SU1318826A1 - Устройство дл диагностики подшипников качени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области приборостроени . Цель изобретени  - повышение точности диагностики состо ни  подшипников качени . С помощью предпагаемого устройства может быть проведена диагностика технического . состо ни  подшипников качени  путем измерени  совокупности статических, кинематических и динамических характеристик . Устройство содержит исследуемый подшипник, внутреннее кольцо кот,орого закреплено на валу привода. а сепаратор св зан с датчиком частоты вращени  сепаратора. Наружное кольцо подшипника закреплено на инерционном элементе, жестко св  зано с установленным на основании упругим элементом. С инерционным элементом св заны также блоки задани  осевой и радиальной нагрузок и задат- чик начальных условий, управл емьй блоком задани  начальных условий. Колебательное движение инерционного элемента фиксируетс  датчиком углового положени . Обработка сигналов, поступающих с усилител -преобразовател , выходов формировател  переходной характеристики, формировател  частоты вращени  сепаратора, схемы совпадени  и формировател  частоты вращени  вала производитс  в процессоре счетно-решающего преобразовател . Первьй выход счетно-решающего преобразовател  св зан с блоком управлени , а второй подключен к регистрирующему устройству. 1 ил. . (Л

Description

11

Изобретение относитс  к области приборостроени  и может быть исполь- зовано дл  диагностики подшипников качени .

Цель изобретени  - повышение точности диагностики состо ни  подшипников качени .

На чертеже дана схема устройства.

Предлагаемое устройство содержит исследуемый подшипник 1, внутреннее кольцо которого закреплено на валу привода 2, а сепаратор св зан с датчиком 3 частоты вращени  сепаратора. Наружное кольцо подшипника закреплено на инерционном элементе 4, жестко св занном с установленным на основании упругим :3лементом 5. С инерционным элементом 4 св заны также последовательно соединенные задатчик 6 на чальйых условий и блок 7 задани  начальных условий.

С инерционным элементом 4 св заны также последовательно соединенные датчик 8 осевой нагрузки и блок 9 зада- ни  осевой нагрузки и последовательно соединенные датчик 10 радиальной нагрузки и блок 11 задани  радиальной нагрузки.

К инерционному элементу 4 подключен также датчик 12 углового положени , выход которого через усилитель- преобразователь 13 подключен к фор- мирователю 14 переходной характеристики . Первьш и второй выходы формировател  14 подключены соответственно к первому и второму входу счетно- решающего преобразовател  15, третий вход которого св зан с первым выходом усилител -преобразовател  13, а четвертый и п тый - соответственно с вторым выходом формировател  16 -частоты вращени  сепаратора и выходом схемы 17 совпадени . Вход формировател  16 подключен к выходу датчика 3 частоты вращени  сепаратора, первый вход - к первому входу схемы 17 совпадени , к второму входу которой подключен четвертый выход формировател  18, первьм выход которого св зан с первым входом блока 7 задани  начальных условий, а вход - с датчиком 19 частоты вращени  вала, св занными с внутренним кольцом подшипника 1, третий выход формировател  18 подключен к второму входу 6j;io- ка 20 задани  частоты вращени  вала , первый вход которого подключен к первому выходу блока 21 управлени , а выход - к приводу 2. Второй, тре62

тий и четвертый выходы блока 21 управлени  соединены соответственно с третьим входом блока 7 задани  начальных условий, вторым входом блока 11 задани  радиальной нагрузки и вторым входом блока 9 задани  осевой нагрузки, а вход блока 21 управлени  подключен к первому выходу счетно-решающего преобразовател  15,

второй выход которого св зан с регистрирующим уСТр.ОЙСТБОМ 22.

Устройство работает следующим образом .

