Устройство для диагностики систем трения качения

% 01) 13/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОСУДАРСТ 8 ЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СИСТЕМ ТРЕНИЯ КАЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики систем трениякачения. Цель изобретения - повышение точности эа счет учета несущейспособности смазки между контактирующими элементами, Вибрацию исследуемой системы измеряют преобразователями, полученный сигнал усиливаетсяи через схему умножения поступает насумматор, куда поступает.напряжение,пропорциональное статической деформации. Щетки выдают через блок заданияуровня сигналов импульсную последовательность, характеризующую прорывы слоя смазки между контактными элементами, т.е. наличие контакта. Импульсный сигнал с выхода блока задания уровня сигнала через блок определения параметров контактирования поступает на третью схему совпадения и инвертор, где сигнал сравнивается с сигналом с блока динамической нагрузки и выделяется сигнал, в который входит вибрация, соответствующая контакту между контактирующими элементами, Четвертая схема совпадения выделяет сигнал, соответствующий отсутствию контакта. На выходах схем совпадения получаются сигналы, соответствующие несущей способности смазки при наличии контакта между контактирующими элементами и при отсутствии контакта, с выхода сумматора снимается сигнал, соответствующий способности смазки в контактно-гидро- динамическом режиме. На блоке регистрации показывается значение несущей способности смазки, соответствующее приработанному ресурсу работы исследуемого объекта. 4 э.п, ф-лы, 4 ил.1231419 Изобретение относится к измерит тельной технике и может быть исполь . зовано для диагностики подшипниковых узлов, зубчатых передач и других сис" тем трения качения. бЦелью изобретения является повышение точности путем учета несущей спо" собности смазки между контактирующими элементами.На фиг. 1 показана схема устройст ва для диагностики систем трения качения; на фиг. 2 - функциональная схема блока определения динамической нагрузки, на фиг. 3 - функциональная схема блока определения параметров, ,И контактирования; на фиг. 4 - функци" ональные схемы блоков определения несущей способности смазки и выделения сигнала. Устройство содержит, закрепляемые на корпусе 1 исследуемой системы три вибропреобразователя 2, 3 и 4 с взаимно перпендикулярными линиями изме 2 рения, причем вибропреобраэователи 2 и 3 расположены в радиальном на-.правлении, а вибропреобразователь 4- в осевом, последовательно соединен, ные с вибропреобразователями 2 3 и 4 усилители 5, 6 и 7, две подпружи" ненные токосъемные щетки 8 и 9, установленные соответственно на корпусе 1 и на подвижном элементе 10 сис.темы трения качения, разделенных слоем смазки, последовательно соеди пенный со щетками 8 и 9 блок 11 задания уровня сигнала, на один из входов которого подключено пороговое напряжение 0, соединенный с блоком 11 блок 12 определения параметров фо контактирования, выполненный в виде схемы 12.задания времени отсчета, соединенного с ней управляющего. элемента 12.2, двух схем 12,3 и 12.4 совпадения, первые входы которых соединены с управляющим элементом 12.2, а вторые входы " с блоком 11 задания уровня сигнала, и последовательно подключенных к схемам 12.3 и 12.4 совпадения счетчиков 12.5 и 12.6 им- эО пульсов и индикаторов 12.7 и 12.8, подключенный к третьему входу схемы 12,3 совпадения блок 13 формирования импульсов, блок 14 динамической нагрузки, выполненный в виде подклю- %5 ченных к усилителям 5, б в 7 схем 14.1, 14.2 и 14.3 умножения и связанного с их выходами сумматора 14.4,на чеФвертый вход которого подано постоянное напряжение, пропорциональное величине статической деформации контактирующих элементов исследуемой системы трения качения, блок 15 определения несущей способности смазки, выполненный в виде подключенных первыми входами к выходу сумматора 14,4, схем 15, и 15.2 совпадения, второй вход схемы 5.1 соединен с блоком 11 задания уровня сигнала, инвертора 15.5, вход которого также соединен с блоком 11, а выход " со вторым входом схемы 15.2 совпадения, подключенных к выходам схем 15.1 и 15.2 совпадения детекторов 15.3 и 154 с кубическими характеристиками, подключенного к выходу инвертора 15.5 интегратора 15.6, четырех схем 15.7, 15,В, 15.9 и 15.10 умножения, две из которых 15.7 и 15.8 подключены к выходам детекторов 15.3 и 15.4 и интегратора 15.6 и соединены со схемами 15.9 и 15.10 умножения, и.