Устройство для диагностики подшипников качения

(5 3 ИЫВЗЯЯк 1 То Ц щщ СА бропреобраэоа корпусе объГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ленинградский институт авиационногоприборостроения(56) Авторское свидетельство СССРМ 1326935, кл. 6 01 М 13/04, 1987,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения технического состояния подшипниковых узлов. Цель изобретения - повышение точности диагностики подшипников за счет учета фазовых изменений вибрационного сигнала во времени, а также повышение точности определения предотказного состояния подшипников. Устройство содержит вибропреобразователь с Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения технического состояния подшипниковых узлов.Цель изобретения - повышение точности диагностики дефектов подшипников за счет учета фазовых изменений вибрационного сигнала во времени, а также повышение точности определения предотказного состояния подшипников.На чертеже показана схема предложенного устройства,Устройство содержит виватель 1, устанавливаемый н усилителем-корректором и каналы измерения частоты вращения подшипника и частоты вращения сепаратора, Входы каналов связаны с выходом усилителя-корректора, а выходы через интерфейс - с входом мик- роЭВМ, синтезатора и двух параллельных каналов косинусной и синусной составляющих 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 позволяет осуществлять синхронное детектирование, т.е. определять амплитуду и фазу вибросигнала на каждой информационной частоте. По амплитуде вибросигнала можно с высокой точностью определять дефекты изготовления и сборки подшипника, а по фазе судить об интенсивности локальных дефектов, оценивать интенсивность износа и определять предотказное состояние подшипника. 1 ил. екта над исследуемым подшипниковым узлом, и подключенный к его выходу усилитель-корректор 2, два канала измерения, первый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра 3 частоты вращения и первого частотомера 4, а второй - из последовательно соединенных фильтра 5 частоты вращения сепаратора и второго частотомера 6, два канала формирования ко-: синусной и синусной составляющих, первый из которых включает последовательно соединенные первый перемножйтель 7, первый Фильтр 8 нижних частот и первый АЦП 9, а второй канал - последова 1620881510 тельно соединенные второй перемножитель 10, второй фильтр 11 нижних частот ивторой АЦП 12, а также интерфейс 13, микроЭВМ 14, печатающее устройство 15, синтезатор 16 и дисплей 17, Входы фильтров 3и 5 и вторые входы перемножителей 7 и 10соединены соответственно с косинусным исинусным выходами синтезатора 16, входкоторого подключен к выходу интерфейса13, первый - четвертый входы которогосоединены с выходом АЦП 9, с выходамичастотомеров 4, 6 и с выходом АЦП 12 соответственно, а его вход-выход соединен спервым входом-выходом микроЭ ВМ 14, второй вход-выход которой соединен с входомвыходом дисплея, а ее выход соединен спечатающим устройством 15,Устройство работает следующим образом.Механические колебания подшипникового узла, появляющиеся, вследствие имеющихся в нем дефектов изготовления исборки, фиксируются на корпусе объектавибропреобразователем 1, который преобразует их в пропорциональный электрический сигнал. С усилителя-корректора 2,предназначенного для согласования высокого выходного сопротивления вибропреобразователя с последующими элементами иусиления, сигнал поступает на входы полосовых фильтров 3 и 5, настроенных соответ. ственно на частоту вращения внутреннегокольца подшипника и его сепаратора. Ширина полосы пропускания этих фильтров выбирается в зависимости от возможныхотклонений частоты вращения в процессеаксплуатации объекта от своего номинального значения. Выделенные фильтрами 3 и5 из спектра вибрации частоты вращениявнутреннего кольца и сепаратора подшипника измеряются соответственно частотомерами 4 и 6 и величины этих частот вдвоично-десятичном коде через второй итретий входы интерфейса 13 поступают воперативную память микроЭВМ 14. По введенной с дисплея 17 в память микроЭВМ 14программе производится расчет:В - угла