SU1368688A1 - Устройство дл оценки качества подшипников качени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области приборостроени  и может быть использовано дл  диагностики подшипников качени  по моменту сопротивлени  вршдению. Цель изобретени  - повышение точности оценки качества. Испытуемый подшипник внутренним кольцом устанавливают на измерительную ось, св занную с датчиком положени  с релейной характеристикой. Наружное , кольцо подшипника соединено с приводом и блоком нагружени . Выходы датчика положени  подключены к компаратору , св занному с ключевой схемой, к которой подсоединены стабилизированный источник тока и управл ющий компенсирующий преобразователь. Этим обеспечиваетс  автоколебательный режим измерительной оси с посто нной амплитудой и частотой. Величина измер емого консервативного момента пропорциональна приращению длительности импульса с выхода ключевой схемы относительно середины периода автоколебаний. Диагностика технического состо ни  подшипников качени  может быть проведена по консервативной составл ющей момента сопротивлени  вращению. Это достигаетс  за счет использовани  компенсационной схемы, работающей в режиме автоколебаний . 3 ил. i (Л

Description

ОО О5 00 05

00

00

1 .

Изобретение относитс  к области приборостроени  и может быть испол зова но дл  диагностики подшипников качени  по моменту сопротивлени  вращению.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности оценки качества подшипников качени .

На фиг. 1 представлена функциональна  схема ycTppoftcTBaj на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1-, на фиг. 3 - график, по сн ющий работу устройств

Устройство содержит испытываемый подшипник 1 качени , внутреннее кол цо которого установлено на измерительную ось 2, а наружное - в оправку 3, св занную с блоком 4 нагруже- ни  и приводом 5, закрепленным на основании. Измерительна  ось помещена в опору 6, закрепленную на основании . Компенсирующий преобразователь 7 состоит из статора 8, закрепленного на основании, и ротора 9 (посто нного магнита), установленного на оси 2. Датчик 10 положени  состоит из неподвижных излучателей 11 и 12, фотоприемников 13 и 14 и непрозрачной заслонки 15. Заслонка 15 закреплена на оси 2 так, что ее передн   кромка проходит через ось 2 и совпадает (в вертикальной проекции ) с отрезком, соедин ющим первый 13 и второй 14 фотоприемники. Така  установка заслонки 15 обеспечивает закрывание одного фотоприемника и одновременное открывание другого фотоприемника при повороте измерительной оси 2. К вь ходам фотоприемников 13 и 14 подключены входы компаратора 16, выход которого соединен с первым входом ключевой схемы 17. Стабилизированный источник 18 тока подключен к второму входу ключевой схемы 17, выходы которой соединены с обмоткой статора 8 компенсирующего преобразовател  7. Выходы ключевого устройства 17 подключены также к первым входам первой и второй вхем И 19 и 20, к вторым входам которых подключен генератор 21 эталонной частоты. Выход первой схемы И 19 соединен с первым входом первого счетчика 22 и с вторым входом второго счетчика 23. Выход второй схемы И 20 подключен к второму входу первого счетчика 22 и к первому входу второго счетчика 23. Первый вход второй схемы И подключен также к

686882

BT(jpoMy входу -делител  24 частоть, выход которого св зан с входом формировател  25 импульсов. Выход пос- г леднего соединен с третьим входом второго счетчика 23 и вторым входом схемы 26 запоминани , первый вход которой соединен с выходом второго счетчика 23. Выход схемы 26 запоми10 нани  соединен с вторыми входами схемы 27 вычитани  кодов и блоком 28 вычислени . Первый вход схемы 27 вычитани  кодов соединен с выходом первого счетчика 22. Первый вход

1Г блока 28 вычислени  св зан с выходом схемы 27 вычитани  кодоы, а выход - с блоком 29 регистрации.

Оправка 3 гибкой св зью св зана с приводом 5.

20 Блок 4 нагружени  представл ет собой газостатические нагружающие устройства радиальной и осевой нагрузок.

Опора 6 представл ет собой газостатический подшипник.

25 Устройство работает следующим образом .

На измерительную ось 2 устанавливаетс  испытываемый подшипник 1 на его наружное кольцо надеваетс  оправка 3,

30 к ней присоедин етс  привод 5 и через блок 4 нагружени  задаетс  радиальна  и осева  нагрузки. В исходном состо нии заслонка 15 перекрывает поток излучени  одного из излучателей, напри35 мер 11. При зтом второй излучатель 12 открыт, в результате чего на выходе фотоприемника 14 по вл етс  сигнал, который подаетс  на вход компаратора 16 и переключает его. Вы40 ходное напр жение компаратора 16 управл ет ключевой схемой 17, котора  подключает стабилизированный источник 18 тока к обмотке статора 8 компенсирующего преобразовател  7,

45 Магнитное поле тока, протекающего в обмотке статора 8, взаимодейству  с полем посто нного магнита ротора 9, поворачивает его и, следовательно , заслонку 15 датчика положени  50 так, что она перекрывает поток излучател  11. На выходе фотоприемника 13 по вл етс  сигнал, который переключает компаратор 16 в другое устойчивое состо ние. При этом клю55 чева  схема 17 подключит стабилизированный источник 18 тока к обмотке статора 8 так, что по нем поте-чет ток противоположнотч) иа 1|- авленИ:Я. В

результате этого ро rcip

такж( ичменит направление вращени  на противоположное .

