Устройство для измерения жесткости подшипника качения

СООЗ Сов-:ТСНИХРЕСПУБЛИК 9) 01) 4(51) С 01 М 13/О АНИЕ И ВТОРСИО льство СССР4, 1980. ов ГОСУДАРСТВЕИНЬЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И, ОТКРЫТ(71) Ленинградский институт авиационого приборостроения(54) (5) УСТРОЙСТВО ДЛ 51 ИЗМЕРЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПОДШИПНИКА КАЧЕ 11 ИЯ по авт. св. Р 726460, о:т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью п ышения точности измерения, оно снабжено смонтированной на блоке нагружения с датчиком нагрузки осью для установки внутреннего кольца испытуемого подшипника, оправкой для установки наружного кольца испытуемого подшипника, стаканом, смонтированйым на подшипниках в основании соосно оправке приводом для вращения стакана, датчиками угла и момента, соединенными между собой через усилитель, статоры которых установлены в стакане, а роторы -на оправке, индикатором момента,вход которого соединен с выходомусилителя, последовательно соединенными частотомером, вход которогосоединен с выходом блока фильтров,программным блоком и генераторомкрутильных колебаний, выход которогосоединен с вторым входом усилителя,последовательно соединенными измерителем амплитуды вибрации, вход которого соединен с выходом блока филь- .тров, блоком определения резонансаи индикатором резонансной частоты,.последовательно соединеными вторымблоком масштабного преобразования,вход, которого соединен с выходом блока обратного преобразования, и блоком функционального преобразования,выход которого соединен с вторымвходом индикатора резонансной частоты, третий вход которого соединен свыходом частотомера, при этом выходизмерителя амплитуды вибрации соединен с вторым, входом программного бло.ка,.второй, третий"и четвертый выходы которого соответственно соединены с входами привода, генераторавынужденных колебаний и блока нагружения с датчиком нагрузки.34896сния стакана, датчиками угла и момента, соединенными между собой черезусилитель, статоры которых установ, лены в стакане, а роторы - на оправке, индикатором момента вход которогосоединен с выходом усилителя, последовательно соединенными частотомером,вход которого соединен с выходом блошка фильтров, программным блоком и11Изобретение относится к подшипниковой промьппленности и может быть преимущественно использовано для 1 измерения жесткости подшипника ка-: чения.По основному авт. св. 9 726460 известно устройство для измерения жесткости подшипника качения, содержащее вибропреобразователь, индикатор и последовательно соединенные генератор вынужденных колеба ний, блок нагружения с датчиком нагрузки, которое также снабжено фильтром переменной нагрузки, блоком выделения постоянной составляющей нагрузки, блоком масштабного преобразования и последовательно соединенными блоком фильтров, схемой разности амплитуд колебаний, схемой умножения амплитуд колебаний, блоком интеграторов, блоком определекия податливости, схемой задержки, блоком обратного преобразования, выход которого соединен с первым входом индикатора, причем третий выход блока кагружения с датчиком нагрузки через блок масштабного преобразования соединен с вторым входом индикатора, первый выход блока нагружения с датчиком нагрузки через фильтр переменной нагрузки, схему умножения амплитуд колебаний соединен со вторым входом блока определения податливости, а второй его выход через блок выделения постоянной составляющей нагрузки соединен со вторым входом схемы задержки, а второй выход блока масштабного преобразования соединен со вторым входом интеграторов и выход вибропреобразователя соединен со входом блока фильтров Ц .Однако известное устройство обладает тем недостатком, что оно имеет низкую точность измерения жесткости.Целью изобретения является повышение точности измерения жесткости подшипника.Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения жесткости подшипника качения снабжено смонтированной на блоке нагружения с датчиком нагрузки осью для установки внутреннего кольца испытуемого подшипника, оправкой для установки наружного кольца испытуемого подшипника, стаканом, смонтированным на подшипниках в основании соосно оправке, приводом для вращегенератором крутильных колебаний,выход которого соединен со вторымвходом усилителя, последовательносоединенными измерителем амплитудывибрации, вход которого соединен с 15 выходом блока Фильтров, блоком определения резонанса и индикатором ретзонанской частоты, последовательносоединенными вторым блоком масштабного преобразования, вход которого 20соединен с выходом блока обратногопреобразования, и блоком, функционального преобразования, выход которогосоединен со вторым входом икдикато"ра резонансной частоты, третий входкоторого соединен с выходом частотомера, при этом выход измерителя амплитуды вибрации соединен со вторым входом программного блока, второй, третий и четвертый выходы которого соответственно соединены со входами привода, генератора вынужденных колебаний и блока нагружекия с датчикомнагрузки.