Устройство для оценки качества подшипников качения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 9) 111) 5) 4 С 01 М 13/04 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРУ 785670, кл. С 01 М 13/04, 1980,(54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВАПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к областиприборостроения и может быть использовано для диагностики подшипниковкачения по моменту сопротивлениявращению, Цель изобретения - повышение точности оценки качества. Испытуемый подшипник внутренним кольцомустанавливают на измерительную ось,связанную с датчиком положения срелейной характеристикой. Наружное,кольцо подшипника соединено с приводом и блоком нагружения. Выходы датчика положения подключены к компаратору, связанному с ключевой схемой,к которой подсоединены стабилизированный источник тока и управляющийкомпенсирующий преобразователь. Этимобеспечивается автоколебательныйрежим измерительной оси с постояннойамплитудой и частотой, Величина измеряемого консервативного моментапропорциональна приращению длительности импульса с выхода ключевой схемы относительно середины периодаавтоколебаний. Диагностика технического состояния подшипников качения может быть проведена по консервативной составляющей момента сопротивления вращению. Это достигается засчет использования компенсационнойсхемы, работающей в режиме автоколебаний. 3 ил, 1 1368688 2Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для диагностики подшипников качения по моменту сопротивления вращению.Целью изобретения является повышение точности оценки качества под 35 шипников качения,На фиг. 1 представлена функциональная схема устрройства; на фиг.2 -разрез А-А на фиг. 1; на фиг3график, поясняющий работу устройства.Устройство содержит испытываемыйподшипник 1 качения, внутреннее кольцо которого установлено на измерительную ось 2, а наружное - в оправку 3, связанную с блоком 4 нагружения и приводом 5, закрепленным наосновании, Измерительная ось помещена в опору 6, закрепленную на основании. Компенсирующий преобразователь 7 состоит из статора 8, закрепленного на основании, и ротора 9(постоянного магнита), установленного на оси 2. Датчик 10 положениясостоит из неподвижных излучателей11 и 12, фотоприемников 13 и 14 инепрозрачной заслонки 15. Заслонка15 закреплена на оси 2 так, что еепередняя кромка проходит через ось2 и совпадает (в вертикальной проекции) с отрезком, соединяющим первый13 и второй 14 фотоприемники, Такаяустановка заслонки 15 обеспечиваетзакрывание одного фотоприемника иодновременное открывание другого фотоприемника при повороте измерительной оси 2, К выходам фотоприемников13 и 14 подключены входы компаратора 16, выход которого соединен спервым входом ключевой схемы 17,Стабилизированный источник 18 токаподключен к второму входу ключевойсхемы 17, выходы которой соединены 45с обмоткой статора 8 компенсирующего преобразователя 7. Выходы ключевого устройства 17 подключены такжек первым входам первой и второйвхем И 19 и 20, к вторым входам которых подключен генератор 21 эталонной частоты, Выход первой схемыИ 19 соединен с первым входом первого счетчика 22 и с вторым входомвторого счетчика 23, Выход второйсхемы И 20 подключен к второму входупервого счетчика 22 и к первому входу второго счетчика 23Первый входвторой схемы И подключен также к второму входу делителя 24 частоты, выход которого связан с входом формирователя 25 импульсов, Выход последнего соединен с третьим входом второго счетчика 23 и вторым входом схемы 26 запоминания, первый вход которой соединен с выходом второго счетчика 23. Выход схемы 26 запоминания соединен с вторыми входами схемы 27 вычитания кодов и блоком 28 вычисления. Первый вход схемы 27 вычитания кодов соединен с выходом первого счетчика 22Первый вход блока 28 вычисления связан с выходом схемы 27 вычитания кодоы, а выход - с блоком 29 регистрации.Оправка 3 гибкой связью связана с приводом 5.Блок 4 нагружения представляет собой газостатические нагружающие устройства радиальной и осевой нагрузок.Опора 6 представляет собой гаэостатический подшипник.Устройство работает следующим образом.На иэмерительнчю ось 2 устанавливается испытываемый подшипник 1 на его наружное кольцо надевается оправка 3, к ней присоединяется привод 5 и через блок 4 нагружения задается радиальная и осевая нагрузки, В исходном состоянии заслонка 15 перекрывает поток излу(чения одного из излучателей, например 11. При этом второй излучатель 12 открыт, в результате чего на выходе фотоприемника 14 появляется сигнал, который подается на вход компаратора 16 и переключает его. Выходное напряжение компаратора 16 управляет ключевой схемой 17, которая подключает стабилизированный источник 18 тока к обмотке статора 8 компенсирующего преобразователя 7. Магнитное поле тока, протекающего в обмотке статора 8, взаимодействуя с полем постоянного магнита ротора 9, поворачивает его н, следовательно, заслонку 15 датчика положения 10 так, что она перекрывает поток из. лучателя 11. На выходе фотоприемника 13 появляется сигнал, который переключает компаратор 16 в другое ус гойчивое состояние. Г 1 рп этом ключевая схема 17 подключит стабилиэиро ванный источник 18 тока к обмотке статора 8 так, что по нй потечет ток противоположного направления. В результате этого ро гртакж и ме 13 б 8 б 88нит направление вращения на противоположное.