Внутреннее кольцо исследуемого

подшипника 1 устанавливаетс  на валу привода 2, а на наружном кольце устанавливаетс  инерционный элемент 4, с которым через газостатические подушки св заны блок 9 задани  осевой нагрузки и блок 11 задани  радиальной нагрузки. После этого устройство работает последовательно в режиме Подготовка и Измерение. В режиме Подготовка последовательно производитс  задание скоростного режима, режимов нагружени  и задание величины начальных условий следующим образом. В исходном состо нии сигнал на втором входе блоков 9 и

11 отсутствует, в резуль ате чего по сигналу датчиков 8 и 10 осевой и радиальной нагрузок соответственно устанавливаетс  величина осевой и радиальной нагрузок, равна  нулю.

Сигналы на выходе остальных блоков отсутствуют. После окончани  переходных процессов с выхода счетно- решающего преобразовател  15 через блок 21 управлени  на второй вход

блока 20 задани  частоты вращени  вала подаетс  сигнал, по вление которого приводит к по влению управл ющего сигнала, привод щего к соответствующему изменению частоты

вращени  вала привода 2 до тех пор, пока сигнал обратной св зи на первом входе блока 20, сформирован- ньй с помощью датчика 19 частоты вращени  вала и формировател , достигнет величины сигнала на втором входе блока 20.

Таким образом, задаетс  режим работы подшипника, соответствующий услови м эксплуатации. После достижени  заданной величины частоты вращени  с выхода счетно-решающего преобразовател  15 через блок 21 управлени  на второй вход блока 9 задани  осевой нагрузки и второй вход

блока 11 задани  радиальной нагрузки подаютс  сигналы, пропорциональ- ные требуемой величине осевой и радиальной нагрузок, что приводит к автоматической установке этих нагрузок на исследуемый подшипник 1 с помощью датчиков 8 и 10 осевой и радиальной нагрузок и блоков 9 и 11 задани  осевой и радиальной нагрузок.

Остальные блоки работают следующим образом. При подаче сигнала на второй вход блока 20 задани  частоты вращени  элементы исследуемого подшипника приход т в движение.

При этом на выходе датчика 19 частоты вращени  вала формируетс  последовательность импульсов с периодом Т TgS /Z , где - период одного оборота вала; Z - число импульсов датчика 19 частоты вращени  вала за один оборот. На выходе датчика 3 частоты вращени  сепаратора формируетс  последовательность импульсов с периодом Tg ,, где

Напр жение на выходе блока 7 задани  начальных условий и выходе за- датчика 6 начальных условий равно нулю, поскольку в исходном состо , НИИ напр жение на третьем входе блока 7 задани  начальных условий равно нулю.

С четвертого выхода формировател  18 импульсный сигнал поступает на

10 второй вход схемы 17 совпадени , на первый вход которой поступает импульс- ньш сигнал с первого выхода формировател  16 частоты вращени  сепаратора .

f5 На выходе схемы 17 совпадени  формируетс  бинарный сигнал, частота переключени  которого определ емс  моментами совмещени  фронтов импульсных сигналов на втором и первом вхо20 дах блока 17, что соответствует моментам сопр жени  одних и тех же точек беговых дорожек и комплекта шариков в сепараторе.

Этот сигнал поступает на п тый

сеп

- период одного оборота сепара- 25 вход счетно-решающего преобразовател  15, на четвертый вход которого поступает сигнал с второго выхода формировател  16, пропорциональный частоте вращени  сепаратора.

тора; m - число шариков, а на выходе датчика 12 углойого положени  - частотно-модулированный сигнал, моду лирукнца  функци  которого дает представление об угловом положении инерционного элемента 4.

Дальнейшее преобразование сигналов осуществл етс  следующим образом . С помощью формировател  18 из сигнала .датчика 19 частоты вращени  вала формируетс  последовательность нормированных импульсов, котора  поступает на первьш и четвертый выходы формировател  18,и аналоговый сигнал, пропорциональный частоте вращени  вала, который поступает на -тре тнй и второй выходы формировател  18. Сигнал с третьего выхода формировател  18 поступает на второй вход блока 20 задани  частоты вращени  вала, где используетс  как сигнал обратной св зи дл  установки и стабилизации требуемой частоты враще ни .Сигнал с второго выхода формировател  18 поступает на шестой вход счетно-решающего преобразовател  15, импульсный сигнал с первого выхода формировател  18 поступает на первый

вход блока 7 задани  начальных уело- ;г третий вход блока 7 задани  начальных

ВИЙ, где из этой последовательности формируетс  последовательность импульсов стабильной амплитуды и длительности .

