RU2407999C1 - Способ оценивания технического состояния подшипников - Google Patents
Способ оценивания технического состояния подшипников Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407999C1 RU2407999C1 RU2009142141/28A RU2009142141A RU2407999C1 RU 2407999 C1 RU2407999 C1 RU 2407999C1 RU 2009142141/28 A RU2009142141/28 A RU 2009142141/28A RU 2009142141 A RU2009142141 A RU 2009142141A RU 2407999 C1 RU2407999 C1 RU 2407999C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bearing
- signal
- correlation function
- bearings
- electric motor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для испытаний пар трения, например подшипников качения и скольжения. Технический результат - повышение точности оценивания характеристик подшипников вследствие учета в режиме колебаний случайных изменений момента силы трения при изменениях скорости и угла поворота ротора, обусловленных дефектами, во всем диапазоне изменения скоростей движения и углов поворота. Способ оценивания технического состояния подшипников заключается в том, что внешнюю обойму подшипника зажимают металлическим стержнем, а внутреннее кольцо приводят в движение с помощью электрического двигателя, измеряют угловую скорость электрического двигателя, преобразуют создаваемые подшипником акустические колебания в электрический сигнал с помощью микрофона, выполняют обработку электрических сигналов с помощью микроконтроллера и определяют принадлежность измеренных параметров областям исправного и неисправного состояний. При этом обработку электрических сигналов производят путем вычисления взаимной корреляционной функции сигнала, пропорционального скорости колебательного движения, и сигнала, пропорционального уровню акустических колебаний. 3 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной и испытательной технике и предназначено для использования при контроле подшипников качения, скольжения и подшипниковых узлов в приборостроении, машиностроении и электромашиностроении.
Известен способ оценивания технического состояния подшипников, при котором нагружают один из элементов пары, например кольцо подшипника, радиальной силой, а другой элемент, например другое кольцо подшипника, вращают с постоянной скоростью с помощью привода, и регистрируют момент трения по показаниям электромагнитного тормоза (А.с. №1293576 (СССР). Прибор для определения статического и кинетического трения подшипника / Е.Б.Гозман, Н.Е.Жуков, В.Г.Стрельников. - Опубл. 28.02.87. Бюл. №8, МПК G01N 19/02).
Известен способ оценивания технического состояния подшипников, при котором нагружают один из элементов пары радиальной силой, а другой элемент вращают с постоянной рабочей частотой, изменяют направление действия радиальной силы в направлении вращения вначале с частотой, равной частоте вращения элемента пары, а затем с частотой, равной нулю, при каждой частоте измеряют среднеквадратическое значение переменной составляющей и среднее значение нормированного интегрального времени электрического контактирования в паре трения, и оценивают диссипативную характеристику по значениям квадрата отношения среднеквадратического значения переменной составляющей к среднему значению указанного параметра при каждой частоте изменения направления действия радиальной нагрузки (Патент РФ №2168712, МПК G01M 13/00, 13/04. Способ контроля качества подшипников качения / К.В.Подмастерьев. - Опубл. 10.06.2001).
При реализации известных способов диссипативные характеристики пар трения: момент силы трения или коэффициент трения оценивается при вращении одного из элементов пары с постоянной скоростью. Однако известно, что сила трения при наличии смазки зависит от скорости перемещения, температуры окружающей среды, состояния поверхностей, продолжительности работы, а также других факторов и имеет случайный характер (Сосновский Л.А., Махутов Н.А., Шуринов В.А. Фрикционно-механическая усталость: Основные закономерности / Заводская лаборатория, 1992, №9. - С.46-63). Поэтому измерение диссипативных характеристик при одной скорости движения не позволяет получить достоверной информации о диссипативных характеристиках пар трения при изменяющихся скоростях, соответствующих реальным условиям работы. Следовательно, известные способы не обеспечивают высокой точности определения диссипативных характеристик пар трения.