контакта, равногоф:агссов(1 - 2 щ, (1)где Оо - диаметр окружности, проходящейчерез центры шариков,"Ош - диаметр шариков;й- частота вращения сепаратора;йЪ- частота вращения внутреннегокольца подшипника;танк - ряда информационных частот дефектов наружного кольца, определяемогопо зависимости 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1 нк=(2 Р -ф К) (1 св)гОс 1 з (2) где Е - число шариков в шарикоподшипнике (ш/и);Р - определенный набор целых чисел; К - номер гармоники дефекта;1 с - частота вращения сепаратора;в - частота вращения внутреннего кольца ш/п;1 вк - ряда информационных частот для дефектов внутреннего кольца, определяемоговк= (2 Р + К) 1 с+К(с-в)1, Щерш - ряда информационных частот для дефекта типа разноразмерность шариков, определяемого1 рш=Р 1 С, Р(1 св) (4)После расчета К-й информационной частоты для и-го вида дефекта микроЭВМ 14 пересылает значение рассчитанной информационной частоты в двоично-десятичном 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 подается сигнал с выхода усилителя-корректора 2. Результаты перемножения электрического сигнала, пропорционального вибрации подшипникового узла, и косинусного и синусного сигналов конкретной информационной частоты проходят через соответствующие фильтры 8 и 11 нижних частот, параметры которых выбираются так, чтобы подавить образовавшиеся в результате перемножения высшие гармоники информационных частот (суммарные, удвоенные и т.д.). Такая обработка информационного вибросигнала, известная под названием "синхронное детектирование", позволяет получить сигнал в комплексной форме. Таким образом, с выхода АЦП 9 считывается мнимая часть Во обрабатываемого сигнала, а с выхода АЦП 12 вещественная часть Аф, По величинам амплитуд гармонических сигналов, полученных в результате перемножения и представляющих собой мнимую и вещественную части сигнала информационной частоты, преобразованных в двоично-десятичную форму АЦП 9 и 12, производится расчет амплитуды Аь составляющей спектра вибрации на данной информационной частоте и текущей фазы р этой составляющей, которые накапливаются за заданный интервал времени.Формулы для расчета А и у:оАпк,Кгде Оп, - весовой коэффициент К-й информациЬнной частоты и-го вида дефекта:Апк - амплитуда составляющей спектравибрации на К-й информационной частотедля диагностики и-го вида дефекта,гп - значения дефекта п-го вида (п=1 - 35дефект наружного кольца, и= 2 - дефектвнутреннего кольца и= 3 - разноразмерность шариков).Затем микроЭВМ 1 по заданному алгоритму производит оценку наличия и величины локальных дефектов, а также делаетвывод о интенсивности износа, которые ха-.РаКтЕРИЗУЮт МОМЕНТ 1 п,о ВЫХОДа ПОДШИПНИка из строя, так как предотказномусостоянию соответствует питинговый износ, Для этого анализируются мгновенныезначения фаз, записанных в память микроЭ ВМ 14 для каждой информационной частоты. Для подшипника, не обладающеголокальными дефектами, изменения фазысигнала на информационной частоте представляют собой колебательный процессоколо некоторого среднего значения фазы.Среднее значение фазы определяется геометрическим расположением дефекта, проявляющегося на данной информационнойчастоте относительно измерительного вибропреобразователя и величиной этой информационной частоты (длиной волны). фо01 = агст 9Аи(6)Аналогично производится обработка вибрационного сигнала на заданном й 1 числе информационных частот для й 2 видов дефектов, причем после определения амплитуды и фазы сигнала на конкретной информационной частоте происходит снова считывание мгновенных значений частоты вращения внутреннего кольца и сепаратора ш/и, а затем расчет величины следующей подлежащей обработке частоты соответствующего ряда информационных частот.