Устройство для выявления дефектов подшипников

%ИЗОБРЕТЕНИ 1ЕТЕЛЬСТВУ 3 0 ОПИСАНИ АВТОРСКОМУМаслов проектноческое бю др. Приоля подение",е свидетельство СС 6 01 М 13/04, 1979 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ПОДШИПНИКОВ, содержащее последовательно соединенныепреобразователь вибрации и полосовойфильтр, суммирующий анализатор, связываемый с,объектом преобразовательфазы, блок управления и индикатор,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности контроляи обеспечения возможности выявления дефектов деталей подшипника,оно снабжено последовательно соединенными преобразователем частоты иФормирователем периода контактирования с дефектами неподвижного кольца, выходом подключенным к первомувходу блока управления, формирователем периода контактирования с деФектами подвижного кольца, первыми вторым входами подключенным квыходу преобразователя частоты ипервому входу блока управления соответственно, а выходом - к второмувходу блока управления, подключеннымк преобразователю фазы Формирователем цикла работы подвижного кольца,выход которого соединен с четвертым входом Формирователя периода контактирования с дефектами подвижного кольца, третий вход которого соединен с выходом преобразователя фазы, подключенным входом к преобразователю частоты формирователем периода контактирования с дефектами тел качения, выходом подключенным к третьему входу блока управления, четвертый вход которого соединен с преобразователем фазы, пиковым детектором, соединенным первым входом сполосовым фильтром, вторым - с первым выходом блока управления, измерителем амплитуды, включенным меж" р ду выходом пикового детектора и пер- Е вым входом суммирующего анализатора, второй вход измерителя амплитуды соединен со вторым выходом блока управления,и счетчиком адреса, входы кото-. рого соединены с третьим и четвертым выходами блока управления, выход - со вторым входом суммирующего аналиэагорартретий вход которого соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход которого соединен со вторым входом индикатора, а первый входс выходом суммирующего анализатора,2.устройство пои1,о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что формирователь периода контактирования с дефектами неподвижного кьльца выполнен в виде делителя частоты с коэффициентом деления, равным .числу тел качения контролируемого подшипника,3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирова- )фЬ тель периода контактирования с дефектами тел качения выполнен в виде последовательно соединенных умножителя частоты и делителя частоты, коэффициент деления которого равен произведению коэффициента умножения умножителя, числа анализируемых циклов вращения тел качения относи1059447 тельно их центра вращения и расчетного коэффициента.4. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что формирователь периода контактирования с дефектами подвижного кольца подшипника выполнен в виде двух цепей, каждая из которых состоит иэ поСледовательно соединен Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле и диагностикеобъектов циклического действия спроскальзыванием в процессе работы,а именно подшипников качения, фрик"ционных передач и т.п.Известен прибор, содержащий последовательно соединенные преобразователь вибрации контролируемого под"шипника в электрический сигнал, усилитель, фильтр, измеритель среднегозначения вибрации, блок сравнения,счетчик числа превышений заданногоуровня и блок временных интервалов,Задатчик уровня соединен выходомсо вторым входом блока сравнения,а выход блока временных интерваловсоединен со вторым входом счетчикачисла превышений 1,Недостатком устройства является 20низкое качество контроля, обусловленное тем, чтоизмерение количества1превышений за определенный интервалвремени и на определенном фиксированном уровне не дает представления о 25характере распределения этих превышений и об их соответствии дефектным деталям контролируемого подшипника.Известен анализатор, содержащий 30последовательно соединенные блокуправления, задатчик уровней, блоксравнения, счетчик числа превышений, блок регистрации и индикации,а также блок измерения среднего зна" у 5чения 2 . Недостатками устройства являются . низкое качество контроля и отсутствие возможности выявления дефект" ных деталей контролируемого подшип ника, обусловленное тем, что измерение с помощьй счетчика количества превышений сигналом вибрации в блоке сравнения трех фиксированных значений за определенный 10 мин интер вал времени измерения не дает пред.ставления ни о характере распределе" ния этих превышений по всему уровню сигнала, ни о длительности как самих ных умножителя частоты и счетчика,.и подключенного входами к их выходам блока сравнения кодов, выходкоторого является выходом формирователя, первым и третьим входами егоявляются соответственно входы умножителей, а вторым и четвертым входамиформирователя являются вторые входысчетчиков. превышений, так и интервалов времени между ними, Регистрация же графиков этих превышений в течение 10 мин,а также их последующая расшифровкас помощью оператора выэывает,с одной стороны, большие затраты времени на контроль, а с другой стороны,не исключает воэможности принятия ошибочных решений вследствиеих субъективности.