На чертеже дана блок-схема устройства.Устройство для измерения жесткостиподшипника качения 1 включает всебя последовательно соединенные блокнагружения с датчиком нагрузки 2 игенератор вынужденных колебаний 3,а также последователько соединенныевибропреобразователь 4, блок фильтров 5, схему разности амплитуд коле.баний 6, схему умножения амплитуд 7,блок интеграторов 8, блок определения 45 податливости 9, схему задержки 10,блок обратного преобразования 11 ииндикатор жесткости 1.2 исследуемогоподшипника 1, а также фильтр переменной нагрузки 13, блок масштабногопреобразования 14 и блок выделенияпостоянной составляющей 15, причемпервый выход блока нагружения с дат"чиком нагрузки 2 через фильтр переменной нагрузки 13, схему умноже ния амплитуд 7 соединен со вторымвходом блока определения податливос- .ти 9 второй выход блока нагружения с датчиком нагрузки 2 через блок3 11 выделения постоянной составляющей 15 соединен со вторым входом схемы задержки 10, а третий выход - через блок масштабного преобразования 14 соединен со вторым входом индикатора жесткости 12, Второй выход блока масштабного преобразования 14 соединен со вторым входом блока интегра торов 8. На наружное кольцо исследуемого подшипника качения 1 насажена оправка 16, на которой установлены роторы электромагнитных датчиков момента 17 и угла 18, Статоры датчиков момента 17 и угла 18 установлены в стакане 19, который вращается приводом 20 в опорных подшипни" ках 21 относительно основания. Статорные обмотки датчиков угла 18 и момента 17, обеспечивающих измерение момента сопротивления вращению (МСВ) подшипника качения 1, соединены через усилитель 22. Для фиксации сигнала, пропорционального измеряемому МСВ, служит индикатор момента 23. Работой устройства управляет про. граммный блок 24, первый выход которого соединен с генератором 25 крутильных колебаний. Выход генератора 25 крутильных колебаний соединен со вторым входом усилителя 22. Втррой выход программного блока 24 соединен со входом привода 20,.третий выход - со входом генератора 3 вынужденных колебаний, четвертый - со вторым входом блока нагружения с датчиком нагрузки.2. Первый и второй входы программного блока 24 соединены с выходами частотомера 26 и измерителя амплитуды вибрации 27, входы которых соединены с выходом блока фильтров 5. Выход измерителя амплитуды вибрации 27 соединен с последовательно соединенными блоком определения резонанса 28 и индикатором 29 резонансной частоты, второй вход последнего соединен с выходом частотомера 26, Выход блока 11 обратного преобразования соединен с последовательно соединенными вторым блоком масштабного преобразования 30 и блоком функционального преобразования 31, выход которого соеди. нен совторым входом индикатора 29 резонансной частоты. Внутреннее кольцо исследуемого подшипника качения 1 для обеспечения возможности его вращения закреплено на оси 32, механически связанной с блоком нагружения с датчиком нагрузки 2. 348964Устройство работает следующимобразом.По сигналу со второго выходапрограммного блока 24 привод 20, представляющий собой регулируемый электродвигатель с редуктором, вращает стакан 19. Сигнал со статора датчикаугла 18, пропорциональный углу рассогласования между стаканом 19 иоправкой 16, поступает на первый входусилителя 22. Усиленный сигнал поступает на статорную обмотку датчика момента 17, обеспечивая вращениеоправки 16 со скоростью вращения ста.кана 19. Таким образом, наружноекольцо подшипника качения 1 вращается со скоростью, задаваемой приводом 20. Величина электромагнитногомомента, создаваемого датчиком момента 17, является критерием МСЗ 20исследуемого подшипника качения 1и фиксируется индикатором момента 23,В качестве датчиков угла 18 имомента 17 использованы электромагнитные датчики с короткозамкнутыми обмотками роторов. Это позволяетотказаться от токоподводов к оправке 16 и уменьшить ее .вредный МСВ, который приводит к увеличению погреш"ности измерения МСВ исследуемого 30;усилителя 22 используется стандартный усилитель следящего привода, в%качестве индикатора момента - ампер"метр, тарированный в единицах мо мента. Электромеханический привод 20имеет значительную инерционность ииспользуется для создания отиоситель.