Устройство для диагностики подшипников качения

(51)5 6 01 М 13/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫПРИ ГКНТ СССР ТИЯМПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / П.Рузащев и нострое- подшипте К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ленинградский институт авиационногоприборостроения(56) Авторское свидетельство СССРМ 635404, кл, 6 01 М 13/04, 1977,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ(57) Изобретение относится к шарикопод- .шипниковой промышленности и может бытьиспользовано для диагноСтики подшипников качения и определения вида дефектов и Изобретение относится к маши . нию и может быть использовано вниках промышленности,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для диагностики подшипников качения, которое содержит последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель, частотный анализатор, режимный переключатель, блок определения весовых коэффициентов (блок определения вероятности дефекта), блок ввода весовых коэффициентов (блок ввода вероятности дефекта), блок п ерем ноже ния, усил ител ь-огра н ичитель, сумматор, осредняющий блок и индикатор, причем второй вход блока перемножения соединен с вторым выходом режимного пе,реключателя. Известное устройство позволяет определять вид дефекта подшипника и его величину. их величины, Целью изобретения является повышение точности диагностики величины дефектов подшипников качения. Это достигается тем, что в устройство для.диагностики подшипников качения, содержащее вибропреобразователь, усилитель, частот-: ный анализатор параллельного типа, режимный переключатель, блок определения весовых коэффициентов, блок ввода весовых коэффициентов, блок перемножения, сумматор и индикатор, дополнительно введены блок возведения в квадрат и блок извлечения квадратного корня. Это позволяет повысить точность диагностирования за счет уточнения функциональных зависимостей между амплитудой вибрации и значением дефекта. 3 ил. К недостаткам известного устройства относятся сравнительно невысокая точность определения величины дефекта, поскольку величина дефекта в действительности пропорциональна не амплитуде вибрации, а квадрату амплитуды вибрации на информационных частотах, Кроме того, взвешенная амплитуда вибрации преобразуется в число-импульсный код в пороговых устройствахвходящих в усилитель-ограничитель, и точность в значительной степени зависит от уровня дискретизации.Целью изобретения является повышение точности диагностики величины дефектов подшипников качения.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для диагностики подшипников качения. содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, усилиль, частотный анализатор, режимный(1)где М - масса колеблющегося элемента подшипника качения;чц - виброскорость на)-й информационной частоте при величине дефектов г;С - упругая характеристика (жесткость)подшипника качения,Преобразуем систему (1) и представимв виде;К 1 Ч 11 + К 2 Ч 12 + + КПЧ 1 п = Г 1к 1 ч 21 1 к 2 ч 22 ф, + кпч 2 п = г 2: (2)2 2 2 2,К 1 Чв 1 + М 2 Чв 2 + " + КпЧвп = Гв,2 2 2 2 где 11 - весовой коэффициент)-й информационной частоты.Анализ системы (2) показывает, что для определения весовых коэффициентов информационных частот необходимо иметь эталонные объекты с различными величинами дефекта г 1, г 2,. гв. Изменив виброскорости на информационных частотах, можно составить матриц ч виброскоростей; Ч 11 Ч 12 . Ч 1 п2 2гЧ 21 Ч 22Ч 2 п(3) 2 2 2Чв 1 Чв 2Чвп В таком случае (2) перепишется как ЧК= В, (4) где К =к 1, к 2 кп - вектор весовых коэффи циентов,переключатель, блок определения весовых коэффициентов, блок ввода весовых коэффициентов и блок перемножения, а также сумматор и индикатор, снабжено блоком извлечения квадратного корня и блоком возведения в квадрат, который включен между вторь 1 м выходом режимного переключателя и вторым входом блока перемножения, выход которого подключен через последовательно соединенные сумматор и блок извлечения квадратного корня и индикаторуПредлагаемое устройство позволяет с более высокой точностью определить величинуу дефекта.Технологические погрешности изготовления и сборки дефекты) элементов подшипников качения приводят к механическим колебаниям (вибрации) объекта на информационных частотахНа основании равенства кинетической и потенциальной энергий можно записать систему уравнений:- Мч + - Мч 12 + + - Мч 1 п = - МЧ 1 1 2 1 2 1 2 1 2 2 н 2Ь , 2 - Мч 21 + - Мч 22 ++ Мч 2 п = - Сг 2 1 г 1 г 1 2 1 2, 2 2 .2 240 дикатор 9, а также последовательно соединенные блок 10 определения весовых коэффициентов и блок 11 ввода весовых коэффициентов, подключенные между режимным переключателем 4 и блоком. 6 455055 перемноженияБлок 10 определения весовых коэффициентов состоит из блока 12 аналого-цифровых преобразователей (АЦП), портов авода-вывода 13 информации в микропроцессор, микропроцессора 14 и оперативного запоминающего устройства(ОЗУ) 15,Блок 11 ввода весовых коэффициентовсостоит из перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) 16и блока 17 буферных регистров,Устройство работает следующим образом.Режимный переключатель 4 обеспечивает работу устройства в режимах распознавания и обучения, соединяя выход Я =Г 1, Г 22Гв " - ВЕКтОр двфЕКтОВ.