Устройство для диагностики подшипников качения

(50 4 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ частосепа р свяэа ия сеп датчикотора; Н ы вращольцонерционустано дшипника закрепле связаноупруэлеменменте, жестк о ленным на основани нтом. С инерционным ны также блоки зада м элем м связ я осеи чик н ся в про- еобразова ты вращения вцессоре счетнтеля. Первыйпреобразовате оизводи ющего и счетнозан с б-реш шающего ком упв люче равления, а второи гистрирующему устр ву. 1 ил ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРУ 1134896, кл. С 01 М 13/04, 1985.(54),УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к областиприборостроения. Цель изобретения -повышение точности диагностики состояния подшипников качения. С помощьюпредлагаемого устройства может бытьпроведена диагностика технического .состояния подшипников качения путемизмерения совокупности статических,кинематических и динамических характеристик. Устройство содержит исследуемый подшипник, внутреннее кольцокоторого закреплено на валу привода,адиальнои нагрузок и задатальных условий, управляемый блоком задания начальных условии.Колебательное движение инерционногоэлемента фиксируется датчиком углового положения. Обработка сигналов,поступающих с усилителя-преобразователя, выходов формирователя переходной характеристики, формирователячастоты вращения сепаратора, схемысовпадения и формирователя часто 1 13Изобретение относится к области. приборостроения и может быть исполь. зовано для диагностики подшипников качения.Цель изобретения - повышение точности диагностики состояния подшинников качения.На чертеже дана схема устройства.Предлагаемое устройство содержит исследуемый подшипник 1, внутреннее кольцо которого закреплено на валу привода 2, а сепаратор связан с датчиком 3 частоты вращения сепаратора. Наружное кольцо подшипника закреплено на инерционном элементе 4, жестко связанном с установленным на основании упругим элементом 5. С инерционным элементом 4 связаны также последовательно соединенные эадатчик 6 начальных условий и блок 7 задания начальных условий.С инерционным элементом 4 связаны также последовательно соединенные датчик 8 осевой нагрузки и блок 9 зада-ния осевой нагрузки и последовательно соединенные датчик 10 радиальной нагрузки и блок 11 задания радиальной нагрузки.К инерционному элементу 4 подключен также датчик 12 углового положения, выход которого через усилитель- преобразователь 13 подключен к формирователю 14 переходной характеристики. Первый и второй выходы формирователя 14 подключены соответственно к первому и второму входу счетно- решающего преобразователя 15, третий вход которого связан с первым выходом усилителя-преобразователя 13, а четвертый и пятый - соответственно с вторым выходом формирователя 16 частоты вращения сепаратора и выходом схемы 17 совпадения, Вход формирователя 16 подключен к выходу датчика 3 частоты вращения сепаратора, первый вход - к первому входу схемы 17 совпадения, к второму входу которой подключен четвертый выход формирователя 18, первый выход которого связан с первым входом блока 7 задания начальных условий, а вход - с датчиком 19 частоты вращения вала, связанными с внутренним кольцом подшипника 1, третий выход формирователя 18 подключен к второму входу блока 20 задания частоты вращения вала, первый вход которого подключен к первому выходу блока 21 управления, а выход - к приводу 2. Второй, тре 18826 2 5 Ю 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тий и четвертый выходы блока 21 управления соединены соответственнос третьим входом блока 7 задания начальных условий, вторым входом блока 11 задания радиальной нагрузкии вторым входом блока 9 задания осевой нагрузки, а вход блока 2 1 управления подключен к первому выходусчетно-реаающего преобразователя 15,второй выход которого связан с ре"гистрирующим устройством 22.Устройство работает следующим образом.