SU1620881A1 - Устройство дл диагностики подшипников качени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  технического состо ни  подшипниковых узлов. Цель изобретени  - повышение точности диагностики подшипников за счет учетафазовых изменений вибрационного сигнала во времени, а также повышение точности определени  предотказного состо ни  подшипников. Устройство содержит вибропреобразователь с усилителем-корректором и каналы измерени  частоты вращени  подшипника и частоты вращени  сепаратора. Входы каналов св заны с выходом усилител -корректора, а выходы через интерфейс - с входом мик- роЭВМ, синтезатора и двух параллельных каналов косинусной и синусной составл ющих вибросигнала. Первый канал содержит последовательно соединенные первый перемножитель и первый фильтр нижних частот. Второй канал содержит последовательно соединенные второй перемножитель , второй фильтр нижних частот и второй АЦП. Совокупность этих элементов позвол ет осуществл ть синхронное детектирование , т.е. определ ть амплитуду и фазу вибросигнала на каждой информационной частоте. По амплитуде вибросигнала можно с высокой точностью определ ть дефекты изготовлени  и сборки подшипника, а по фазе судить об интенсивности локальных дефектов, оценивать интенсивность износа и определ ть предотказное состо ние подшипника . 1 ил. Ё

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  технического состо ни  подшипниковых узлов.

Цель изобретени  - повышение точности диагностики дефектов подшипников за счет учета фазовых изменений вибрационного сигнала во времени, а также повышение точности определени  предотказного состо ни  подшипников.

На чертеже показана схема предложенного устройства.

Устройство содержит вибропреобразователь 1, устанавливаемый на корпусе объекта над исследуемым подшипниковым узлом , и подключенный к его выходу усилитель-корректор 2, два канала измерени , первый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра 3 частоты вращени  и первого частотомера 4, а второй - из последовательно соединенных фильтра 5 частоты вращени  сепаратора и второго частотомера 6, два канала формировани  ко-, синусной и синусной составл ющих, первый из которых включает последовательно соединенные первый перемножй- тель 7, первый фильтр 8 нижних частот и первый АЦП 9, а второй канал - последовательно соединенные второй перемножитель 10, второй фильтр 11 нижних частот и второй АЦП 12, а также интерфейс 13, мик- роЭВМ 14, печатающее устройство 15, синтезатор 16 и дисплей 17. Входы фильтров 3 и 5 и вторые входы перемножителей 7 и 10 соединены соответственно с косинусным и синусным выходами синтезатора 16, вход которого подключен к выходу интерфейса 13, первый - четвертый входы которого соединены с выходом АЦП 9, с выходами частотомеров 4, 6 и с выходом АЦП 12 соответственно , а его вход-выход соединен с первым входом-выходом микроЭВМ 14, второй вход-выход которой соединен с входом- выходом диспле , а ее выход соединен с печатающим устройством 15.

Устройство работает следующим образом .

Механические колебани  подшипникового узла, по вл ющиес  вследствие имеющихс  в нем дефектов изготовлени  и сборки, фиксируютс  на корпусе объекта вибропреобразователем 1, который преобразует их в пропорциональный электрический сигнал. С усилител -корректора 2, предназначенного дл  согласовани  высокого выходного сопротивлени  вибропреобразовател  с последующими элементами и усилени , сигнал поступает на входы полосовых фильтров 3 и 5, настроенных соответственно на частоту вращени  внутреннего кольца подшипника и его сепаратора. Ширина полосы пропускани  этих фильтров выбираетс  в зависимости от возможных отклонений частоты вращени  в процессе аксплуатации объекта от своего номинального значени . Выделенные фильтрами 3 и 5 из спектра вибрации частоты вращени  внутреннего кольца и сепаратора подшипника измер ютс  соответственно частотомерами 4 и 6 и величины этих частот в двоично-дес тичном коде через второй и третий входы интерфейса 13 поступают в оперативную пам ть микроЭВМ 14. По введенной с диспле  17 в пам ть микроЭВМ 14 программе производитс  расчет:

ft - угла контакта, равного

Ч- Ј ) (1)