условий подаетс  напр жение, величина которого определ ет параметры формируемого в блоке 7 пробного импуЛь- са, энерги  которого определ етс  авНапр жение на выходе блока 7 задани  начальных условий и выходе за- датчика 6 начальных условий равно нулю, поскольку в исходном состо НИИ напр жение на третьем входе блока 7 задани  начальных условий равно нулю.

С четвертого выхода формировател  18 импульсный сигнал поступает на

второй вход схемы 17 совпадени , на первый вход которой поступает импульс- ньш сигнал с первого выхода формировател  16 частоты вращени  сепаратора .

На выходе схемы 17 совпадени  формируетс  бинарный сигнал, частота переключени  которого определ емс  моментами совмещени  фронтов импульсных сигналов на втором и первом входах блока 17, что соответствует моментам сопр жени  одних и тех же точек беговых дорожек и комплекта шариков в сепараторе.

Этот сигнал поступает на п тый

л  15, на четвертый вход которого поступает сигнал с второго выхода формировател  16, пропорциональный частоте вращени  сепаратора.

Частотно-модулированный сигнал с выхода датчика 12 углового положени  поступает на вход усилител -преобразовател  13 и несет информацию о статическом смешении инерционного

элемента, вызванном действием посто нных и медленно мен ющихс  составл ющих моментов трени , знак которых определ етс  знаком скорости относительного движени  элементов

подшипника качени .

Поскольку в исходном положении задатчик 6 начальных условий отключен , сигнал на втором выходе усилител -преобразовател  13 отсутствует,

так же как и на первом, втором и третьем выходах формировател  14 переходной характеристики, к входу которого подключен второй выход усилител -преобразовател  13.

После этого производитс  задание величины начальных условий, которое рсуществл етс  следующим образом. С выхода счетно-решающего преобразовател  15 через блок 21 управлени  на

условий подаетс  напр жение, величина которого определ ет параметры формируемого в блоке 7 пробного импуЛь- са, энерги  которого определ етс  ав5 . 1 тематически в результате сравнени  уставки на третьем входе блока 7 с сигналом на втором входе блока 7, возникающим в результате воспри ти  цепочкой датчик 12, усилитель-преобразователь 13, формирователь 14 реакци механической колебательной системы, в которую входит исследуемьй подшипник , на импульсное входное воздействие . При этом на втором выходе усилител -преобразовател  1 3 возникает сигнал , представл ющий собой импульсную переходную характеристику,  вл ющуюс  реакцией колебательной системы, в которую входит исследуемый подшипник на импульсное входное воздействие. Этот сигнал поступает на вход формировател  14 параметров переходной характеристики . На втором выходе формировател  14 формируетс  аналоговый сигнал, дающий представление об изменении периода колебаний в зависимости от амплитуды колебаний, режимов работы и расположени  элементов под- щипника. УказаннЬю сигналы с первого и второго выходов формировател  14 поступают соответственно на первый и второй вход счетно-решающего преобразовател  15, ас третьего выхода - на второй вход блока 7.

Таким образом, в режиме Подготовка на входах счетно-решающего преобразовател  15 имеютс  следующие сигналы: на первом и втором входе сигналы с. первого и второго выходов формировател  14, на третьем - сигнал с первого выхода усилител -преобразовател  13, на четвертом - сигнал с второго выхода формировател  16 частоты вращени  сепаратора, на п том - сигнал с выхода схемы 17 совпадени , а на шестом - сигнал с выхода формировател  18 частоты вращени  вала.