Из известных наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ оценивания технического состояния подшипников, при котором внешнюю обойму подшипника зажимают металлическим стержнем, а внутреннее кольцо приводят в движение с помощью электрического двигателя, измеряют скорость движения электрического двигателя, преобразуют создаваемые подшипником акустические колебания в электрический сигнал и выполняют обработку электрических сигналов, определяют принадлежность измеренных параметров областям исправного и неисправного состояний, при этом обработку электрических сигналов производят путем вычисления спектра акустического сигнала и сравнением полученного спектра с эталонным (Акутин М.В., Ваньков Ю.В., Кондратьев А.В., Петрушенко Ю.А. Оценка технического состояния подшипников качения виброакустическим методом // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2009, №2. - С.55-57).
При реализации известного способа обеспечивается безразборный контроль подшипников с помощью анализа спектров шумовых сигналов, создаваемых подшипниками при вращении с постоянной скоростью. Так как сила трения при наличии смазки зависит от скорости перемещения, температуры окружающей среды, состояния поверхностей, продолжительности работы, а также других факторов и имеет случайный характер, то измерение диссипативных характеристик при одной скорости движения не позволяет получить достоверной информации о диссипативных характеристиках пар трения при изменяющихся скоростях, соответствующих реальным условиям работы. Следовательно, известный способ не обеспечивают высокой точности оценивания технического состояния подшипников.
Следовательно, недостаток известного способа оценивания технического состояния подшипников - низкая точность измерений.
Цель предлагаемого изобретения - повышение точности измерений.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе оценивания технического состояния подшипников, при котором внешнюю обойму подшипника зажимают металлическим стержнем, а внутреннее кольцо приводят в движение с помощью электрического двигателя, измеряют угловую скорость электрического двигателя, преобразуют создаваемые подшипником акустические колебания в электрический сигнал, выполняют обработку электрических сигналов и определяют принадлежность измеренных параметров областям исправного и неисправного состояний, дополнительно движение внутреннего кольца подшипника осуществляют в виде колебаний гармонической формы, а обработку электрических сигналов производят путем вычисления взаимной корреляционной функции сигнала, пропорционального скорости колебательного движения, и сигнала, пропорционального уровню акустических колебаний, и определяют принадлежность вычисленной корреляционной функции допустимым областям исправного и неисправного состояний.
По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое техническое решение имеет следующие новые операции:
- движение внутреннего кольца подшипника осуществляют в виде колебаний гармонической формы;
- обработку электрических сигналов производят путем вычисления взаимной корреляционной функции сигнала, пропорционального скорости колебательного движения, и сигнала, пропорционального уровню акустических колебаний;
- определяют принадлежность вычисленной корреляционной функции допустимым областям исправного и неисправного состояний.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».
При реализации предлагаемого изобретения повышается точность оценивания технического состояния подшипников за счет анализа шумовых характеристик в широком диапазоне частот и зависимости шумового излучения от угловой скорости.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».
По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики и электропривода.
Операция движения внутреннего кольца подшипника в виде колебаний гармонической формы используется в известном способе аналогичного назначения (Патент РФ №2360231, МПК G01M 3/04, G01N 19/02. - Опубл. 27.06.09. Бюл.№18).
Операция обработки электрических сигналов путем вычисления взаимной корреляционной функции сигнала, пропорционального скорости колебательного движения, и сигнала, пропорционального уровню акустических колебаний, в известных способах аналогичного назначения также не обнаружена.
Операция определения принадлежности вычисленной корреляционной функции допустимым областям исправного и неисправного состояний в известных способах аналогичного назначения также не обнаружена.
Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом, на котором обозначено: 1 - датчик угловой скорости двигателя; 2 - электродвигатель, 3 - блок управления двигателем; 4 - станина для крепления подшипникового вала; 5 - испытуемый подшипник; 6 - металлический стержень; 7 - микрофон; 8 - микроконтроллер; 9 - монитор.
