keys and the computing device are connected to the output of the measuring time adjuster, the input connected to the output of the high-frequency generator, and the unit indication connected to the output of the computing device.

В известном устройстве в течение выбранного интервала времени T измеряются: суммарная длительность электрических контактов деталей подшипника τ_Σ, их суммарное число n_к, а также количество тел качения прокатываемых относительно неподвижного кольца подшипника N. При этом качество рабочих поверхностей оценивается по результату сравнения с эталонным значением определяемой расчетным путем средней линейной протяженности дефекта L:In the known device during the selected time interval T the following are measured: the total duration of the electrical contacts of the bearing parts τ _Σ , their total number n _k , as well as the number of rolling bodies rolled relative to the stationary bearing ring N. The quality of the working surfaces is evaluated by comparing with the reference value determined by calculation of the average linear extent of the defect L:

,

где D₀ - средний диаметр подшипника; Z - число тел качения в подшипнике.where D ₀ is the average diameter of the bearing; Z is the number of rolling elements in the bearing.

Устройство за счет оценки средней линейной протяженности дефекта обеспечивает объективный контроль качества рабочих поверхностей подшипников качения.The device by evaluating the average linear extent of the defect provides objective quality control of the working surfaces of rolling bearings.

При одной и той же протяженности дефекта, однако, возможен различный характер взаимодействия рабочих поверхностей деталей подшипника в зонах трения, характеризуемый вспышками тепловыделений в зонах фактического контакта микронеровностей (микроконтакта) и приводящий к различному суммарному тепловыделению. В результате температура поверхностных слоев может достигать значений, при которых происходит изменение их структуры, термодеструкция смазочного материала и другие негативные явления, приводящие к ухудшению качества поверхности.With the same extent of the defect, however, a different nature of the interaction of the working surfaces of the bearing parts in the friction zones is possible, characterized by outbreaks of heat in the areas of actual contact of microroughness (microcontact) and leading to different total heat release. As a result, the temperature of the surface layers can reach values at which there is a change in their structure, thermal degradation of the lubricant and other negative phenomena leading to a deterioration in surface quality.

Таким образом, функциональные возможности известного устройства ограничены лишь оценкой средней линейной протяженности дефекта, устройство не обеспечивает возможности получения информации о тепловых процессах в поверхностных слоях, характеризующих их качество, поэтому достоверность контроля рабочих поверхностей подшипника известным и принятым за прототип устройством ограничена.Thus, the functionality of the known device is limited only by assessing the average linear extent of the defect, the device does not provide the ability to obtain information about thermal processes in the surface layers that characterize their quality, therefore, the reliability of the control of the working surfaces of the bearing by the known and adopted as a prototype device is limited.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в расширении функциональных возможностей устройства и повышении достоверности контроля.The technical problem solved by the utility model is to expand the functionality of the device and increase the reliability of control.

Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, - оценка технического состояния рабочих поверхностей с учетом тепловыделений в зонах трения.The technical result achieved by the claimed utility model is the assessment of the technical condition of the working surfaces, taking into account the heat in the friction zones.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем приводной вал, выполненный с возможностью установки и закрепления внутреннего кольца испытуемого подшипника, корпус, предназначенный для фиксации наружного кольца испытуемого подшипника и его нагружения, датчик фиксации прохождения тел качения, расположенный в непосредственной близости от сепаратора подшипника, токосъемник, формирователь импульсов, источник электрического напряжения, задатчик времени измерения, высокочастотный генератор, временной селектор, три электронных ключа, три счетчика, вычислительное устройство и блок индикации, в котором один полюс источника электрического напряжения подключен к корпусу, а другой полюс через формирователь импульсов и токосъемник электрически связан с приводным валом, временной селектор первым входом подключен к формирователю импульсов, вторым входом к выходу высокочастотного генератора, а выходом через первый электронный ключ подключен ко входу первого счетчика, второй счетчик, подключен входом через второй электронный ключ к выходу формирователя импульсов, бесконтактный датчик фиксации прохождения тел качения через третий электронный ключ подключен ко входу третьего счетчика, при этом выходы первого, второго и третьего счетчиков подключены, соответственно, к первому, второму и третьему измерительным входам вычислительного устройства, управляющие входы электронных ключей и вычислительного устройства подключены к выходу задатчика времени измерения, входом связанного с выходом высокочастотного генератора, а блок индикации подключен к выходу вычислительного устройства, согласно полезной модели дополнительно введены датчик температуры, четвертый электронный ключ и интегратор, при этом датчик температуры выполнен с возможностью реализации механического контакта с наружным кольцом испытуемого подшипника, интегратор через четвертый электронный ключ подключен входом к выходу датчика температуры, выходом к четвертому измерительному входу вычислительного устройства, а управляющий вход четвертого электронного ключа подключен к выходу задатчика времени измерения.The technical result is achieved by the fact that in the device containing the drive shaft, made with the possibility of installing and fixing the inner ring of the test bearing, a housing designed to fix the outer ring of the test bearing and its loading, a sensor for fixing the passage of rolling elements located in the immediate vicinity of the bearing cage , current collector, pulse shaper, voltage source, measurement time preset, high-frequency generator, time selector, three e an electronic key, three counters, a computing device and an indication unit, in which one pole of the voltage source is connected to the housing, and the other pole is electrically connected to the drive shaft through a pulse former and current collector, the time selector is connected to the pulse former by the first input, and the second input to the output high-frequency generator, and the output through the first electronic key is connected to the input of the first counter, the second counter is connected by the input through the second electronic key to the output of the driver pulses, a non-contact sensor for fixing the passage of rolling elements through the third electronic key is connected to the input of the third counter, while the outputs of the first, second and third counters are connected, respectively, to the first, second and third measuring inputs of the computing device, the control inputs of the electronic keys and the computing device are connected to the output of the setter of the measurement time, the input associated with the output of the high-frequency generator, and the display unit is connected to the output of the computing device, according to The utility model additionally introduced a temperature sensor, a fourth electronic key and an integrator, while the temperature sensor is configured to make mechanical contact with the outer ring of the test bearing, the integrator through the fourth electronic key is connected by an input to the output of the temperature sensor, by an output to the fourth measuring input of the computing device, and the control input of the fourth electronic key is connected to the output of the measuring time setter.

На чертеже показана схема предложенного устройстваThe drawing shows a diagram of the proposed device

Устройство содержит приводной вал 1, выполненный с возможностью установки и закрепления внутреннего кольца испытуемого подшипника 2, корпус 3, предназначенный для фиксации наружного кольца подшипника и его нагружения, датчик 4 фиксации прохождения тел качения, расположенный в непосредственной близости от сепаратора подшипника, токосъемник 5, формирователь 6 импульсов, источник 7 электрического напряжения, задатчик 8 времени измерения, высокочастотный генератор 9, временной селектор 10, датчик 11 температуры, выполненный с возможностью реализации механического контакта с наружным кольцом испытуемого подшипника, четыре электронных ключа 12, 13, 14, 15, три счетчика 16, 17, 18, интегратор 19, вычислительное устройство 20 и блок 21 индикации. В устройстве один полюс источника 7 электрического напряжения подключен к корпусу 3, а другой полюс через формирователь 6 импульсов и токосъемник 5 электрически связан с приводным валом 1. Временной селектор 10 первым входом подключен к формирователю 6 импульсов, вторым входом к выходу высокочастотного генератора 9, а выходом через первый электронный ключ 13 ко входу первого счетчика 17. Второй счетчик 18, подключен входом через второй электронный ключ 14 к выходу формирователя 6 импульсов. Датчик 4 фиксации прохождения тел качения через третий электронный ключ 12 подключен ко входу третьего счетчика 16, а интегратор 19 через четвертый электронный ключ 15 подключен входом к выходу датчика 11 температуры. При этом выходы счетчиков 16, 17, 18, а также интегратора 19 подключены ко входам вычислительного устройства 20, управляющие входы электронных ключей 12, 13, 14, 15 и вычислительного устройства 20 подключены к выходу задатчика 8 времени измерения, входом связанного с выходом высокочастотного генератора 9, а блок 21 индикации подключен к выходу вычислительного устройства 20.The device comprises a drive shaft 1, configured to mount and fix the inner ring of the test bearing 2, a housing 3, designed to fix the outer ring of the bearing and its loading, a sensor 4 for fixing the passage of rolling elements located in the immediate vicinity of the bearing cage, current collector 5, shaper 6 pulses, an electric voltage source 7, a measuring time adjuster 8, a high-frequency generator 9, a time selector 10, a temperature sensor 11 configured to real tion mechanical contact with the outer ring of the test bearing, four electronic keys 12, 13, 14, 15, three counters 16, 17, 18, integrator 19, the computing device 20 and the display unit 21. In the device, one pole of the voltage source 7 is connected to the housing 3, and the other pole is electrically connected to the drive shaft 1 through a pulse shaper 6 and a current collector 5. A temporary selector 10 is connected to the pulse shaper 6 by a first input and a high-frequency generator 9 as a second input, and the output through the first electronic key 13 to the input of the first counter 17. The second counter 18, connected by input through the second electronic key 14 to the output of the pulse shaper 6. The sensor 4 for fixing the passage of rolling elements through the third electronic key 12 is connected to the input of the third counter 16, and the integrator 19 through the fourth electronic key 15 is connected by the input to the output of the temperature sensor 11. The outputs of the counters 16, 17, 18, as well as the integrator 19 are connected to the inputs of the computing device 20, the control inputs of the electronic keys 12, 13, 14, 15 and the computing device 20 are connected to the output of the setter 8 of the measurement time, the input associated with the output of the high-frequency generator 9, and the display unit 21 is connected to the output of the computing device 20.