После окончани  переходных процессов устройство переключаетс  в режим Измерение. При этом работой счетно-решающего преобразовател  15 управл ет сигнал, поступающий на п тый вход счетно-решающего преобразовател  15.

Отработка сигналов и разбиение на классы составл ющих диссипативных моментов сопротивлени  и переменных составл ющих консервативных моментов сопротивлени , а также вычисление их количественных характеристик производитс  дл  начальных условий

4 /о), f,(o) (1)

266

Поскольку всегда присутствуют нели нейные составл ющие моментов сопротивлени , обусловленные нелинейностью процессов трени  в подшипнике, иэмерение параметров импульсной переходной характеристики производитс  дл  всего диапазона допустимых угловых колебаний инерционного элемента 4 путем возвращени  устройства в режим

Подготовка и задани  соответствующих начальных условий

w,(y.

%(0),4 з(0).

4(0) (0)

П

(2)

в требуемом диапазоне режимов работы. Распознавание составл ющих диссипативных моментов сопротивлени  произ- водитс  в счетно-решающем преобразователе 15 путем определени  коэффициентов bi полинома

25

)

ь,§ + ь,,...,(з)

аппроксимирующего силовую характеристику исследуемой системы, где - обобщенна  скорость. Определение коэффициента b ведётс  в счетно-решаю- 0 щем устройстве 15 следующим образом,

Дл  начальных условий (1) вычисл ютс  суммы Х- А. + А и разности

к + L-

соседних полуразмахов;

У, А; - А

наход тс  вспомогательные величины

35

N

з

U1

40 с, С, . 1 1i--1

где N - номер последнего полуразмаха; решаетс  относительно У , и у 45 система уравнений

А - А.

Ny, С,, -f C,V C,V, С,У,

С,УО+ c,v + с,у с

А - А„

о N

(5)

и вычисл етс  коэффициент разложени , например, трехчленной аппроксимации, достаточно точно описывающ1ш сило- 55 вую характеристику:

b

с. b . b -w (6)

4 :iru) 2 2u: 2 4

Расчет повтор етс  дл  начальных условий (2), а полученные результаты обрабатываютс  с применением метода наименьших квадратов.

.Переменные составл ющие консервативных моментов сопротивлени  t(g) определ ютс  на основании зависимостей угловой частоты свободных колебаний от полуразмаха А

(7)

и)

4(1

da

С

HDdg

)

Одновремен но с вьтислением динамических составл ющих моментов трени  производитс  вычисление статических и кинематических соотношений в соответствии с выражени ми

.(t) C4U(t),

,. (t) Т„8()/Т„„(0,

W.CT Cr

i(t) U),g(t)u)

r.cjt)

4en(t Tcen(t (

где Ч стС статическое угловое

смещение инерционного элемента 4;

.С - крутильна  жесткость упругого элемента 5; посто нные и медленно- мен ющиес  составл ющиес  моментов трени ; скорость и период вра- щени  сепаратора; скорость и период вращени  вала,

Результаты вычислений по соотношени м (6), (7)и (8) вывод тс  с вьпсо- да счетно-решающего преобразовател  : 15 на регистрирующее устройство 22. Устройство проводит диагностику состо ни  подшипников качени  как при неподвижном, так и при вращающемс  внутреннем кольце, что позвол ет повысить достоверность распознавани  составл ющих сил в зкоупругого сопро тивлени  и учесть вли ние технологических погрешностей на динамические характеристики подшипников качени  и точность прецизионных устройств с использованием этих подшипников.