Внутреннее кольцо исследуемогоподшипника 1 устанавливается на валу привода 2, а на наружном кольцеустанавливается инерционный элемент4, с которым через гаэостатическиеподушки связаны блок 9 задания осевой нагрузки и блок 11 задания радиальной нагрузки. После этого устройство работает последовательно врежиме Подготовка" и ИзмерениеВ режиме Подготовка последовательно производится задание скоростногорежима, режимов нагружения и заданиевеличины начальных условий следующим образом. В исходном состояниисигнал на втором входе блоков 9 и11 отсутствует, в резульТате чегопо сигналу датчиков 8 и 10 осевойи радиальной нагрузок соответственноустанавливается величина осевой ирадиальной нагрузок, равная нулю,Сигналы на выходе остальных блоковотсутствуют. После окончания переходных процессов с выхода счетнорешающего преобразователя 15 черезблок 21 управления на второй входблока 20 задания частоты вращениявала подается сигнал, появлениекоторого приводит к появлению управляющего сигнала, приводящего к соответствующему изменению частотывращения вала привода 2 до тех пор,пока сигнал обратной связи на первом входе блока 20, сформированный с помощью датчика 19 частотывращения вала и формирователя, достигнет величины сигнала на второмвходе блока 20,Таким образом, задается режим работы подшипника, соответствующийусловиям эксплуатации. После достижения заданной величины частоты вращения с выхода счетно-решающего преобразователя 15 через блок 2 1 управления на второй вход блока 9 задания осевой нагрузки и второй вход3 13188 блока 11 задания радиальной нагрузки подаются сигналы, пропорциональные требуемой величине осевой и радиальной нагрузок, что приводит к автоматической установке этих нагру 5 зок на исследуемый подшипник 1 с помощью датчиков 8 и 10 осевой и радиальной нагрузок и блоков 9 и 11 задания осевой и радиальной нагрузок.Остальные блоки работают следую щим образом. При подаче сигнала на второй вход блока 20 задания частоты вращения элементы исследуемого подшипника приходят в движение.При этом на выходе датчика 19 15 частоты вращения вала формируется последовательность импульсов с периодом Т= Т, / , где Т- период одного оборота вала; 2 - число импульсов датчика 19 частоты вращения 20 вала за один оборот. На выходе датчика 3 частоты вращения сепаратора формируется последовательность импульсов с периодом Т = Т , где Т- период одного оборота сепара тора; ш - число шариков, а на выходе датчика 12 углового положения - частотно-модулированный сигнал, моду. лирующая функция которого дает представление об угловом положении инер ционного элемента 4,Дальнейшее преобразование сигналов осуществляется следующжч образом. С помощью формирователя 18 из сигнала .датчика 19 частоты вращения вала формируется последовательность нормированных импульсов, которая поступает на первый и четвертый выходы формирователя 18,и аналоговый 40 сигнал, пропорциональный частоте вращения вала, который поступает наФ.третий и второй выходы формирователя 18. Сигнал с третьего выхода формирователя 18 поступает на второй вход блока 20 задания частоты вращения вала, где используется как сигнал обратной связи для установки и стабилизации требуемой частоты вращения.Сигнал с второго выхода формирователя 18 поступает на шестой входсчетно-решающего преобразователя 15, импульсный сигнал с первого выхода формирователя 18 поступает на первый вход блока 7 задания начальных условий, где из этой последовательности формируется последовательность импульсов стабильнойамплитуды и длительности. 26 4Напряжение на выходе блока 7 задания начальных условий и выходе задатчика 6 начальных условий равно нулю, поскольку в исходном состоянии напряжение на третьем входе блока 7 задания начальных условий равно нулю.С четвертого выхода формирователя 18 импульсный сигнал поступает на второй вход схемы 17 совпадения, на первый вход которой поступает импульсный сигнал с первого выхода формирователя 16 частоты вращения сепаратора.На выходе схемы 17 совпадения формируется бинарный сигнал, частота переключения которого определяется моментами совмещения фронтов импульсных сигналов на втором и первом входах блока 17, что соответствует моментам сопряжения одних и тех же точек беговых дорожек и комплекта шариков в сепараторе.Этот сигнал поступает на пятый вход счетно-решающего преобразователя 15, на четвертый вход которого поступает сигнал с второго выхода формирователя 16, пропорциональный частоте вращения сепаратора.