сумматора 15.11, подключенного к выходам схем 15. 9 и 15. 10 умножения, блок 16 выде" ления сигнала, выполненный в виде соединенных интегратора 15.6 триггеров 16.1 и 16.2 Шмидта и подключенно" го к их выходам коммутатора 16.3, другие входы которого соединены с выходами схем 15.7 и 15.8 умножения и сумматора 15.11 и блок 17 регист-, рации.Влоки устройства могут быть соброны из интегральных микросхем типа 544 УД 2, 155 ЛАЗ, 544 САЗ, 155 ИЕ 7, 155 ИЕ 2, и микро-ЭВМ.Устройство построено с учетом динамики элементов системы трения качения, разделенных слоем смазки, На смазочный слой со стороны контактирукари элементов действует динамичес" кая нагрузка Я, определяемая по фор- муле где В - конструктивный параметр;8 - статическая деформация контактнорующих элементов; х - вибрация контактирующих элементов в -ном направлении ( =- осевое, 1 = 2,3 - радиальные); о - коэффициент пропорциональности.Со стороны смазочного слон на элементы системы трения качения действу 1231419ет сила р), характеризующая несущую способность смазки.В течение всего ресурса работы исследуемой системы в связи с испарением и разрушением смазки нес;щая способность смазочного слоя постепенно уменьшается и увеличивается динамическая нагрузка со стороны ее элементов. Вследствие изменения толщины смазочной пленки увеличиваетсявибрация исследуемой системы, приэтом возникают прорывы смазки, а следовательно непосредственные контактымежду элементами системы трения ка 10 рактер.Весь ресурс работы исследуемой системы, имеющий элементы трения качения, разделенные слоем смазки можно разделить на три периода.: гидродинамический, контактно-гидродинамический и контактный. Гидродинамический режим характеризуется отсутствием контакта и продолжается в течение периода, равногоВ этом режиме несущая способность смазки пропорциональна эффективной динамической нагрузки при пониженной вибрации Я, (х ).Г 1) Контактно-гидродинамический режим характеризуется периодическими прорывами смазочной пленки и его длите.,:ьность равна, при этом несущаягспособность смазки пропорциональна как динамической нагрузке при отсутствии контакта, так и при наличии контакта Я (х50ЭЯ 2Контактный режим характеризуется прорывом смазочного слоя и повышенной вибрацией х при наличии контакта, и его длительность равна При этом несущая способность смазки 55 пропорциональна динамической нагрузке Ц, (х ,. Таким образом, несуГ 211Ф 2щая способность смазки равна чения. 15В процессе контактирования вибрация х резко возрастает и динамичесГ 2),l Г 2 7кая нагрузка Ц, (х ) превышает неЭср,сущую способность смазки И,р При отсутствии контакта вибрация х уменьшается и динамическая нагрузка Цр (х. ) меньше несущей способностиГ 1)смазки И.Таким образом, процесс контактирования носит импульсный, периоди чески повторяющийся во времени харк, 4 . + к,4 (1- ),приса 1а 1- ) оТлд (1- р ), ори(4-а (ь)где Г - средняя длительность имсрпульса контакта; и - число импульсов за время наблюдения Т; К, и К - коэффициенты пропорциональности.Лля приборных шарикоподшипников коэффициенты равны К, = 0,4; К = 0,6.Квадрат эффективной динамической нагрузки равент зо,): 12где х и х - соответственно виб. рация при отсутствии и при наличииГконтакта вф 3-ом направлении.Устройство работает следующим образом.Закрепляют на корпусе 1 исследуемой системы вибропреобразователи 2, 3 и 4 и щетку 8, а на подвижном элементе 10 - щетку 9.Вибрация х исследуемой системы измеряется с помощью вибропреобразователей 2, 3 и 4. Усиливаясь соответственно в усилителях 5, 6 и 7. сигнал поступает через схемы 14,1, 14.2, 14.3 умножения, гэе умножаются на величины, соответс:вующие коэффициентам с, на сумматор 14.4, куда также поступает напряжение, пропорциональное статической деформации 5, где происходит суммирование и определяется величина1(г)о" +7 Хо с1Подпружиненные щетки 8 и 9, смонтированные на элементах системы трения качения, разделенных слоем смазки, выдают через блок 11 задания уровня сигналов импульсную последовательность, характеризующую прорывы слоя смазки между контактными элементами, т.