Далее процесс переключения повторяется и, следовательно, измерительная ось 2, установленная в опоре 6с закрепленными на ней ротором 9компенсирующего преобразователя 7,заслонкой 15 датчика 10 положений,а также внутренним кольцом испытываемого подшипника 1, совершает автоколебания,Применение ключевой схемы 17 и стабилизированного источника 18 тока позволяет формировать в обмотке статора 8 прямоугольные импульсы тока, при наличии которых обеспечивается постоянство мощности, выделяемой в обмотке статора 8, тем самым обеспечивается режим автоколебаний измерительной оси 2 с постоянпьа амплитудой и частотой. При этом на выходе ключевой схемы 17 имеет место последовательность импульсов.При вращении наружного кольца исследуемого подшипника 1 внутреннее кольцо увлекается моментом трения. Этот момент уравновешивается компенсируюшим преобразователем 7, создающим компенсирующий момент М: Ккп ср ф г То(2) Тср где 1 - ток стабилизированного источника 18 тока,г 7 - цлитеЛьность импульсов прямого и обратного токов Т,-Г,+ ь - период автоколебаний измерительной оси 2. Момент сопротивления вращению М принято рассматривать как сумму составляющихгде 1 - среднее значение тока всробмотке статора 8 компенсирующего преобразователя(крутизна) компенсирующего преобразователя 7,При прямоугольных импульсах токав обмотке статора 8 средний ток 1 можно определить по формуле(3) ЗО Таким образом, консервативная составляющая момента сопротивления вращению, обусловленная геометрией поверхностей качения подшипника, пропорциональна разнос с, иПри М, = 0 с, = о, т.е. измерительная ось имеет автоколебания соскважностью, равной 2.При вращении наружного кольца ис пытываемого подшипника 1 его внутреннее кольцо уравновешивается консервативным моментом Мд Ф О. Этотмомент уравновешивается компенсирующим моментом, создаваемым компенси рующим преобразователем 7 на измерительной оси 2, и вызывает согласноформуле (3) изменение скважности импульсов, причем величина консервативного момента пропорциональна разнос ти- ьгИмпульсы с выхода ключевой схемы17 поступают на первые входы первой и второй схем И 19 и 20, на вторые входы которых поступают нысокачастот ные импульсы заполнения с генератора21 эталонной частоты. На выходах первой и второй схем И 19 и 20 образуются пачки высокочастотных импуль - сов с количеством в каждой пачке,где М - консервативная составляющаяо5 момента сопротивления вращению;М - диссипативная составляющая.Так как внутреннее кольцо испытываемого подшипника в режиме автоколе баний совершает колебания с постоянной амплитудой и частотой, диссипативная составляющая, оставаясь постоянной для данного подшипника, воздействует одним и тем же моментом 15 на измерительную ось при прямом иобратном направлениях движения. Следовательноимпульсы прямого и обратного тока в обмотке статора 8 компенсирующего преобразователя 7, обус ловденного лишь диссипативной составляющей, равны по длительностиПоскольку в режиме дипаилескогоравновесия М = М к из соотношенийпропорциональным длительности импульсов с выходов ключевой схемы 17.Далее пачки высокочастотных импульсов поступают на первый счетчик 22,который производит вычитание числаимпульсов одной пачки из другой, т.е.осуществляет определение величины(о, - с). На выходе первого счетчика 22 с приходом каждой пары с, и с. 10формируется цифровой код, несущий информацию о мгновенном значении измерительного момента трения, С выходов первой схемы И 19 и второй схемы И 20 пачки высокочастотных импульсов поступают также на второйсчетчик 22, который осуществляет суммирование разностей (Г, - Г ), Обнуление второго счетчика 23 осуществляется импульсами, поступающими с 2 Оформирователя 25 импульсов, которыйвырабатывает импульс обнуления поокончании действия строба. Строб вырабатывается делителем 24 частоты,при этом длительность строба равна 5Т10, Т. =с,+ ь, и = 1, 2, 3,поскольку делитель имеет коэффи-циент деления 10. После прихода10 -го импульса на делитель 24 частоты ое производит Формирование задне- ЗОго фронта строба которым запускается формирователь 26 импульсов,Таким образами, формирование кодана выходе второго с;етчика 23 происходит через 10 импульсов, т.