Устройство работает следующим образом. Внутреннее кольцо испытуемого подшипника 2 приводится во вращение с помощью приводного вала 1. Подшипник нагружается заданной радиальной силой F_r. При работе подшипника вследствие различных поверхностных эффектов и гидродинамического эффекта между его телами качения и кольцами возникает устойчивые поверхностные пленки и пленки смазочного материала, препятствующие металлическому контактированию деталей. Толщина пленки в зонах трения непрерывно флуктуирует, возможны кратковременные местные разрушения пленки в контактах более высоких микронеровностей - микроконтакты. Смазочный материал обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, поэтому при микроконтактировании в подшипнике электрическое сопротивление между его кольцами резко уменьшается (на несколько порядков), а ток в цепи, содержащей последовательно соединенные корпус 3, подшипник 2, вал 1, токосъемник 5, формирователь 6 импульсов (представляет собой пороговое токовое устройство), и источник 7 электрического напряжения увеличивается. Таким образом, металлическому контактированию деталей подшипника соответствуют импульсы тока в цепи, длительность которых соответствует времени микроконтактирования. В результате на выходе формирователя 6 импульсов формируется импульс напряжения с амплитудой, соответствующей уровню «лог.1» и длительностью, равной длительности электрического контактирования деталей подшипника.The device operates as follows. The inner ring of the test bearing 2 is driven by the drive shaft 1. The bearing is loaded with a predetermined radial force F _r . During the operation of the bearing due to various surface effects and the hydrodynamic effect between its rolling bodies and rings, stable surface films and lubricant films arise, which prevent metal contact of parts. The film thickness in the friction zones fluctuates continuously, short-term local destruction of the film in contacts of higher microroughness is possible - microcontacts. The lubricant has a high electrical resistivity, therefore, when microcontacting in the bearing, the electrical resistance between its rings sharply decreases (by several orders of magnitude), and the current in the circuit containing the housing 3 connected in series, bearing 2, shaft 1, current collector 5, pulse shaper 6 ( represents a threshold current device), and the voltage source 7 is increased. Thus, the metal contacting of the bearing parts corresponds to current pulses in the circuit, the duration of which corresponds to the time of microcontacting. As a result, a voltage pulse with an amplitude corresponding to the level of "log.1" and a duration equal to the duration of electrical contacting of the bearing parts is formed at the output of the pulse shaper 6.

Импульсы напряжения с формирователя 6 импульсов поступают на первый вход временного селектора 10, и через второй электронный ключ 14 на вход второго счетчика 18, который определяет их количество n_к, т.е. суммарное число электрических контактов деталей подшипника.The voltage pulses from the pulse shaper 6 are supplied to the first input of the temporary selector 10, and through the second electronic switch 14 to the input of the second counter 18, which determines their number n _k , i.e. the total number of electrical contacts of the bearing parts.

На второй вход временного селектора 10 поступают импульсы с высокочастотного генератора 9. Временной селектор выполняет функцию логического умножения, поэтому высокочастотные импульсы с генератора 9 проходят через него на первый электронный ключ 13 и затем на первый счетчик 17 только при наличии на его первом входе «лог.1» то есть только при электрическом контактировании деталей подшипника. Счетчик 17 определяет суммарное число импульсов n_r, которое при неизменном периоде импульсов высокочастотного генератора 9 (T_r) пропорционально суммарной длительности электрических контактов деталей подшипника τ_Σ=n_r·T_r·.The second input of the temporary selector 10 receives pulses from the high-frequency generator 9. The temporary selector performs the function of logical multiplication, therefore, the high-frequency pulses from the generator 9 pass through it to the first electronic key 13 and then to the first counter 17 only if there is a "log." 1 ”, that is, only with electrical contact of the bearing parts. The counter 17 determines the total number of pulses n _r , which with a constant pulse period of the high-frequency generator 9 (T _r ) is proportional to the total duration of the electrical contacts of the bearing parts τ _Σ = n _r · T _r ·.