е, наличие контакта, После сравнения с заданным пороговым напряжением Б сигнал поступает на вторые входы схем 12.3 и 12.4 совпадения, на первые входы которых поступает сигнал с выхода управляющего элемента 12,2. На третий вход схемы12.3 совпадения поступает эталонная импульсная последовательность с периодом в 1 Мкс от блока 13 формирова. ния импульсов. С выходов схем 12.3 и 12.4 совпадения сигналы поступают 5 на входы счетчиков 12.5 и 12.6, которые при нажатии кнопки "Сброс" обнуляются, при этом управляющий элемент 12.2 устанавливается в исходное положение (уровень "О" на выходе),0 При нажатии кнопки "Пуск" на выходе управляющего элемента 12.2 устанавливается уровень логической " 1", разрешающий работу схем 12.3 и 12,4 совпадения. Счетчик 12.6 начинает 15 считать импульсы, прошедшие с блока 11 задания уровня сигналов .через схему 12.4 совпадения, а счетчик 12,5 - импульсы с блока 13 формирования импульсов, совпадающие на выхо дах схемы 12.4 с .импульсами блока 11 задания уровня сигналов. Счет происходит до того момента, когда схема 12, 1 задания времени счета по прошествии заданного времени Т сформирует импульс "Стоп. Управляющий элемент 12.2 перебрасывается в исходное положение (уровень логического "О" на выходе), импульсы перестают проходить через схемы 12,3 и 12,4 совпа- Ю дения и поступать на счетчики 12.5 и 12.6. Индикаторы 12.7 и 12,8 показывают соответственно величины равные средней длительности контакта лр и числу импульсов и за данное 35 время Т наблюдения.Индикация о средней длительности контакта ,р и числа импульсов и за время наблюдения Т, получаемая с помощью индикаторов 127 и 12.8 блока 4 О12 определения параметров контактирования, дает представление о режиме контактирования в каждый текущий момент времени и его изменение в процессе эксплуатации системы трения качения. Информацию о несущей способности смазочного слоя получают следующим образом. Импульсный сигнал с выхода блока 11 задания уровня сигнала, характеризующий наличие контакта. между контактирующими элементами, поступает через блок 12определения параметров контактирования на схему 15.1 совпадения и инвертор 15.5, где этот сигнал сравнивается с сигналом, поступающим через 55 блок 14 динамической нагрузки, и вьщеляется сигнал, в который входит вибрация х, соответствующая контак ту между контактирующими элементами.Проходя через инвертор 15.5, сигналс блока 11 инвертируется и характеризует отсутствие контакта. В схеме15,2 совпадения этот сигнал сравнивается с сигналом, поступающим изблока 14 динамической нагрузки, ивьщеляется сигнал, в который входитвибрация х(1, соответствующая отсутствию контакта. С выхода схем 15.1и 15.2 совпадения сигнал поступаетна соответствующие детекторы 15.3и 15.4 с кубической характеристикой,где формируется функция, соответствующая выражениям Сигнал, поступающий с блока 11задания уровня сигналов, несет информацию о средней длительности конлтактаи числе импульсов и за заданное время наблюдения Т. Проходячерез инвертор 15.5 и интегратор15.6, этот сигнал усредняется, и навыходе интегратора 15,6 получаетсясигнал, соответствующий величине(1 - в в -) и на коэффициент В.ТТаким образом, на выходе схемы15.3 умножения получается сигнал,соответствующий несущей способностисмазки И, при наличии контакта9 Р Змежду контактирующими элементами согласно формуле (3), а на выходе схемы15.4 умножения получается сигнал,соответствующий несущей способностисмазки И при отсутствии контактасогласно формуле (1), Для определе"ния несущей способности смазки И,в контактно-гидродинамическом режимесогласно формуле (2) сигналы с выходов схем 15.7 и 15.8 умножения, проходя через схемы 15.9 и 15.10, умножаются соответственно на коэффициенты К и К и суммируются в сумматоре 15.11. С выхода сумматора 15.11снимается сигнал, соответствующийспособности смазки И в контактногидродинамическом режиме.Блок 16 выделения сигнала предназначен для вьщеления сигнала, соответствующего несущей способностисмазки И , И или И в завиэрф р р дрзсимости от величины (1 - -п -), характеризующей определенный режим в ресурсе работы исследуемой системы трения качения. Для этого в. триггер 16.1 Шмидта устанавливается пороговое напряжение, соответствующее велилпчине (1 --- ) а в триггере 16.2Т10 Шмидта - величина (1 - -п-) = аТЕсли на выходе интегратора 15.6 веЬспиличина (1 -- и-) с а, то коммута 15 тор 16.3 открывает канал, по которому поступает сигнал, соответствующий несущей способности смазки И . Есэж 1ли на выходе интегратора 15.6 велиичина (1 - и.