Частотно-модулированный сигнал с выхода датчика 12 углового положения поступает на вход усилителя-преобразователя 13 и несет информацию о статическом смешении инерционного элемента, вызванном действием постоянных и медленно меняющихся составляющих моментов трения, знак которых определяется знаком скорости относительного движения элементов подшипника качения.Поскольку в исходном положении задатчик 6 начальных условий отключен, сигнал на втором выходе усилителя-преобразователя 13 отсутствует, так же как и на первом, втором и третьем выходах формирователя 14 переходной характеристики, к входу которого подключен второй выход усилителя-преобразователя 13.После этого производится задание величины начальных условий, которое рсуществляется следующим образом. С выхода счетно-решающего преобразователя 15 через блок 2 1 управления на третий вход блока 7 задания начальных условий подается напряжение, величина которого определяет параметры формируемого в блоке 7 пробного импульса, энергия которого определяется ав1318826 6Поскольку всегда присутствуют нели нейные составляющие моментов сопротивления, обусловленные непинейностью процессов трения в подшипнике, измерение параметров импульсной переходной характеристики производится для всего диапазона допустимых угловых колебаний инерционного элемента 4 пу" тем возвращения устройства в режим "Подготовка" и задания соответствующих начальных условий вие. При этом на втором выходе усили переходную характеристику, являющуюся реакцией колебательной системы, вкоторую входит исследуемый подшипник, 15 в требуемом диапазоне режимов работы.Распознавание составляющих диссипативных моментов сопротивления производится в счетно-решающем преобразователе 15 путем определения коэффициентов Ь, полиномаМ (Ч) = ь, -- : - + Ь,Я + ЬЯЯ+э (3)3(у 1 рователя 14 формируется аналоговый 20сигнал, дающий представление об изме-. аппроксимирующего силовую характеристику исследуемой системы, где обобщенная скорость, Определение коэффициента Ь; ведется в счетно-решающем устройстве 15 следующим образом,Для начальных условий (1) вычисляются суммы х. = А, + Аи разности1у = А . - А . соседних полуразмахов; находятся вспомогательные величины 35 40 50 и(5) и вычисляется коэффициент разложения,например, трехчленной аппроксимации,достаточно точно описывающий силовую характеристику: ь = -, ь = - -, ь = - , - р, (6)СМ 234 ;1 ф Р 2 и ао с томатически в результате сравнения уставки на третьем входе блока 7 с сигналом на втором входе блока 7, возникающим в результате восприятия цепочкой датчик 12, усилитель-преобразователь 13, формирователь 14 реакции механической колебательной системы, в которую входит исследуемый подшипник, на импульсное входное воэдейсттеля-преобразователя 13 возникает сигнал, представляющий собой импульсную на импульсное входное воздействие.Этот сигнал поступает на вход формирователя 14 параметров переходной характеристики. На втором выходе форминении периода колебаний в зависимости от амплитуды колебаний, режимовработы и расположения элементов подщипника, Указанные сигналы с первого и второго выходов формирователя 14 поступают соответственно на первый и второй вход счетно-решающего преобразователя 15, а с третьего выхода - на второй вход блока 7Таким образом, в режиме "Подготовка" Йа входах счетно-решающего преобразователя 15 имеются следующие сигналы: на первом и втором входе сигналы с.первого и второго выходов формирователя 14, на третьем - сигналс первого вьиода усилителя-преобразователя 13, на четвертом - сигнал свТорого выхода формирователя 16 частоты вращения сепаратора, на пятом -сигнал с выхода схемы 17 совпадения,а на шестом - сигнал с выхода формирователя 18 частоты вращения вала.После окончания переходньи процессов устройство переключается врежим "Измерение". При этом работойсчетно-решающего преобразователя 15управляет сигнал, поступающий на пятый вход счетно-решающего преобразователя 15,Отработка сигналов и разбиениена классы составляющих диссипативныхмоментов сопротивления и переменныхсоставляющих консервативных моментов сопротивления, а также вычисление их количественных характеристикКпроизводится для начальных условийТ О, ,(Ю (1) М (О),У (О), , Ч(О)7 131882Расчет повторяется для начальных условий (2), а полученные результаты обрабатываются с применением метода наименьших квадратов..