, . -Ф о рмула изобретени 

Устройство дл  диагностики подшипников качени , содержащее последовательно соединенные блок задани  частоты вращени  вала, привод, датчик частоты вращени  вала, регистрирую

щее устройство и инерционный элемент, механически св занный с упругим элементом , датчиком углового положени , датчиком осевой нагрузки, датчиком радиальной нагрузки, блоком задани  осевой нагрузки и блоком задани  радиальной нагрузки, а также усилитель- преобразователь, при зтом упругий элемент жестко закреплен на основании , выход датчика осевой нагрузки соединен с первым входом блока задани  осевой нагрузки, выход датчика радиальной нагрузки - с первым входом блока задани  радиальной нагрузки , выход датчика углового положе

20

25

30

ни  подключен к первому входу усилител -преобразовател , а пд)ивод механически св зан с внутренним кольцом исследуемого подшипника, отличающеес  тем, что, с целью повьш1ени  точности диагностики состо ни  подшипников качени  путем измерени  совокупности статических кинематических и динамических характеристик , оно снабжено последовательно соединенными формирователем частоты вращени  вала, блоком задани  начальных условий и задатчиком начальных условий, последовательно соединенными датчиком частоты вращени  сепаратора , формирователем частоты вращени  сепаратора и схемой совпадени , а также последовательно соединенными формирователем переходной характеристики , счетно-решающим преобразователем и блоком управлени , причем второй , третий, четвертый, п тый и шестой входы счетно-решающего преобразовател  соединены соответственно с вторым выходом формировател  переходной характеристики, с первым выходом усилител -преобразовател , вторым выходом формировател  частоты вращени  сепаратора, выходом схемы совпа45 дени  и вторым выходом формировател , частоты вращени  вала, к второму выходу счетно-решающего преобразовател  подключено регистрирующее устройство , первый, второй, третий и чет50 вертый выходы блока управлени  подключены соответственно к первому входу блока задани  частоты вращени  вала, третьему входу блока задани  начальных условий, к второму входу

55 блока задани  радиальной нагрузки и второму входу блока задани  осевой нагрузки, второй выход усилител -преобразовател  соединен с входом формировател  переходной характерис35

40

тики,третий выход которого подключен к второму входу блока задани  начальных условий, выход датчика частоты вращени  вал а подключен к формирователю частоты вращени  вгша, третий и четвертый выходы которого св заны соответственно с вторым

входом блока задани  частоты вращени  вала и вторым входом схемы совпадени , причем датчик частоты вращени  сепаратора соединен с сепаратором исследуемого подшипника, а задатчик начальных условий - с инерционным элементом.

Редактор Н. Тупица

Составитель В. Пучинский

Техред А.Кравчук КорректорЛ. Патай

Заказ 2499/33 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва,.Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Claims (1)

1. Фо рмула изобретения

   Устройство для диагностики под- 55 шипников качения, содержащее последовательно соединенные блок задания частоты вращения вала, привод, датчик частоты вращения вала, регистрирую стояния подшипников качения путем измерения совокупности статических кй нематических и динамических характеристик, оно снабжено последовательно соединенными формирователем частоты вращения вала, блоком задания начальных условий и задатчиком начальных условий, последовательно соединенными датчиком частоты вращения сепаратора, формирователем частоты вращения сепаратора и схемой совпадения, а также последовательно соединенными формирователем переходной характеристики, счетно-решающим преобразователем и блоком управления, причем второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы счетно-решающего преобразователя соединены соответственно с вторым выходом формирователя переходной характеристики, с первым выходом усилителя-преобразователя, вторым выходом формирователя частоты вращения сепаратора, выходом схемы совпадения и вторым выходом формирователя, частоты вращения вала, к второму выходу счетно-решающего преобразователя подключено регистрирующее устройство, первый, второй, третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно к первому входу блока задания частоты вращения вала, третьему входу блока задания начальных условий, к второму входу блока задания радиальной нагрузки и второму входу блока задания осевой нагрузки, второй выход усилителя-преобразователя соединен с входом формирователя переходной характерно тики,третий выход которого подключен к второму входу блока задания начальных условий, выход датчика частоты вращения валА подключен к формирователю частоты вращения вала, третий и четвертый выходы которого связаны соответственно с вторым входом блока задания частоты вращения вала и вторым входом схемы совпадения, причем датчик частоты вращения сепаратора соединен с сепара5 тором исследуемого подшипника, а задатчик начальных условий - с инер· ционным элементом.