В соответствии с предлагаемым способом оценивания технического состояния подшипников внешнюю обойму подшипника 5 зажимают металлическим стержнем 6, а внутреннее кольцо подшипника 5 приводят в движение с помощью электрического двигателя 2, измеряют угловую скорость электрического двигателя с помощью датчика угловой скорости 1, преобразуют создаваемые подшипником 5 акустические колебания в электрический сигнал, выполняют обработку электрических сигналов и определяют принадлежность измеренных параметров областям исправного и неисправного состояний, при этом движение внутреннего кольца подшипника 5 осуществляют в виде колебаний гармонической формы, а обработку электрических сигналов производят путем вычисления взаимной корреляционной функции сигнала, пропорционального скорости колебательного движения, и сигнала, пропорционального уровню акустических колебаний, и определяют принадлежность вычисленной корреляционной функции допустимым областям исправного и неисправного состояний.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Блок управления 3 формирует периодическое напряжение питания электрического двигателя 2, при котором обеспечивается колебательное движение его ротора по гармоническому закону с угловой скоростью:
Ω(t)=Ωм sinωt,
где Ωм - амплитудное значение скорости;
ω - частота.
Внутреннее кольцо подшипника 5 при этом также совершает вынужденные гармонические колебания. Акустический шум ξ(t), создаваемый подшипником 5, преобразуется в электрический сигнал с помощью измерительного микрофона 7. Этот сигнал поступает на первый вход микроконтроллера 8, на втором входе которого действует выходной сигнал датчика угловой скорости двигателя 2. Микроконтроллер 8 выполняет следующие процедуры:
- аналого-цифровое преобразование выходных сигналов датчика угловой скорости двигателя 1 и измерительного микрофона 7;
- вычисление взаимной корреляционной функции Rξη(τ)сигналов Ω(t) и ξ(t);
- определение принадлежности взаимной корреляционной функции Rξη(τ) областям исправного и неисправного технического состояния;
- формирование графического изображения взаимной корреляционной функции и информационного сообщения о состоянии подшипника для монитора 9.
При исправном техническом состоянии шум подшипника имеет случайный характер и практически не зависит от изменений скорости внутреннего кольца Ω(t), т.е. угловая скорость и акустический шум подшипника не коррелированы. Примерный вид взаимной корреляционной функции Rξη(τ) в этом случае показан на фиг.2.
При наличии неисправностей подшипника, например разрушении обоймы, увеличении диссипативных характеристик и др., случайный акустический шум зависит от скорости и направления вращения. Взаимная корреляционная функция при этом содержит периодическую составляющую и имеет большее по сравнению с корреляционной функцией для исправного подшипника максимальное значение (фиг.3). По виду взаимной корреляционной функции можно определить вид неисправности подшипника.
Измерения, выполненные при различных значениях амплитуды и частоты колебательного движения и моментов нагрузки, создаваемых стержнем, позволяют построить портреты состояния подшипника и определить зависимость диссипативных характеристик от параметров движения.
Таким образом, для оценивания технического состояния подшипников используются результаты измерений двух переменных угловой скорости и акустического шума, создаваемого подшипником, а вычислительная процедура состоит в определении корреляционной функции. При этих условиях обеспечивается высокая точность определения состояния подшипника, т.к. измерения производятся при переменной скорости движения.
Опытная проверка предлагаемого способа оценивания технического состояния подшипников, выполненная с использованием подшипников качения №27 с наружным диаметром внешнего кольца 22 мм и посадочным диаметром внутреннего кольца 7 мм, подтвердила его эффективность.
Таким образом, использование известного способа оценивания технического состояния подшипников, при котором внешнюю обойму подшипника зажимают металлическим стержнем, а внутреннее кольцо приводят в движение с помощью электрического двигателя, измеряют угловую скорость электрического двигателя, преобразуют создаваемые подшипником акустические колебания в электрический сигнал, выполняют обработку электрических сигналов и определяют принадлежность измеренных параметров областям исправного и неисправного состояний, дополнительно осуществляют движение внутреннего кольца подшипника в виде колебаний гармонической формы, обработку электрических сигналов производят путем вычисления взаимной корреляционной функции сигнала, пропорционального скорости колебательного движения, и сигнала, пропорционального уровню акустических колебаний и определения принадлежности вычисленной корреляционной функции допустимым областям исправного и неисправного состояний, позволяет повысить точность измерений.
Использование предлагаемого способа в приемочных и научно-исследовательских испытаниях подшипников позволит повысить точность и эффективность оценки их технического состояния.