Далее процесс переключени  повтор етс  и, следовательно, измерительна  ось 2, установленна  в опоре 6 с закрепленными на ней ротором 9 компенсирующего преобразовател  7, заслонкой 15 датчика 10 положений, а также внутренним кольцом испытываемого подшипника 1, совершает автоколебани .

Применение ключевой схемы 17 и стабилизированного источника 18 тока позвол ет формировать в обмотке статора 8 пр моугольные импульсы тока, при наличии которых обеспечиваетс  посто нство мощности, выдел емой в обмотке статора 8, тем самым обеспечиваетс  режим автоколебаний измерительной оси 2 с посто 1 11ьичм амплитудой и частотой. При этом на выходе ключевой схемы 17 имеет место последовательность импульсов.

При вращении наружного кольца исследуемого подшипника 1 внутреннее кольцо увлекаетс  моментом трени .

т-

Этот момент уравновешиваетс  ком- пенсируюшим преобразователем 7, создающим компенсируюш й момент

М,

К,

-ср

(1)

где I

f

-К

кп

среднее значение тока в обмотке статора 8 компенсирующего преобразовател  7 j

коэффициент преобразовани  (крутизна) компенсирующего преобразовател  7. При пр моугольных импульсах тока в обмотке статора 8 средний ток

можно определить по формуле

-ср

(

где 1д - ток стабилизированного источника 18 TOKaj

€ , jl длительность импульсов пр мого и обратного токов;

€,-ь

То

- период автоколебаний измерительной оси 2. Момент сопротивлени  вращению М прин то рассматривать как сумму составл ющих

М

MO,+

М -iT

где М - консервативна  составл юща  момента сопротивлени  вращению;

М - диссипативна  составл юща . Так как внутреннее кольцо испытываемого подшипника в режиме автоколе- баний совершает колебани  с посто нной амплитудой и частотой, диссипативна  составл юща , остава сь посто нной ДЛЯ данного подшипника, воздействует одним и тем же моментом на измерительную ось при пр мом и обратном направлени х движени . Следовательно , импульсы пр мого и обратного тока в обмотке статора 8 компенсирующего преобразовател  7, обус- ловденного лишь диссипативной составл ющей , равны по длительности

сг:, П).

Поскольку в режиме дипаг-тческого равновеси  М М из соотношений .(1) и (2) и изложенного следует,что

М, (, - -г:,)

v;п

(3)

30

 

Таким образом, консервативна  составл юща  момента сопротивлени  вращению , обусловленна  геометрией поверхностей качени  подшипника, про25 порциональна разности Z, и Т .

При Мд О с, о,, , т.е. измерительна  ось имеет автоколебани  со скважностью, равной 2.

При вращении наружного кольца ис40 пытываемого подшипника 1 его внутреннее кольцо уравновешиваетс  консервативным моментом Мд 7 0. Этот момент уравновешиваетс  компенсирующим моментом, создаваемым компенси45 рующим преобразователем 7 на измерительной оси 2, и вызывает согласно формуле (3) изменение скваисности импульсов , причем величина консервативного момента пропорциональна разности €, --г;.

50

55

I

Импульсы с выхода ключевой схемы 17 поступают на первые входы первой и второй схем И 19 и 20, на вторые входы которых поступают высокочастотные импульсы заполнени  с генератора 21 эталонной частоты. На выходах первой и второй схем И 19 и 20 образуютс  пачки высокочастотных импульсов с количеством в каждой гтачке.

пропорциональным длительности импульсов с выходов ключевой схемы 17. Далее пачки высокочастотных импуль - сов поступают на первый счетчик 22, который производит вычитание числа импульсов одной пачки из другой, т.е осуществл ет определение величины ( сГ, - t J). На выходе первого счетчика 22 с приходом каждой пары /с, и Т, формируетс  цифровой код, несущий информацию о мгновенном значении измерительного момента трени . С выходов первой схемы И t9 и второй схемы И 20 пачки высокочастотных импульсов поступают также на второй счетчик 22, который осуществл ет суммирование разностей ( Г, - Т) , Обну- ление второго счетчика 23 осуществл етс  импульсами, поступающими с формировател  25 импульсов, который вырабатывает импульс обнулени  по окончании действи  строба. Строб вырабатываетс  делителем 24 частоты, при этом длительность строба равна

V 1o т.„ , ч- -гг. п .1, 2, 3,...,

поскольку делитель имеет коэффициент делени  10. После прихода

10 -го импульса на делитель 24 частодит накопление импульсов 10 разностей пачек и деление этого числа импульсов на число 10 пачек, т.е. осреднение разностей пачек t, и С , Количество импульсов в средней разности пачек ( с, - ) составит

К, + К

+ Кп

10

ср

10

где neN,

К„ - число импульсов в пачке. На выходе схемы 26 запоминани 

по вл етс  записанное в коде число импульсов, соответствующее средней разности пачек (Г, - Т ), пропорциональное среднему консервативному моменту.