где Do - диаметр окружности, проход щей через центры шариков;

Dm - диаметр шариков;

а)с- частота вращени  сепаратора;

УВ- частота вращени  внутреннего кольца подшипника;

W - р да информационных частот дефектов наружного кольца, определ емого по зависимости

fHK |(Z-P±K)(fc-fB)TKfc, (2) где Z - число шариков в шарикоподшипнике (ш/п);

Р - определенный набор целых чисел;

К - номер гармоники дефекта;

fc - частота вращени  сепаратора; тв - частота вращени  внутреннего кольца ш/п;

fBK - р да информационных частот дл 

дефектов внутреннего кольца, определ емого

(Z-P±K) fdFK(fc-fe)l, (3)

fpm - р да информационных частот дл 

дефекта типа разноразмерность шариков,

определ емого

P(fc-fe)(4)

После расчета К-й информационной частоты дл  n-го вида дефекта микроЭВМ 14 пересылает значение рассчитанной информационной частоты в двоично-дес тичном коде через интерфейс 13 на вход синтезатора 16. Синтезатор 16 формирует аналоговые косинусоидальный и синусоидальный сигналы данной информационной частоты, которые поступают с соответствующих его выходов на первые входы перемножителей 7 и 10, на вторые входы которых подаетс  сигнале выхода усилител -корректора 2. Результаты перемножени  электрического

сигнала, пропорционального вибрации подшипникового узла, и косинусного и синусного сигналов конкретной информационной частоты проход т через соответствующие фильтры 8 и 11 нижних частот, параметры

которых выбираютс  так, чтобы подавить образовавшиес  в результате перемножени  высшие гармоники информационных частот (суммарные, удвоенные и т.д.). Така  обработка информационного вибросигнала,

известна  под названием синхронное детектирование , позвол ет получить си гнал в комплексной форме. Таким образом, с выхода АЦП 9 считываетс  мнима  часть Bicos обрабатываемого сигнала, а с выхода АЦП

12 вещественна  часть Aisln. По величинам амплитуд гармонических сигналов, полученных в результате перемножени  и представл ющих собой мнимую и вещественную части сигнала информационной частоты,

преобразованных в двоично-дес тичную форму АЦП 9 и 12, производитс  расчет ам- плитуды AI, составл ющей спектра вибрации на данной информационной частоте и текущей фазы р этой составл ющей, которые накапливаютс  за заданный интервал времени.

Формулы дл  расчета AI

(Ap 7-f(Bfos)jr

(5)

pi arctg

Bf

OS

Apln

Аналогично производитс  обработка вибрационного сигнала на заданном NI числе информационных частот дл  N2 видов дефектов, причем после определени  амплитуды и фазы сигнала на конкретной информационной частоте происходит снова считывание мгновенных значений частоты вращени  внутреннего кольца и сепаратора ш/п, а затем расчет величины следующей подлежащей обработке частоты соответствующего р да информационных частот.

После получени  амплитуд и фаз всех составл ющих спектра вибрации дл  данного вида дефекта на информационных частотах , количество которых равно NI, цикл измерени  повтор етс  N2 раз по количеству диагностируемых дефектов, Следовательно , после N2 циклов измерени  в пам ти микроЭВМ 14 дл  каждой информационной частоты существует р д записанных в пам ти амплитуд и фаз. Затем производитс  усреднение амплитуд и расчет дефектов колец ш/п и разноразмерен- ности шариков по формуле

Гп 2 пк АПК 1 .к

где GRK - весовой коэффициент К-й информационной частоты п-го вида дефекта;

АПК - амплитуда составл ющей спектра вибрации на К-й информационной частоте дл  диагностики п-ro вида дефекта;

гп - значени  дефекта n-го вида ( - дефект наружного кольца, п 2 - дефект внутреннего кольца п 3 - разноразмер- ность шариков).