е. второй счетчик 23 производит накопление10 разностей ( С, - сс ) пачек высокочастотных импульсов. Поскольку консервативныи момент изменяется в зависимости от относительного положениянаружного и внутреннего колец подшипника, разность ( с, -) имеет различное число высокочастотных импульсов.С выхода второго счетчика 23 происуммированные 10 пачек импульсов в цифровом коде поступают на схему 26 запоминания. При этом второй счетчик 23 подключен к схеме 26 запоминания таким образом, что г, младших десятичных разрядов не подключены. При записи кода в схему 26 заи поминания код делится на число 10 Запись кода в схему 26 запоминания производится по псреднему фронту55 импульса, поступающего с формирова.теля 25 импульсов.Таким образом, за время действия строба делителя 24 частоты происходит накопление импульсов,10 разностей пачек и деление этого числа импульсов на число 10" пачек, т.е. осреднение разностей пачекиКоличество импульсов Х, в средней разности пачек ( , - С ) составит+К+вэа+сР 10где пеИ, К- число импульсов в пачке. На выходе схемы 26 запоминанияпоявляется записанное в коде числоимпульсов, соответствующее среднейразности пачек ( т, - с ), пропорциональное среднему консервативномумоменту,На первый вход схемы 27 вычитаниякодов, таким образом, поступает код,несущий информацию о мгновенном значении консервативного момента, ана второй - код, несущий информациюо среднем значении. Схема 27 вычитания кодов производит вычитание поступающих кодов, в результате чего на ее выходе получается цифровой код, несущий информацию об отклонении мгновенного консервативного момента от его среднего значения.Далее цифровой код поступает на первый вход блока 28 вычисления, на второй вход которого поступает код, несущий информацию о среднем моменте в подшипнике, Блок 28 вычисления производит вероятностную. обработку результатов измерения с помощью имеющегося пакета программ.Результаты вычисления регистрируются на многоканальном блоке 29 регистоации. На нем же фиксируется ч характер изменения мгновенного консервативного момента подшипника при изменении положения наружного кольца относительно внутреннего.Таким образом, использованн предлагаемого устройства для оценки качества подшипников качения по сравнению с известным позволяет повысить точность измерений консервативной составляющей эа счет исключения ошибки обусловленной диссипативпой составляющей и неконтролируемой внешней вибрацией, расширить частотный диапазон измеряемых консервативных моментов сопротивления путем повышения частоты автоколебаний, производить цифровую обработкуфреэ ультатов иэмерения без применения дополнительных электронных преобразователей, измерять вероятчостные характеристики консервативных моментов,Формула изобретенияУстройство для оценки качества подшипников качения, содержащее смон 1 р тированные на основании привод, блок нагружения и связанную с ними оправку, закрепленную на наружном кольце испытываемого подшипника, измерительную ось с датчиком положения, имеющую возможность поворота в опоре, закрепленной на основании, и жестко связанную с внутренним кольцом подшипника, компенсирующий преобразователь, ротор которого связан с измерительной осью, статор - с основанием, и блок регистрации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности оценки качества подшипников качения, оно снабжено пос ледовательно соединенными компаратором, ключевой схемой, первой схемой И, первым счетчиком, схемой вычитания кодов, блоком вычисления, последовательно соединенными второй ЗО схемой И, вторым счетчиком и схемой запоминания, последовательно соединенными делителем частоты и формирователем импульсов, стабилизированнымисточником тока и генератором эталонной частоты, выход которого соединенс вторыми входами первой и второйсхем И, первые входы которых и обмотка статора компенсирующего преобразо-вателя соединены с выходами ключевойсхемы, второй вход которой соединенс выходами стабилизированного источника тока, вход делителя частотысоединен с первым входом второй схемыИ, выходы датчика положения соединены с входами компаратора, выход первой схемы И соединен с вторым входомвторого счетчика, а выход второйсхемы И - с вторым входом первогосчетчика, выход формирователя импульсов соединен с вторым входом схемызапоминания и третьим входом второгосчетчика, выход схемы запоминания -с вторыми входами схемы вычитания кодов и блока вычитания, выход которого соединен с блоком регистрации,при этом датчик положения выполнен ввиде двух пар соосно расположенныхи неподвижно закрепелнных излучателей и фотоприемников, в зазорахмежду которыми помещена заслонка,жестко скрепленная с измерительнойосью.368688 ор В.Бутяг едактор Л л Подписноитета СССР Заказ 280 41 о открытии ая наб., д, дела оскв город, ул. Проектная Производствснно-полиграфическое предприяти ВНИИПИ по 035, М