Claims (1)
- Способ оценивания технического состояния подшипников, при котором внешнюю обойму подшипника зажимают металлическим стержнем, а внутреннее кольцо приводят в движение с помощью электрического двигателя, измеряют угловую скорость электрического двигателя, преобразуют создаваемые подшипником акустические колебания в электрический сигнал, выполняют обработку электрических сигналов и определяют принадлежность измеренных параметров областям исправного и неисправного состояний, отличающийся тем, что дополнительно движение внутреннего кольца подшипника осуществляют в виде колебаний гармонической формы, обработку электрических сигналов производят путем вычисления взаимной корреляционной функции сигнала, пропорционального скорости колебательного движения, и сигнала, пропорционального уровню акустических колебаний, и определяют принадлежность вычисленной корреляционной функции допустимым областям исправного и неисправного состояний.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009142141/28A RU2407999C1 (ru) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Способ оценивания технического состояния подшипников |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009142141/28A RU2407999C1 (ru) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Способ оценивания технического состояния подшипников |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2407999C1 true RU2407999C1 (ru) | 2010-12-27 |
Family
ID=44055867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009142141/28A RU2407999C1 (ru) | 2009-11-16 | 2009-11-16 | Способ оценивания технического состояния подшипников |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2407999C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2659101C1 (ru) * | 2017-06-05 | 2018-06-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Способ определения момента трения в подшипниках качения |
-
2009
- 2009-11-16 RU RU2009142141/28A patent/RU2407999C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АКУТИН М.В., ВАНЬКОВ Ю.В., КОНДРАТЬЕВ А.В., ПЕТРУШЕНКО Ю.А. Оценка технического состояния подшипников качения виброакустическим методом. / Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2009, №2, с.55-57. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2659101C1 (ru) * | 2017-06-05 | 2018-06-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Способ определения момента трения в подшипниках качения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nabhan et al. | Bearing fault detection techniques-a review | |
| Bianchini et al. | Fault detection of linear bearings in brushless AC linear motors by vibration analysis | |
| WO2011081085A1 (ja) | 転がり軸受の異常診断装置、風力発電装置および異常診断システム | |
| Dube et al. | Vibration based condition assessment of rolling element bearings with localized defects | |
| Kharche et al. | Review of fault detection in rolling element bearing | |
| JP2017219469A (ja) | 状態監視装置及び状態監視方法 | |
| WO2008117765A1 (ja) | 極低速回転機械の異常診断方法及び装置 | |
| US20190063503A1 (en) | Method and apparatus for monitoring a sliding bearing | |
| US20200096418A1 (en) | Method and device for estimating the state of wear of a journal bearing | |
| Marticorena et al. | Rolling bearing condition monitoring technique based on cage rotation analysis and acoustic emission | |
| Nabhan et al. | Monitoring of belt-drive defects using the vibration signals and simulation models | |
| RU2407999C1 (ru) | Способ оценивания технического состояния подшипников | |
| JP7351142B2 (ja) | 転がり軸受の状態監視方法及び状態監視装置 | |
| Zeashan et al. | Antifriction bearing diagnostics in a manufacturing industry—A case study | |
| Bagde et al. | Innovative methods of modeling gear Faults | |
| Furch et al. | Identifying the technical condition of rotating parts by means of vibrodiagnostics | |
| Ullah et al. | State of the Art Vibration Analysis of Electrical Rotating Machines | |
| Piotrowicz et al. | System for the Assessment of the Dynamic State of Ball Bearings with Respect to Vibration They Generate | |
| RU2284019C1 (ru) | Способ идентификации диссипативных характеристик подшипников | |
| Erol | A Research study on vibrating elements and consuming electricity in predictive maintenance | |
| Mitra et al. | Vibration signal analysis of induction motors used in process control operation | |
| Ebrahimi | Vibration Analysis for Fault Diagnosis of Rolling Element Bearing | |
| Behzad et al. | Defect size estimation in rolling element bearings using vibration time waveform | |
| RU2360231C1 (ru) | Способ идентификации диссипативных характеристик пар трения | |
| Kern et al. | Development of a solid-borne sound sensor to detect bearing faults based on a MEMS sensor and a PVDF foil sensor |