На первьм вход схемы 27 вычитани  кодов, таким образом, поступает код, несущий информацию о мгновенном значении консервативного момента, а на второй - код, несущий информацию

о среднем значении. Схема 27 вычитани  кодов производит вычитание поступающих кодов, в результате чего на ее выходе получаетс  цифровой код, несущий информацию об отклонении

ты ое производит формирование задне- ЗО мгновенного консервативного момента

го фронта строба, которым запускаетс  формирователь 26 импульсов.

Таким образой, формирование кода на выходе второго счетчика 23 происходит через 10 импульсов, т.е. второй счетчик 23 производит накопление 10 разностей ( С, пачек высокочастотных импульсов. Поскольку консервативный момент измен етс  в зависимости от относительного положени  наружного и внутреннего колец подшипника , разность ( Г, - cTj ) имеет

различное число высокочастотных им- .

пульсЪв.

С выхода второго счетчика 23 про- 45 изменении положени  наружного кольца

суммированные 10 пачек импульсов в цифровом коде поступают на схему 26 запоминани . При этом второй счетчик 23 подключен к схеме 26 запоминани  таким образом, что п младших дес тичных разр дов не подключены . При записи кода в схему 26 запоминани  код делитс  на число 10 , Запись кода в схему 26 запоминани  производитс  по переднему фронту импульса, поступающего с формирова- тел  25 импульсов.

Таким образом, за врем  действи  строба делител  24 частоты происхоотносительно внутреннего.

Таким образом, использование предлагаемого устройства дл  оценки качества подшипников качени  по сравие50 ниш с известным позвол ет повысить точность измерений консервативной состазл ющей за счет исключени  ошибки , обусловленной диссипативпой составл ющей и неконтролируемой внешней

jr.K вибрацией; расширить частотньй диа1 fcj

пазо а измер ем1 гх консервативных моментов сопротивлени  путем повышени  частоты автоколебаний; производить цифровую обработку ре ультатов измеот его среднего значени ..

Далее цифровой код поступает на первый вход блока 28 вычислени , на второй вход которого поступает код,

несущий информацию о среднем моменте в подшипнике. Блок 28 вычислени  производит веро тностную обработку результатов измерени  с помощью имеющегос  пакета программ.

Результаты вычислени  регистриру- ютс  на многоканальном блоке 29 регистрации . На нем же фиксируетс  и характер изменени  мгновенного консервативного момента подшипника при

относительно внутреннего.

Таким образом, использование предлагаемого устройства дл  оценки качества подшипников качени  по сравиениш с известным позвол ет повысить точность измерений консервативной состазл ющей за счет исключени  ошибки , обусловленной диссипативпой составл ющей и неконтролируемой внешней

вибрацией; расширить частотньй диа

пазо а измер ем1 гх консервативных моментов сопротивлени  путем повышени  частоты автоколебаний; производить цифровую обработку ре ультатов измерени  без применени  дополнительных электронных преобразователей; измер ть веро тностные характеристики

консервативных моментов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  оценки качества подшипников качени , содержащее смой тированные на основании привод, блок нагружени  и св занную с ними оправку , закрепленную на наружном кольце испытьшаемого подшипника, измерительную ось с датчиком положени , имею- щую возможность поворота в опоре, закрепленной на основании, и жестко св занную с внутренним кольцом подшипника , компенсирующий преобразователь , ротор которого св зан с изме- рительной осью, статор - с основанием , и блок регистрации, о т л и ч а- ю щ е е с   тем, что, с целью повышени  точности оценки качества подшипников качени , оно снабжено пос- ледовательно соединенными компаратором , ключевой схемой, первой схемой И, первым счетчиком, схемой вычитани  кодов, блоком вычислени , последовательно соединенными второй схемой И, вторым счетчиком и схемой запоминани , последовательно соединенными делителем частоты и формирователем импульсов, стабилизированным источником тока и генератором эталонной частоты, выход которого соединен с вторыми входами первой и второй схем И, первые входы которых и обмотка статора компенсирующего преобразовател  соединены с выходами ключевой схемы, второй вход которой соединен с выходами стабилизированного источника тока, вход делител  частоты соединен с первым входом второй схемы И, выходы датчика положени  соединены с входами компаратора, выход первой схемы И соединен с вторым входом второго счетчика, а выход второй схемы И - с- вторым входом первого счетчика, выход формировател  импульсов соединен с вторым входом схемы запоминани  и третьим входом второго счетчика, выход схемы запоминани  - с вторыми входами схемы вычитани  кодов и блока вычитани , выход которого соединен с блоком регистрации, ;при этом датчик положени  выполнен в виде двух пар соосно расположенных и неподвижно закрепелнных излучателей и фотоприемников, в зазорах между которыми помещена заслонка, жестко скрепленна  с измерительной осью.

   а

   in in

   I 1

   То . Ю

   Фие.З

   Фиг.2