Затем микроЭВМ К по заданному алгоритму производит оценку наличи  и величины локальных дефектов, а также делает вывод о интенсивности износа, которые характеризуют момент tn.o выхода подшипника из стро , так как предотказному состо нию соответствует питинговый износ . Дл  этого анализируютс  мгновенные значени  фаз, записанных в пам ть микро- ЭВМ 14 дл  каждой информационной частоты . Дл  подшипника, не обладающего локальными дефектами, изменени  фазы сигнала на информационной частоте представл ют собой колебательный процесс около некоторого среднего значени  фазы. Среднее значение фазы определ етс  геометрическим расположением дефекта, про вл ющегос  на данной информационной частоте относительно измерительного вибропреобразовател  и величиной этой информационной частоты (длиной волны).

Колебани  фазы около среднего значени  возникают из-за перемещени  подвижных элементов подшипника и завис т от их конструктивных параметров и частоты враще5 ни . Колебани  эти, как процесс, нос т монотонный периодический характер.

По вление локальных дефектов приводит к нарушению монотонности колебательного процесса из-за по влени 

10 скачкообразных изменений фазы, которые про вл ютс  как конечные разрывы процесса . По количеству таких разрывов и их параметрам суд т о интенсивности и величине локальных дефектов. Нарушение монотон15 ности дл  процесса изменени  фазы сигнала на информационных частотах дефектов наружного кольца свидетельствует о по влении локальных дефектов в зоне взаимодействи  шариков с наружным кольцом.

20 Таким же образом обнаруживают локальные дефекты в зоне взаимодействи  шариков с внутренним кольцом дл  частот, кратных частоте вращени , а дл  наружного кольца кратных частоте вращени  сепарато25 ра.

Об интенсивности износа суд т по скорости изменени  среднего значени  фазовых .колебаний, котора  зависит от скорости изменени  геометрических разме30 ров элементов подшипника и, следовательно , рассто ни  до вибропреобразовател  1. Резкое увеличение скорости ухода среднего значени  фазовых колебаний (fyjc момента tn.o) на фоне возрастани  интен35 сивности скачкообразных изменений фазы свидетельствует о предотказном состо нии подшипника, т.е. о питинговом износе.

Наиболее точную диагностику по фазе можно получить, использу  самые высокие

40 информационные частоты, так как они обладают малой длиной волны и даже небольшие изменени  геометрических параметров подшипника вызывают значительные изменени  фазовых колебаний.

45 Таким образом, предложенное устройство позвол ет диагностировать подшипниковый узел, наход щийс  в реальных услови х экслуатацик. При определении дефектов изготовлени  и сборки подшипника

50 учитываютс  фазовые изменени  вибросигнала , что позвол ет значительно повысить точность диагностики.

Устройство позвол ет определить предотказное состо ние подшипника,;

55 так как вывод об этом делаетс  по трем наиболее чувствительным к этому состо нию характеристикам вибросигнала, а также позвол ет оценивать интенсивность износа рабочих поверхностей подшипника.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  диагностики подшипников качени , содержащее вибропреобразователь , к выходу которого подключен усилитель-корректор, канал измерени  частоты вращени , состо щий из фильтра частоты вращени  и первого частотомера, канал измерени  частоты вращени  сепаратора , состо щий из фильтра частоты вращени  сепаратора и второго частотомера, и последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), интерфейс, микроЭВМ и печатающее устройство, а также дисплей, причем входы каналов измерени  подключены к выходу усилител -корректора, а их выходы соответственно - к второму и третьему входам интерфейса, а второй вход-выход микроЭВМ подключен к дисплею, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности диагностики дефектов подшипников за счет учета фазовых изменений вибрационного сигнала во времени, а также повышени  точности определени  предотказного состо ни  подшипников , оно снабжено синтезатором и двум  параллельными каналами косинусной и синусной составл ющих вибросигнала, первый из которых содержит последовательно соединенные первый перемножитель и первый фильтр нижних частот, а второй канал - последовательно соединенные второй перемножитель, второй фильтр нижних частот и второй АЦП, выход которого подключен к четвертому входу интерфейса , при этом вход синтезатора подключен к выходу интерфейса, а косинусный и синусный его выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго перемножителей, вторые входы которых соединены с выходом усилител -корректора, а выход первого фильтра нижних частот подключен к входу первого АЦП.

   АЦП

   3tnfv#P