-)а то коммутатор 20Т ф16.3 открывает канал И . Если нафзвыходе интегратора 15.6 величиналср иа с (1 - в в ) с а то открываетсяТ25 канал И . На блоке 17 регистрациийпоказывается значение несущей способности смазки, соответствующее проработанному ресурсу работы исследуемого объекта.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить информацию как о режиме контактирования в каждый текущий момент времени, так и о соответствующей этому режиму величине несущей способности смазоч- З 5 ного слоя между элементами.Использование информации о средней длительности ь, и числе импульсов и за время наблюдения Т позволяет получить количественные характеристики, которые обеспечивают проведение диагностики в режимах контактирования.Формула изобретения451, Устройство для диагностики систем трения качения, содержащее закрепляемые на корпусе исследуемой системы три вибропреобразователя, последовательно соединенные с ними усилители, счетно-решающий преобразователь и блок регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности путем учета несущей способности смазки между контактирующими элементами, оноснабжено закрепляемыми на исследуемой системе двумя подпружиненными токосъемными щетками, одна из которых устанавливается на корпусе- а другая в . на подвижном элементе системы, последовательно соединенными со щетками и друг с другом блоком задания уровня сигнала н блоком опре. - деления параметров контактирования, подключенным к входу блока определения параметров контактирования блоком формирования импульсов, счетно-решающий преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных между собой блока определения динамической нагрузки, входы которого подключены к усилителям и блоку определения параметров контактирования, блока определения несущей способности смаэ ки и блока выделения сигнала, а линии измерения вибропреобразователей взаимно перпендикулярны.2, Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок опреде ления динамической нагрузки выполнен в виде подключенных к усилителям схем умножения и связанного с их выходами сумматора.3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок определения параметров контактирования выполнен в виде схемы задания време". ни отсчета, соединенного с ней управляющего элемента, двух схем сов" падения, первые входы которых соединены с управляющим элементоввторые входы - с блоком "адания уровня сигнала, а третий вход одной из них - с блоком формирования импульсов, и последовательно подключенных к схемам совпадения счетчиков импульсов и индикаторов.4. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок определения несущей способности смазки выполнен в виде подключенных первы,ми входами к выходу сумматора блока определения динамической нагрузки двух схем совпадения, второй вход одной из них соединен с блоком задания уровня сигнала, инвертора, вход которого соединен с блоком задания уровня сигнала, а выход - с вторым входом второй схемы совпадения, подключенных к выходам схем совпадения двух детекторов с кубическими характеристиками, подключенного к выходу инвертора интегратора, четырех схем умножения, две из которых под 1231419 1 Оключены к выходам детекторов и интегратора и соединены с другими схемами умножения, и сумматора, подключенного к выходам других схем умножения,5. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю п 1 е е с я тем, что блок выделения сигнала выполнен в вкде соединенных с выходом интегратора блокаг,определения несущей способностисмазки двух триггеров Шмидта.и подключенного к их выходам коммутатора,другие входы которого соединены свыходами первых схем умножения исумматора блока определения несущейспособности смазки, а выход - к блоку регистрации.1231419 Составитель В.ХаритоновТехред В.Кадар Корректор Л. Пилипенко Редактор А.Долинич Тираж 778ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1.13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Заказ 2558/48 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4