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство для выявления дефектовподшипников, содержащее последовательно соединенные преобразователь вибрации и паласовой фильтр, суммирующий анализатор, связываемый с объектом преобразователь фазы, блок управления и индикатор. 31,Недостатками известного устрой"ства являются низкая чувствительность и большая погрешность измерения при контроле механизмов с мальмуровнем дефектов контролируемых деталей. Это объясняется тем, что визвестном устройстве вначале ведется накопление сигнала вибрации с расчетным значением цикла накопления,а корректировка значения этого цикла осуществляется на основании измерения сдвига фазы максимума накопленного сигнала. Если дефект на контролируемой детали значителен, томаксимум накопленного сигнала имеетявно выраженный характер, что обеспечивает надежную подстройку цикланакопления и полную синхронизацию.Однако при малых дефектам максимумнакопленного сигнала имеет неявновыраженный характер, что приводит котсутствию вазможности подстройкицикла накопления и срыву синхронизации.Кроме того, устройство надежноработает лишь при наличии значительных дефектов на деталях контролируемых механизмов, как это имеет местопри контроле в процессе эксплуатации(сколы, трещины, раковины и т.п.) .Ори контроле же деталей с малыми дефектами, как это имеет место, например,при.контроле новых механизмов на заводах-изготовителях, устройстно обладает большой погрешностью измеренйявследствие низкой чувствительности.Цель изобретения - повышение точности контроля и обеспечение воэможности выявления дефектов деталей подшипника.Цель достигается тем, что устройство для выявления дефектов подшипников, содержащее последовательно соединенные преобразователь вибрациии полосовой фильтр, суммирующий анализатор, связываемый с объектом преобразователь фазы, блок управленияи индикатор, снабжено последовательно соединенными преобразователемчастоты и.формирователем периода контактирования с дефектами неподвижногокольца, выходом подключенным к перному входу блока управления, формирователем периода контактиронания с дефектами подвижного кольца, первыми вторым входами подключенньм к выходу преобразователя частоты и перному .входу блока управления соответственно, а выходом - к второму входублока управления, подключенным к преобразователю фазы формирователемцикла работы поднижного кольца, выход которого соединен с четвертымвходом Формирователя периода контактирования с дефектами подвижногокольца, третий вход которого соединен с выходом преобразователя Фазы, 35подключенным входом к преобразователю частоты формирователем периодаконтактирования с дефектами тел качения, выходом подключенным к третьему входу блока управления, четвертый 4 Овход которого соединен с преобразователем фазы, пиковым детектором,соединенным первым входом с полосовым фильтром, вторым - с первым выходом блока управления, измерителемамплитуды, включенным между выходом 45пикового детектора и первым входомсуммирующего анализатора, второйвход измерителя амплитуды соединенс вторым выходом блока управления,и счетчиком адреса, входы которого 50соединены с третьим и четвертым выходами блока управления, выход -с вторым входом суммирующего анализатора, третий вход которого соединенс пятым выходом блока управления, 55шестойвыход которого соединен с вторым входом индикатора, а первый входего - с выходом суммирующего анализатора.Формирователь периода контактирования с дефектами неподвижногокольца выполнен н виде делителя частоты с коэффициентом деления, равным числу тел качения контролируемого подшипника,Формирователь периода контактиронания с дефектами тел качения выполнен в виде последовательно соединенных умножителячастоты и делителя частоты, коэффициент которого равен произведению коэффициента умножения умножителя, числа анализируемых циклов вращения тел качения относительно их центра вращения и расчетного коэффициента.Формирователь периода контактирования с дефектами подвижного кольца подшипника выполнен в виде двух цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных умножителя частоты и счетчика, и подключенного входами к их выходам блока сравнения кодов, выход которого является выходом формирователя, первым и третьим входами его являются соответственно входы умножителей, а вторым и четвертым входами формирователя являются вторые входы счетчиков,На Фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства на Фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - диаграммы результатов измерений с помощью предлагаемого устройства.Устройство содержит последовательно соединенные преобразователь 1 вибрации, полосовой фильтр 2, пиковый детектор 3, измеритель 4 амплитуды, суммирующий анализатор 5 и индикатор 6, при этом вторые входы пикового детектора 3, измерителя. 