Датчик 4 фиксации прохождения тел качения вырабатывает импульсы напряжения при прохождении мимо него тел качения подшипника. Эти импульсы через третий электронный ключ 12 поступают на третий счетчик 16, который определяет их количество, т.е. общее количество тел качения N прокатываемых относительно неподвижного кольца.The sensor 4 for fixing the passage of rolling elements generates voltage pulses when passing the rolling elements of the bearing. These pulses through the third electronic key 12 are supplied to the third counter 16, which determines their number, i.e. the total number of rolling bodies N rolled relative to the fixed ring.

Датчик 11 температуры, находящийся в механическом контакте с наружным кольцом испытуемого подшипника, на выходе формирует электрический сигнал, несущий информацию о температуре наружного кольца. Этот сигнал через четвертый электронный ключ 15 поступает на вход интегратора 19, который реализует функцию усреднения мгновенных значений сигнала с датчика температуры и формирует на выходе сигнал, пропорциональный средней температуры наружного кольца подшипника θ_нк.The temperature sensor 11, which is in mechanical contact with the outer ring of the test bearing, generates an electrical signal at the output that carries information about the temperature of the outer ring. This signal through the fourth electronic key 15 is fed to the input of the integrator 19, which implements the function of averaging the instantaneous values of the signal from the temperature sensor and generates at the output a signal proportional to the average temperature of the outer ring of the bearing θ _nk .

Задатчик 8 времени измерения управляет работой устройства. На основе импульсов высокочастотного генератора 9 задатчик 8 времени измерения формирует импульс напряжения длительностью, равной выбранному времени контроля Т, который, поступая на управляющие входы вычислительного устройства 20 и электронных ключей 12, 13, 14 и 15, открывает их одновременно для прохождения импульсов на счетчики 16, 17, 18, а также электрического сигнала на интегратор 19. Таким образом, счетчики 16, 17, 18 формируют и направляют на соответствующие измерительные входы вычислительного устройства 20 сигналы, несущие информацию об измеряемых значениях, соответственно, N, τ_Σ, n_к, а интегратор 19 - о значении θ_нк за заданный интервал времени T.The meter 8 of the measurement time controls the operation of the device. Based on the pulses of the high-frequency generator 9, the measuring time adjuster 8 generates a voltage pulse with a duration equal to the selected monitoring time T, which, entering the control inputs of the computing device 20 and electronic keys 12, 13, 14 and 15, opens them simultaneously for passing pulses to the counters 16 , 17, 18, as well as an electrical signal to the integrator 19. Thus, the counters 16, 17, 18 form and send to the corresponding measuring inputs of the computing device 20 signals carrying information about the measurement Mykh values, respectively, N, τ _Σ, n _k, and the integrator 19 - value of θ _nc over a predetermined time interval T.

Вычислительное устройство 20 определяет диагностический параметр θ_max, характеризующий максимальную температуру поверхностного слоя, согласно выражению:The computing device 20 determines a diagnostic parameter θ _max characterizing the maximum temperature of the surface layer, according to the expression:

где F_r - радиальная нагрузка на подшипник; f_т - коэффициент сухого трения пары материал кольца подшипника - материал тела качения подшипника; L=τ_Σ·N·π·D₀/n_к·(Z·Т) - средняя линейная протяженность дефекта; Ψ_V - коэффициент, характеризующий влияние смазочного материала:where F _r is the radial load on the bearing; f _t - dry friction coefficient of a pair of material of the bearing ring - material of the rolling element of the bearing; L = τ _Σ · N · π · D ₀ / n _k · (Z · Т) is the average linear extent of the defect; Ψ _V - coefficient characterizing the effect of the lubricant:

;

m_к - масса наружного кольца подшипника; c - теплоемкость материала подшипника; m_см - масса закладываемого в подшипник смазочного материала; c_см - теплоемкость смазочного материала; a - коэффициент температуропроводности материала подшипника; λ - коэффициент теплопроводности материала подшипника; A_a - номинальная площадь пятна контакта наиболее нагруженного тела качения с наружным кольцом:m _to - the mass of the outer ring of the bearing; c is the heat capacity of the bearing material; m _cm is the mass of the lubricant laid in the bearing; c _cm is the heat capacity of the lubricant; a is the coefficient of thermal diffusivity of the bearing material; λ is the coefficient of thermal conductivity of the bearing material; A _a is the nominal area of the contact spot of the most loaded rolling element with the outer ring:

;

µ, ν - справочные коэффициенты, зависящие от геометрии контактирующих элементов; ε, E - приведенные коэффициент Пуассона и модуль упругости второго рода материала наружного кольца подшипника; Σρ - сумма кривизн поверхностей тела качения и наружного кольца подшипника; σ_Т - предел текучести материала подшипника; ν_CK - скорость относительного перемещения тела качения и наружного кольца при микропроскальзывании:µ, ν — reference coefficients depending on the geometry of the contacting elements; ε, E - reduced Poisson's ratio and elastic modulus of the second kind of the material of the outer ring of the bearing; Σρ is the sum of the curvatures of the surfaces of the rolling body and the outer ring of the bearing; σ _T - yield stress of the bearing material; ν _CK is the speed of the relative movement of the rolling body and the outer ring during microslip:

;

D_ш - диаметр тела качения; α - угол контакта в подшипнике; n_в - частота вращения внутреннего кольца.D _W - the diameter of the rolling body; α is the contact angle in the bearing; n _in - the frequency of rotation of the inner ring.

Результаты расчета θ_max индицируются с помощью блока 21 индикации, подключенного к выходу вычислительного устройства 20.The calculation results θ _{max are} indicated using the display unit 21 connected to the output of the computing device 20.

Таким образом, предлагаемое устройство путем измерения параметров: средняя температура наружного кольца подшипника θ_нк, суммарное число электрических контактов деталей подшипника n_к, суммарная длительность электрических контактов деталей подшипника τ_Σ и общее количество тел качения N, прокатываемых относительно неподвижного кольца за заданный, интервал времен, при использовании априорной информации о режимах работы подшипника и ряде его конструктивных параметров, характеризующих геометрические размеры и форму рабочих поверхностей деталей, свойства конструкционных и смазочных материалов, определяет диагностический параметр θ_max, характеризующий максимальную температуру поверхностных слоев деталей подшипника.Thus, the proposed device by measuring parameters: the average temperature of the outer ring of the bearing θ _nk , the total number of electrical contacts of the bearing parts n _k , the total duration of the electrical contacts of the bearing parts τ _Σ and the total number of rolling elements N rolled relative to the fixed ring for a given time interval when using a priori information about the operating modes of the bearing and a number of its design parameters characterizing the geometric dimensions and shape of the working surfaces s parts and structural properties of lubricants, determines a diagnostic parameter θ _max, characterizes the maximum temperature of the surface layers of bearing components.