Переменные составляющие консервативных моментов сопротивления С(8) определяются на основании зависимостей угловой частоты свободных колебаний сО от полуразмаха А 10=:-(1 ГОдновременно с вычислением динамических составляющих моментов тренияпроизводится вычисление статическихи кинематических соотношений в соответствии с выражениями И (Т) = С У (С),=оэ.е (с) э (с) = т (с)/т И),где М, (ц - статическое у ловоесмещение инерционногоэлемента 4;С - крутильная жесткостьупругого элемента 5;М (й) - постоянные и медленнотР.с п 30меняющиеся составляющиеся моментов трения;.- скорость и период врасеп( сеп щения сепаратора;,.) (11 Т ц) - скорость и период вращения вала.35Результаты вычислений по соотношениям (6), (7)и (8) выводятся с выхода счетно-решающего преобразователя.15 на регистрирующее устройство 22.Устройство проводит диагностику40 состояния подшипников качения как9при неподвижном, так и при вращающемся внутреннем кольце, что позволяет повысить достоверность распознавания составляющих сил вязкоупругого сопро 45 тивления и учесть влияние технологических погрешностей на динамические характеристики подшипников качения и точность прецизионных устройств с использованием этих подшипников,Формула изобретения Устройство для диагностики подшипников качения, содержащее последовательно соединенные блок задания частоты вращения вала, привод, датчик частоты вращения вала, регистрирующее устройство и инерционный элемент,механически связанный с упругим элементом, датчиком углового положения,датчиком осевой нагрузки, датчикомрадиальной нагрузки, блоком заданияосевой нагрузки и блоком задания радиальной нагрузки, а также усилительпреобразователь, при этом упругийэлемент жестко закреплен на основании, выход датчика осевой нагрузкисоединен с первым входом блока задания осевой нагрузки, выход датчикарадиальной нагрузки - с первым входом блока задания радиальной нагрузки, выход датчика углового положения подключен к первому входу усилителя-преобразователя, а привод механически связан с внутренним кольцомисследуемого подшипника, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности диагностики состояния подшипников качения путем измерения совокупности статических кинематических и динамических характеристик, оно снабжено последовательносоединенными формирователем частотывращения вала, блоком задания начальных условий и задатчиком начальныхусловий, последовательно соединенными датчиком частоты вращения сепаратора, формирователем :астота вращения сепаратора и схемой совпадения,а также последовательно соединеннымиформирователем переходной характеристики, счетно-решающим преобразователем и блоком управления, причем второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы счетно-решающего преобразователя соединены соответственно свторым выходом формирователя переходной характеристики, с первым выходомусилителя-преобразователя, вторымвыходом формирователя частоты вращения сепаратора, выходом схемы совпадения и вторым выходом формирователя,частоты вращения вала, к второму выходу счетно-решающего преобразователя подключено регистрирующее устройство, первый, второй, третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно к первому входу блока задания частоты вращениявала, третьему входу блока заданияначальных условий, к второму входублока задания радиальной нагрузкии второму входу блока задания осевой нагрузки, второй выход усилителя-преобразователя соединен с входомформирователя переходной характерис10 1882 б Составитель В. ПучинскийРедактор Н, Тупица Техред А. Кравчук Корректор Л, Патай Заказ 2499/33 ВНИИПИ по де 113035, МПодписноета СССРытийнаб д. 4/ Тираж 77 сударственног м изобретенийква,.Ж, Рау и о шска оектная, 4 оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород 9 13 тики, третий выход которого подключен к второму входу блока .задания начальных условий, выход датчика частоты вращения вайа подключен к формирователю частоты вращения вала, третий и четвертый выходы которого связаны соответственно с вторым входом блока задания частоты вращения вала и вторым входом схемы совпадения, причем датчик частоты вращения сепаратора соединен с сепаратором исследуемого подшипника, а задатчик начальных условий - с инер" ционным элементом,