4 амплитуды и индикатора б подключены соответственно к первому, второму и шестому выходам блока 7 управления, второй вход суммирующего анализатора 5 подключен к выходу счетчика 8 адреса, а третий вход суммирующего анализатора 5, первый и второй входы счетчика 8 адреса соединены соответственно с пятым, третьим и четвертым выходами блока 7 управления. Выход преобразователя 9 частоты слецования тел качения соединен со входом формирователя 10 периода контактиронания с дефектами неподвижного кольца, с первым входом формирователя 11 периода контактирования с цефектами подвижного кольца и входом формирователя 12 периода контактирования с дефектами тел качения. Выход преобразователя 13 фазы подвижного кольца соединен с третьим входом Формиронателя 11 периода контактирования с дефектами подвижного кольца, с четвертым входом блока 7 управления и входом Формирователя 14 цикла работы подвижного кольца, выход которого подключен к четвертому входу формирователя 11 периода контактирования с дефектами подвижного кольца, второй вход которогосоединен с выходом формирователя 10 периода контактиронания с дефектами неподвижного кольца, объединенного с первым входом блока 7 управления, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами Формирователя 11 периода контактированйя с дефектами подвижного кольца и формирователя 12 периода контактирования с дефектами тел качения.Формирователь 10 периода контактиронания с дефектами неподвижного кольца выполнен в виде делителя 15 частоты. Формирователь 11 периода контактирования с дефектами подвижного кольца выполнен в виде двух идентич ных ветвей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных умножителя 16 частоты и счетчика 17, а нторая ветвь - умножителя 18 частоты и счетчика 19, при этом выходы 20 счетчиков 17 и 19 подключены соответственно к первому и второму входам блока 20 сравнения кодов, выход которого является выходом Формирователя 11 периода, первым и третьим нходами 25 которого являктся соответстненно входы умножителей 16 и 18, а вторым и четвертым входами формирователя 11 периода - вторые входы (входы установки нуля) соответственно счетчиков З 0 17 и 19.Формирователь 12 периода контактирования с дефектами тел качения выполнен в виде последовательно соединенных умножителя 21 частоты и дели 35 теля 22 частоты, при этом вход умножителя .21 частоты является входом фор мирователя 12 периода, а выход делителя 22 частоты - выходом его.Принцип работы предлагаемого устройства основан на Формировании периодов, соответствующих реальным значениям периодов контактирования (ударов) рабочих поверхностей деталей подшипников с дефектом, расположенным соответственно на наружном (Н) 45 кольце, внутреннем (В) кольце и теле качения (Т)(обозначение периодов соответственно Т, Т и Тт и осреднении сигнала вибрацйи на интервалах, равных или пропорциональных 50 этим периодам.Дефекты тел качения проявляются в сигнале вибрации с периодом Тт контактирования этих дефектов с неподвижным и подвижным кольцами. Если 55 известны конструктивные и геометрические характеристики подшипника, при известной .частоте 1 к следования тел качения значение периода контак" тирования определяется выражением. 60т7ЕкаетгдеЕ - частота следования тел каИстчения, 65 Ет - число тел качения в подшипнике;коэффициент, равный отношению радиуса тела каченияк радиусу наружного кольцадля шариковых подшипников,либо отношению синуса половинного угла конуса роликак синусу суммы угла междуосевой линией подшипника иосевой линией ролика и половины угла конуса роликав случае конического подшипника.Дефект на неподвижном кольце при контактировании с каждым телом качения возбуждает ударный импульс, который повторяется с периодом Тк вращения сепаратора относительно неподвижного кольца, т.е.тЕистДефект на неподвижном кольце также ,возбуждает ударный импульс при взаимодействии его с каждым телом качения, но период повторения равен1Ес- Егде 1 с - частота вращения сепаратора,частота нращения подвижногокольца.Устройство работает следующим образом.При вращении приводного вала с частотой вращения 1 З , подвижное кольцо относительно нейодвижного кольца контролируемого подшипника вращается с частотой Еп = Ен, а сепаратор, увлекаемый телами качения, вращается относительно неподвижного кольца с частотой Ес = Кс Е, Тела качения, кроме движения совместно с сепаратором, совершают еще вращение относительно своей оси с частотой Ес =К, 1. Значения коэффициентов Кс =Е Е и Ктс и ттЕ= - определяются кинематическими соотйошениями в подшипнике, которые зависят от его конструктивных и геометрических характеристик, В точках контакта тел качения с подвижным и неподвижным кольцаги подшипника возникают динамические процессы, частота следования ударных импульсов которых определяется .периодом контактирования деталей подшипника с дефектами на их поверхностях. При этом дефекты неподвижного кольца проявляется н сигнале вибрации с .периодом Т контактирования этих дефектов с комплектом тел качения, который кратен периоду вращения сепаратора. Дефекты подвижного кольба проявляются в сигнале вибрации с периодом Т контактирования этих дефектов с телами качения и значение егоопределяется частотой вращения подвижного кольца относительно вращающегося сепаратора, т.