Пример. Контролируется радиальный шарикоподшипник типа 7000101 (ГОСТ 8338-75), смазанный смазочным материалом МС-20. Материал подшипника - сталь ШХ-15. Внутреннее кольцо испытуемого подшипника 2 с помощью приводного вала 1 вращается с частотой 710 мин^-1. Через корпус 3 подшипник нагружается радиальной силой F_r=500 H. За время контроля T=10 с устройством измеряется: среднее значение температуры наружного кольца θ_нк=-24,2°C, суммарная длительность электрических контактов деталей подшипника τ_Σ=0,00318 с, суммарное число электрических контактов деталей подшипника n_к=48, а также общее количество тел качения, прокатываемых относительно неподвижного (наружного) кольца подшипника N=352. На основании обработки результатов измерения вычислительным устройством 20 с учетом сведений о значениях конструктивных параметров подшипника (D₀=0,02 м, D_ш=4,763·10^-3 м, α=0⁰, Z=8, Σρ=444,1 м^-1, µ=1,48, ν=0,718), сведений о механических характеристиках материала подшипника (ε=0,3, E=2,08 ГПа σ_T=390 МПа), сведений о теплофизических характеристиках материала подшипника и смазочного материала (c=462 Дж/(кг·К), λ=45,5 Вт/(м·К), ρ=7812 кг/м³, a=1,26·10^-5 м²/с, с_см=1,9·10³ Дж/(кг·К)), а также сведений о массе наружного кольца (m=7.8·10^-3кг) и массе закладываемого в подшипник смазочного материала (m_см=2·10^-3 кг) рассчитывается значение параметра, характеризующего максимальную температуру поверхностного слоя θ_max=452,1⁰C, которое индицируется блоком 21 индикации. При этом средняя линейная протяженность дефекта составляет L₁=1,8·10^-5 м.Example. The radial ball bearing of type 7000101 (GOST 8338-75), lubricated with lubricant MS-20, is controlled. Bearing material - steel ШХ-15. The inner ring of the test bearing 2 using the drive shaft 1 rotates with a frequency of 710 min ^-1 . Through the housing 3, the bearing is loaded with a radial force F _r = 500 H. During the monitoring time T = 10, the device measures: the average value of the outer ring temperature θ _nk = -24.2 ° C, the total duration of the electrical contacts of the bearing parts τ _Σ = 0.00318 s, the total number of electrical contacts of the bearing parts n _k = 48, as well as the total number of rolling bodies rolled relative to the stationary (outer) bearing ring N = 352. Based on the processing of the measurement results by the computing device 20, taking into account information about the values of the structural parameters of the bearing (D ₀ = 0.02 m, D _W = 4.763 · 10 ^-3 m, α = 0 ⁰ , Z = 8, Σρ = 444.1 m ^-1 , µ = 1.48, ν = 0.718), information on the mechanical characteristics of the bearing material (ε = 0.3, E = 2.08 GPa σ _T = 390 MPa), information on the thermophysical characteristics of the bearing material and lubricant ( c = 462 J / (kg · K), λ = 45.5 W / (m · K), ρ = 7812 kg / m ³ , a = 1.26 · 10 ^-5 m ² / s, s _cm = 1 , 9 · 10 ³ J / (kg · K)), as well as information about the mass of the outer ring (m = 7.8 · 10 ^-3 kg) and the mass of the lubricant placed in the bearing rial (m _cm = 2 · 10 ^-3 kg), the value of the parameter characterizing the maximum temperature of the surface layer θ _max = 452.1 ⁰ C, which is indicated by the display unit 21, is calculated. Moreover, the average linear extent of the defect is L ₁ = 1.8 · 10 ^-5 m.

Значение параметра θ_max, определяемого предложенным устройством, объективно характеризует тепловые процессы в зонах трения, условия и режимы взаимодействия микронеровностей и, следовательно, качество рабочих поверхностей подшипника. Предлагаемое устройство, обладая положительными качествами прототипа, оценивает, в отличие от него, состояние рабочих поверхностей подшипника с учетом тепловыделений в зонах трения по параметру, характеризующему максимальную поверхностную температуру, что позволит расширить функциональные возможности устройства и существенно повысить достоверность контроля.The value of the parameter θ _max determined by the proposed device objectively characterizes the thermal processes in the friction zones, the conditions and modes of interaction of microroughnesses and, consequently, the quality of the working surfaces of the bearing. The proposed device, having the positive qualities of the prototype, evaluates, in contrast to it, the state of the bearing working surfaces, taking into account heat generation in the friction zones, according to a parameter characterizing the maximum surface temperature, which will expand the functionality of the device and significantly increase the reliability of control.

Это подтверждает достижение технического результата и решение поставленной задачи полезной модели.This confirms the achievement of the technical result and the solution of the problem of the utility model.

Claims

A device for monitoring the quality of the working surfaces of rolling bearings, comprising a drive shaft made with the possibility of installing and securing the inner ring of the test bearing, a housing designed to fix the outer ring of the test bearing and its loading, a sensor for fixing the passage of rolling elements located in the immediate vicinity of the bearing cage , current collector, pulse shaper, voltage source, measuring time preset, high-frequency generator, time a selector, three electronic keys, three counters, a computing device and an indication unit, in which one pole of the voltage source is connected to the housing, and the other pole is electrically connected to the drive shaft through a pulse former and current collector, the time selector is connected to the pulse former by the first input, the second input to the output of the high-frequency generator, and the output through the first electronic key is connected to the input of the first counter, the second counter is connected by the input through the second electronic key to the output pulse generator, a non-contact sensor for fixing the passage of rolling elements through the third electronic key is connected to the input of the third counter, while the outputs of the first, second and third counters are connected respectively to the first, second and third measuring inputs of the computing device, the control inputs of electronic keys and computing device are connected to the output of the setter of the measurement time, the input associated with the output of the high-frequency generator, and the display unit is connected to the output of the computing device trie, characterized in that it additionally includes a temperature sensor, a fourth electronic key and an integrator, while the temperature sensor is made with the possibility of mechanical contact with the outer ring of the test bearing, the integrator through the fourth electronic key is connected to the output of the temperature sensor, the output to the fourth measuring input of the computing device, and the control input of the fourth electronic key is connected to the output of the measuring time setter.