Вектор весовых коэффициентов можетбыть определен с помощью процедурыпсевдообразования матрицы М при любом5 соотношении а и п(аи, щи, а = и):К ч Р (5)+где Ч - псевдообратная матрица по отношению к матрице ч,В случае, когда п 1 = п, псевдообратная10 матрица тождественна обратной матрице:Ч+ =Ч 1,Процедура определения весовых коэффициентов выполняется в режиме "Обучение".15 Такая обработка информации в режимедиагностики ирежиме обучения значительно повышает точность диагностики, поскольку наиболее точно отражает физикупроцессов при появлении дефектов элемен 20 тов подшипников с учетом энергетическогоподхода. Процедура определения величиныдефекта, предложенная в известных устройствах, как сумма взвешенных амплитуд вибрации, может быть использована в качестве25 первого приближения и, следовательно, будет иметь большую погрешность при проведении диагностики.На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства для диагно 30 стики подшипников качения, на фиг. 2 -схемы блоков определения и ввода весовыхкоэффициентов; на фиг, 3 - алгоритм расчета весовых коэффициентов,Устройство содержит последовательно35 соединенные вибропреобразователь 1, усилитель 2, частотный анализатор 3, режимный переключатель 4, блок 5 возведения в.квадрат, блок 6 перемножения, сумматор 7,блок 8 извлечения квадратного корня и инвибропреобразователя 2 и частотного анализатора 3 параллельного действия аналогична их работе в режиме распознавания.Через режимный переключатель 4, находящийся в положении "Обучение", сигналы с частотного анализатора 4, пропорциональные виброскорости Чц, на)-й информационной частоте ) = 1.п) при значении 1-го дефекта г( =1 т), поступают на п входов 0 блока 10 определения весовых коэффициентов, Блок 12 АЦП преобразует электрический сигнал на информационных частотах в цифровой код и подает его в порты 13 ввода-вывода. По команде с микропроцессора 14 осуществляется запись сигналов в ОЗУ 15. Ввод информации и вывод весовых коэффициентов осуществляются микропроцессором известным образом, Алгоритм расчета весовых коэффициентов в микропроцессоре 14 представлен на фиг. 3, где Ч - 1-й столбец в матрице Ч размерностью гпк Чк = (Ч 1,Ч) - матрица, образованная первымистолбцами матрицы Ч; Ь - последняя строка в матрице Ч (к = 1п: частотного анализатора 3 в первом режиме с последовательно соединенными блоком 5 возведения в квадрат, блоком 6 перемножения, сумматором 7, блоком 8 извлечения корня и индикатором 9, а во втором 5 режиме - с последовательно соединенными блоком 10 определения весовых коэффициентов и блоком 11 ввода весовых коэффициентов, В режиме распознавания дефекта вибропреобразователь 1 преобразуетмеха нические колебания диагностируемого подшипникового узла в электрический сигнал, усиливаемый усилителем 2, Сигнал, пропорциональный виброскорости, поступает на вход частичного анализатора 3, который 15 имеет и параллельных каналов по числу информационных частот, характеризующих анализируемый вид дефекта г 1, Амплитуда напряжения с выхода)-го канала частотного. анализатора 3, пропорциональная вибро скорости на)-й информационной частоте Ч, через режимный переключатель 4, находящийся в положении "Распознавание", поступает на вход блока 5 возведения в квадрат. С выхода блока 5 напряжение. про порциональное квадрату виброскорости на )-й информационной частоте Ч;, поступает на вход блока 6 перемножения, где умножается на весовой коэффициент К )-ой информационной частоты, определенный в 30 режиме обучения, Напряжение, пропорциональное произведению (К;Ч ), поступает нагвход сумматора 7, который имеет и ) = 1,п) входов, С выхода сумматора 7 снимается напряжение, пропорциональное сумме. 35 взвешенных квадратов виброскоростей наиинформационных частотах , К;Ч; или, чтог1=то.же самое, согласно формулам (1) и (2) про-, 0 порциональное квадрату величины дефекта г", Напряжение с выхода сумматора 7 поступает в блок 8 извлечения квадратного корня. С выхода блока 8 снимается напряжение, пропорциональное величине 45 дефекта г, которое поступает в индикатор 9, индицирующий величину дефекта г в микронах.В режиме обучения вибропреобразователь 1 преобразует механические колебания эталонных подшипниковых узлов с дефектами, характер и величина которых г известны, в электрический сигнал. Работа Ч = а; Ч =Ч), Сигналы, пропорциональные весовым коэффициентам К, записываются в ППЗУ 16 блока 11 ввода весовых коэффициентов, Ввод весовых коэффициентов осуществляется по команде микропроцессора 14, Коды весовых коэффициентов К 1 в цифровой форме через порты 13 ввода-вывода перезаписываются из ППЗУ 16 в блок 17 буферных регистров и управляют коэффициентами передачи каналов блока 6 перемножения.Формула изобретения Устройство для диагностики подшипников качения, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель, частотный анализатор, режимный переключатель, блок определения весовых коэффициентов, блок ввода весовых коэффициентов и блок перемножения, а также сумматор и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности диагностики, оно снабжено блоком извлечения квадратного корня и блоком возведения в квадрат, который включен между вторым выходом режимного переключателя и вторым входом блока перемножения, выход которого подключен через последовательносоединенные сумматор иблок извлеченияквадратного корня к индикатору.