е. .1 ць-сПри вращении вала привода с часотой вращения 1 преобразователь 13 5фазы работы подвижного кольца контролируемого подшипника (фиг. 1) генерирует электрический сигнал в видепоследовательности импульсов с частотой 1 г 1(фиг. 281, пропорциональной, 10частоте д вращения подвижного кольцаи равной частотевращения вала привода. Под действием вращения подвижного кольца тела качения подшипникавместе с сепаратором следуют относительно преобразователя 9, в результате чего на его выходе появляется электрический сигнал в виде последова=тельности импульсов с частотой 1 дг следования тел качения (фиг. 2 г) . Одновременно с этим вибрация, сопутствующая работе контролируемого подшип,ника качения, преобразуется преобразователем 1 в электрический сигналвибрации (фиг. 2 а), который посленеобходимого усиления и Фильтрацииполосовым фильтром 2 поступает на первый .вход пикового детектора 3,Электрический сигнал с частотой1 следования подшипников каченияс выхода преобразователя 9 поступает ЗОна вход формирователя 10 периода контактирования с дефектами неподвижногокольца, в котором с помощью делителя15 частоты путем деления на коэффициент К = 7.т, где 2 т - число тел качения, формируется электрический.сигнал с периодом Ти контактированияс дефектами неподвижного кольцафиг. 2 )и на вход Формирователя 12периода контактирования с дефектами 4 Отел качения подвижного кольца, в котором с помощью умножителя 21 частоты и делителя 22 частоты формируется электрический сигнал с периодомТг Контак тиров ання С Дефек Тами тел Ка 45чения фиг. 2,) .Электрический сигнал с частотойпропорциональной частоте вращенияподвижного кольца, (фиг. 2 Ц с выходапреобразователя 13 фазы поступает навход формирователя 14 цикла работыподвижного кольца, на третий входформирователя 11 периода контактирования с дефектами подвижного кольцаи четвертый вход блока 7 управления.Формирователь 14 генерирует сигналы,которые имеют частоту следования,пропорциональную циклу работы подвижного кольца и подаются на четвертый вход формирователя 11 периодаконтактирования с дефектами подвиж Оного кольца, на первый вход которогос выхода преобразователя 9 подаетсясигнал с частотой 1 следования телкачения, а на второй вход - сигналс пеРиодом Тн контактиРованиЯ с де фектами неподвижного кольца, равным периоду вращения сепаратора. Под действием сигналов на входах формирователя 11 с помощью умножителя 16 частоты и счетчика 17 формируется пилообразный сигнал заданной амплитуды с периодом, равным периоду вращения сепаратора, а с помощью умножителя 18 частоты и счетчика 19 формируется второй пилообразный сигнал такой же амплитуды, но с периодом, равным периоду вращения подвижного кольца фиг, 2,6) . Эти два пилообразных сигнала подаются на входы блока 20 сравнения кодов, на выходе которого появляется сигнал, частота которого равна разности частот вращения подвижного кольца.и сепаратора, а период сигнала на выходе формирователя 11 равен периоду Тн контактирования с, дефектами подвижного кольца (Фиг. 2 Ж). Полученные таким образом сигналы с выхода формирователя 10 с периодом Тн контактирования с дефектами неподвижного кольца, с выхода формирователя 11 с периодом Тп контактирования с дефектами подвижного кольца и с выхода формирователя 12 с периодом Тт контактирования с дефектами тел качения подаются соответственно на первый, второй и третий входы блока 7 управления, с помощью которых под действием управляющего сигнала на четвертом выходе блока 7 управления осуществляется счет импульсов с частотой 1 д, пропорциональной частоте вращения кольца подшипника, происходит формирование сигнала в виде кода адреса, подаваемого с выхода счетчика 8 на второй вход суммирующего анализатора 5 для управления его работой.Так как на вторые входы пикового детектора 3 и измерителя 4 амплитуды с первого и второго выходов блока 7управления поступают сигналы с частотой 1 д, пропорциональной частоте вращения подвижного кольца, то значение сигнала вибрации, Фиксируемое пиковым детектором 3 и измеряемое измерителем 4 амплитуды, равно не любому из мгновенных значений сигнала вибрации, а только его максиглальным значениям за период следования импульсов с частотой 1 п, пропорциональной частоте вращения, что повышает точность контроля по сравнению с измерением любых мгновенных значений, как в известном устройстве.Значения амплитуды сигнала вибрации с выхода измерителя 4 амплитуды в соответствии с кодом адреса этих значений из счетчика 8 адреса поступают с пятого выхода блока 7 управления, в котором осуществляется выделение из общего сигнала вибрациисигналов, обусловленных дефектаминеподвижного кольца, подвижногокольца или тел качения,результат измерения по сигналамс шестого выхода блока 7 управленияв удобной форме выдается на индикаторе 6, на котором отображаются деФекты неподвижного кольца (фиг. За),дефекты подвижного кольца фиг. ЗЬ)и дефекты тел качения (фиг. 3 6) . Использование предлагаемого устройства позволяет обеспечить более высокую точность контроля подшипников с малыми дефектами и более высокую производительность труда при контроле за счет отсутствия операции предварительного накопления и подстройки цикла накопления и воэможность выявления дефектов деталей подшипника.