ного движения колец подшипника спостоянной скоростью, Для задания 40 колебательного движения колец подшип.ника качения,3 по сигналу с первоговыхода программного блока 24 генератор крутильных колебаний 25, в качестве которого используется стандарт ный генератор звуковой частоты, подает на второй вход усилителя 22напряжение, изменяющееся по закону,который необходимо обеспечить приотносительном движении колец подшип вика, В усилителе 22 это напряжениесуммируется с сигналом, поступающимс датчика угла 18, и на датчик момента 17 поступает суммарный сигнал.Оправка 16 таким образом будет дви гаться со скоростью, постоянная составляющая которой задается приводом20, а переменная - генератором крутильных колебаний 25. Интегрирующие5 11348 звенья, входящие в состав усилителя, 22, позволяют определять среднее по времени значение МСВ подшипника качения 1 при колебательном движении его колец, при их отключении измеряется текущее значение МСВ, в частности МСВ трогания. Таким образом, описанные выше блоки предназначены для обеспечения режима работы исследуемого подшипника близкого к 1 О реальному, а также для измерения МСВ подшипника, Для наиболее полного соответствия условий испытаний реальным условием эксплуатации блок нагружения с датчиком нагрузки 2 состоит из генератора механических колебаний управляемого через первый вход генератором 3 вынужденных колебаний и газостатических осевого и радиального нагружающих устройств, 20 создающих постоянную по величине нагрузку на оправку 16, жестко связанную с наружным кольцом подшипника качения 1. Величина осевых и радиаль ных нагрузок регулируется сигналом, 25 поступающим на второй вход блока нагружения с датчиком нагрузки 2 с четвертого выхода программного блока 24. Измерение жесткости подшипника осуществляется с помощью блоков 2-15. З 0 Блоком нагружения с датчиком нагрузки 2 создают нагружение, соответствующее постоянной составляющей нагрузки, действующей на испытуемый подшипник качения 1, а также определяют значение амплитуды изменения нагруз 35 ки, Включают генератор вынужденных колебаний 3, по сигналу которого блок нагружения с датчиком нагрузки 2 создает гармоническое колебание на 40 ,грузки в заданных пределах с заданной ,частотой, которая через ось 32 передается на внутреннее кольцо подшипника качения 1 и вызывает его вынужденные колебания. Колебания подшипни 45 ка 1 приводят к врзникновению вибрации оправки 16; которая измеряется вибропреобразователем 4Вибропреобразователь 4 выполнен бесконтактным (например емкостным), так как оправка 16 вращается. Сигнал с вибро50 преобразователя 4 подается на блок фильтров 5. От блока фильтров 5 сигналы, соответствующие амплитудам колебаний, поступают на вход схемы 6 разности амплитуд колебаний, сигналы с выхода которой передаются на первый вход схемы умножения амплитуд 7 колебаний. Сигналы, создаваемые на пер 9.6 бвом выходе блока нагружения с датчиком нагрузки 2, через фильтр перемен ной нагрузки 13 направляются на вто" рой вход схемы умножения амплитуд 7 колебаний, Сигналы с первого выхода схемы 7 поступают на первый вход блока интеграторов 8, а сигнал со второго ее выхода - на второй вход блока определения податливости 9, На первый вход блока 9 направляются сиг налы с выхода блока интеграторов 8, соответствующие произведениям разностей амплитуд колебаний на обратную величину нагрузки за промежуток времени, задаваемый блоком масштабного преобразования 14, Полученный на выходе блока определения податливости 9 сигнал, соответствующий податливости подшипника качения 1 подается на блок обратного преобразования 11 с временной задержкой, создаваемой схемой задержки 10. Значение временной задержки определяется схемой задержки 10 в соответствии с сигналом постоянной составляющей нагрузки, поступившим от второго выхода блока нагружения с датчиком нагрузки 2 через блок выделения постояннойсоставляющей нагрузки 15. Сигналс вьгхода блока обратного преобразования 11, соответствующий значению жесткости подшипника качения 1, принимается на первом выхрде индикатора жесткости 12, на второй вход которого через масштабного преобразования 14 поступает сигнал с третьего выхода блока нагружения с датчиком нагрузки 2. По индикатору жесткости 12 определяется значение жесткости испытуемого подшипника качения 1 в заданном интервале нагрузки, Для определения резонансной частоты колебательной системы, в которой упругим элементом является подшипник качения 1, программный блок 24, представляющий собой аналоговую вычислительную машину, плавно изменяет. частоту колебаний, создаваемых генератором вынужденныхколебаний 3, поддерживания при этомпостоянной их амплитуду. С выходаблока фильтров 5 сигнал, характери-.