После получения амплитуд и фаз всех составляющих спектра вибрации для данного вида дефекта на информационных частотах, количество которых равно Й 1, цикл измерения повторяется Й 2 раз по количест. ву диагностируемых дефектов, Следовательно после Йг циклов измерения в памяти микроЭВМ 14 для каждой информационной частоты существует ряд записанных в памяти амплитуд и фаз. Затем производится усреднение амплитуд и расчет дефектов колец ш/и и разнораэмеренности шариков по формуле 5 10 15 20 25 Колебания фазы около среднего значения возникают из-за перемещения подвижных элементов подшипника и зависят от их конструктивных параметров и частоты вращения. Колебания эти, как процесс, носят монотонный периодический характер,Появление локальных дефектов приводит к нарушению монотонности колебательного процесса иэ-за появления скачкообразных изменений фазы, которые проявляются как конечные разрывы процесса. По количеству таких разрывов и их параметрам судят о интенсивности и величине локальных дефектов, Нарушение монотонности для процесса изменения фазы сигнала на информационных частотах дефектов наружного кольца свидетельствует о появлении локальных дефектов в зоне взаимодействия шариков с наружным кольцом. Таким же образом обнаруживают локальные дефекты в зоне взаимодействия шариков с внутренним кольцом для частот, кратных частоте вращения, а для наружного кольца кратных частоте вращения сепаратора.Об интенсивности износа судят по скорости Чр изменения среднего значения фазовых,колебаний, которая зависит от скорости изменения геометрических размеров элементов подшипника и, следовательно, расстояния до вибропреобразователя 1. Резкое увеличение скорости "ухода" среднего значения фазовых колебаний (Чрс момента Ь) на фоне возрастания интенсивности скачкообразных изменений фазы свидетельствует о предотказном состоянии подшипника, т,е. о питинговом износе.Наиболее точную диагностику по фазе можно получить, используя самые высокие информационные частоты, так как они обладают малой длиной волны и даже небольшие изменения геометрических параметров подшипника вызывают значительные изменения фазовых колебаний,Таким образом, предложенное устройство позволяет диагностировать подшипниковый узел, находящийся в реальных условиях экслуатации, При определении дефектов изготовления и сборки подшипника учитываются фазовые изменения вибросигнала, что позволяет значительно повысить точность диагностики.Устройство позволяет определить предоткаэное состояние подшипника,: так как вывод об этом делается по трем наиболее чувствительным к етому состоянию характеристикам вибросигнала, а также позволяет оценивать интенсивность износа рабочих поверхностей подшипника.1620881 формула изобретения оставитель В ехред М,Мор учинскнтал Корректор. Т. Палий елемеш дакто аказ 4240 ТиражПодписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Устройство для диагностики подшипников качения, содержащее вибропреобразователь, к выходу которого подключен усилитель-корректор, канал измерения чюстоты вращения, состоящий из фильтра частоты вращения и первого частотомера, канал измерения частоты вращения сепаратора, состоящий из фильтра частоты вращения сепаратора и второго частотомера, и последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), интерфейс, микроЭВМ и печатающее устройство, а также дисплей, причем входы каналов измерения подключены к выходу усилителя-корректора, а их выходы соответственно - к второму и третьему входам интерфейса,. а второй вход-выход микроЗВМ подключен к дисплею, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с,целью повышения точности диагностики дефектов подшипников за счет учета фазовых изменений вибрационного сигнала во времени, а также повышения точности определения предотказного состояния подшипни ков, оно снабжено синтезатором и двумяпараллельными каналами косинусной и синусной составляющих вибросигнала, первый из которых содержит последовательно соединенные первый перемножи тель и первый фильтр нижних частот, авторой канал - последовательно соединенные второй перемножитель, второй фильтр нижних частот и второй АЦП, выход которого подключен к четвертому входу интерфей са, при этом вход синтезатора подключенк выходу интерфейса, а косинусный и синусный его выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго, перемножителей, вторые входы которых со единены с выходом усилителя-корректора, авыход первого фильтра нижних частот подключен к входу первого АЦП.