зующий вынужденную вибрацию оправки 16, поступает на частотомер 26и измеритель амплитуды вибрации 27,в качестве которых используются стандартные измерительные приборы. Сигналс выхода измерителя амплитуды вибра-ции 27 поступает на первый вход7 113 блока определения резонанса 28, где запоминается при помощи пикового детектора, входящего в состав блока 28 в строгом соответствии "амплитуда. частота", Текущее значение амплитуды вибрации, поступающее напервый вход блока определения резонанса 28, непрерывно сравнивается с находящимся в памяти. При достижении максимального значения амплитуды вибрации на первый вход индикатора резонанса 29 поступает сигнал на фиксацию частоты, при которой наступает резонанс, поступающей с частотомера 26 на второй вход индикатора резонанса 29Сигнал, характеризующий значение частоты, со второго входа индикатора резонанса через преобразователь "частота-напряжение" поступает на аналоговый ключ, который срабатывает при поступлении сигнала на первый вход индикатора резонанса 29. Величина напряжения на выходе ключа характеризует в определенном масштабе частоту собственных колебаний. Текущие значения частоты и амплитуды, поступающие на первый и второй входы индикатора резонанса 29 позволяют построить амплитудно-частотную характеристику колебательной системы и определить значения коэффициентов динамичности и демпфирования. Точность измерения собственной частоты повышается эа счет совместного использования информации об амплитудно-частотном спектре и жесткости подшипника качения 1. Для учета информации о жесткости с выхода блока обратного преобразования 11 на второй блок масштабного преобразования 30 подается сигнал, пропорцинальный жесткости С подшипника качения 1, После умножения этого сигнала на масштабный коэффициент в блоке функционального преобразования 31 производится вычисление резонансной частоты 1Вм,ргде п 1 п - приведенная масса системы тел, состоящей из наружного кольца подшипника качения 1 и оправки 16, Блоки 30 и 31 представляют собой усилители. Сигнал, характеризующий значение резонансной частоты, 4896 8поступает на третий вход индикатора резонансной частоты 29, с которого он подается на сумматор, где складывается с сигналом поступающим с аналогового ключа, входящего в состав индикатора 29, Суммарцьп сиг нал делится на 2 в операционном усилителе и полученный сигнал, характеризующий среднее значение резонанс 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 нбй частоты, определенный из ам-.плитудно-частотного спектра и рассчитанный с помощью известного значенияжесткости подшипника, фиксируетсяс помощью прибора, шкала которогоотградуирована на частоте,Устройство обеспечивает такжережим испытаний, предусматривающийизмерение МСВ подшипника в условияхвнешней вибрации, создаваемой блоком нагружения с датчиком нагрузки 2 по сигналу с генератора вынужденных колебйний 3 и передаваемойчерез ось 32 на внутреннее кольцоподшипника качения 1. Для контроля параметров создаваемой вибрациина первый и второй входы программного блока 24, управляющего работой генератора вынужденных колебаний 3, с частотомера 26 и измерителя амплитуды вибрации 27 подаются соответствующие сигналы.При отсутствии внешней вибрации,создаваемой блоком нагружения с дат%чиком нагрузки 2, сигналы, поступающие с частотомера 26 и измерителяамплитуды вибрации 27, могут быть"использованы для построения амплитудно-частотного спектра и измеренияобщего уровня собственной вибрацииподшипника качения 1.Устройство позволяет повыситьточность измерения жесткости прдшипника за счет создания условий измерений, близких к реальным условиямэксплуатации в .наличие относительногоперемещения колец подшипника по любому закону, и различных по величине осевых и радиальных нагрузок наподшипник, Кроме жесткости устройство позволяет измерять другие динамические параметры подшипника - частоту собственных колебаний, МСВ движения и трогания при различных сочетаниях нагрувок и скоростей вращенИя, а также при воздействии внешней вибрации,1134896 Составитель И, Бараноктор А, Долинич Техред Т.Фанта Корректор шетн Подпис Зака ауш"Патент", г, Ужгород, ул. Проектна Филиал 084/39 Тираж ВНИИПИ Государст по делам изобр 13035, Москва, Ж-Э898 енног тений омитета СССРоткрытий ая наб д. 4/