Способ определения радиального зазора в подшипнике качения

)5 1 М 13/04 ГОСУДАРСТВЕННПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯ ЕТЕНИЯ ИСАНИЕ ИЗО СВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОР 2(56) Авторское свидетельство СССРМ 1051404, кл. 6 01 М 13/04, 1983.(54) СПОСОБ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА В ПОДШИПНИКЕ КАЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к техническойдиагностике машин и механизмов; в частности к способам выявления износа подшипников (П), установленных на валах машин, втом числе и П шпиндельных узлов. металлорежущих станков Цель изобретения - сокращение трудоемкости и повышениекачества контроля технического состоянияП за счет выявления зазоров без демонтажаП. Устанавливают неуравновешенную массу, центробежная сила от которой по модулю больше радиальной статической силы,действующей на вал. Вращают вал с заданной постоянной скоростью и измеряют радиальное смещение вала относительно объединение Известен способ определения радиального зазора в подшипнике качения, заключающийся в том, что на неподвижном валу устройства закрепляют внутреннее кольцо и . сепаратор подшипника, а к его подвижному наружному кольцу прикладывает постоянную по величине и переменную по направрадиаль-лению радиальную силу и измеряют угловое , заклю- смещение наружного кольца относительно расудят внутреннего, по которому судят о величине й вибра- зазора в подшипнике.ипнико- . Недостатки способа заключаются в том,что он, во-первых, не позволяет выявлять ехнической в, в частноса подшипмашины, в дельных узсоб определениядшипнике машины то о величине зазо онтроля линейно на корпусе подш Известен сп ного зазора в по чдющийся в том,по результатам и,измеренно й опоры.ци во Изобретение относится к диагностике машин и механизм сти к способам выявления изно ников, установленных на валах том числе и подшипников шпин лов металлорежущих станков. фиксированной точки неподвижного кольца в момент совпадения направления равнодействующей статической и центробежной силы с радиальным направлением на фиксированную точку. После этого останавливают вал, перемещают неуравновешенную массу на угол, при котором в момент измерения равнодействующая статической и центробежной сил направлена. диаметрально противоположно радиальному направлению на фиксированную точку. вращают вал с заданной постоянной скоростью и измеряют его радиальное смещение относительно фиксированной точки. По разности смещений определяют величину радиального зазора. Кроме того, для выявления дефектов бего- щ вых дорожек последовательно заданной дискретностью изменяют соответственно угловое положение места.измерения радиального смещения вала или начальную формудисбаланса вдиапазонеотОдо 180 и по Б закону изменения величины зазора в функции угла места измерения или начальной фазы дисбалан.са судят о погрешностях беговых дорожек П. 2 з.п. ф-лы, 6 ил, 1723479сила от которой по модулю больше радиальной статической силы при вращении вала, вращают вал с заданной постоянной скоростью, измеряют радиальное смещение вала относительно фиксированной точки 30 неподвижного кольца в момент совпадения направления равнодействующей статической и центробежной сил с радиальным направлением на фиксированную точку, останавливают вал, перемещают неуравно вешенную массу на угол, при котором равнодействующая статической и центробежной сил направлена диаметрально противоположно радиальному направлению на фиксированную точку, вращают вал 40 с заданной постоянной скоростью, измеряют радиальное смещение вала относительно фиксированной точки и по разности смещений определяют величину радиального зазора, а также тем, что, с целью выяв ления переменной составляющей зазора, вызванной погрешностью беговой дорожки подвижного кольца, последовательно с заданной дискретностью в диапазоне от О до 180 изменяют угловое положение неурав новешенной массы, для каждого углового положения определяют величину зазора и по изменению величины зазора в функции угла положения неуравновешенной массы определяют переменную составляющую эа зара, зависящую от качества беговой дорожки подвижного кольца, а также тем, что, с целью выявления переменной составляющей зазора, связанной с погрешностью беговой дорожки неподвижного кольца,зазор в подшипнике непосредСтвенно на месте его установки в машине, так как для своей реализации требует демонтажа подшипника и установку его в специальное устройство, обеспечивающее возможность фиксации от поворота внутреннего кольца и сепаратора подшипника и нагружения наружного кольца постоянной по величине и переменной по направлению радиальной силой, а во-вторых, дает только интегральную оценку величины зазора и не позволяет дифференцировать влияние на величину зазора погрешностей внутреннего и наружного колец подшипника,Цель изобретения - сокращение трудоемкости и повышение качества контроля за счет выявления зазора без демонтажа подшипника с места его установки в изделии и диагностирования дефектов беговых дорожекПоставленная цель достигается тем, что определяют величину радиальной статической силы, действующей в плоскости подшипника, устанавливают на валу неуравновешенную массу, центробежная 5 10152025 последовательно с заданной дискретностью в диапазоне от 0 до 180 выбирают фиксированные точки неподвижного кольца подшипника, в которых определяют величину зазора и по изменению величины зазора в функции углового положения фиксированной точки определяют переменную составляющую зазора, зависящую от качества беговой дорожки неподвижного кольца,На фиг.1 приведена схема устройства для реализации способа; на фиг,2 и 3 - схемы, характеризующие относительное положение подвижного и неподвижного колец подшипника соответственно на первом и втором этапах измерения; на фиг.4 - кривые, соответственно характеризующие законы изменения радиального смещения вала 8 в функции поворота вала на первом кривая) и втором (кривая) этапах измерения; на фиг,5 - график изменения зазора в подшипнике в функции угла между неуравновешенной массой и меткой опорного сигнала; на фиг,б - график изменения зазора в подшинике в функции угла между направлением измерения и вектором статической силы.Устройство (фиг.1) содержит датчик 1 линейного перемещения и датчик 2 опорного сигнала, подключенные к соответствующим входам регистрирующего устройства 3, неуравновешенную массу 4 и метку 5 опор-. ного сигнала.Датчики 1 и,2 жестко закреплены на неподвижном корпусе 6 машины, в котором жестко закреплено неподвижное кольцо 7 контролируемого подшипника, и ориентированы по нормали к поверхности вала 8, на котором жестко закреплено подвижное кольцо 9 подшипника, Плоскость установки датчиков по возможности приближена к плоскости подшипника,Угол а между вектором действующей на вал статической силы Р (обычно силы веса) и направлением измерения радиального смещения вага характеризует место установки датчика 1.Угол т между вектором статической силы Р и датчиком 2 опорного сигнала характеризует место установки датчика опорного сигнала.Неуравновешенная масса 4 закреплена на валу 8 с известным эксцентриситетом. На том же валу установлена метка 5 опорного сигнала, Взаимное положение неуравновешенной массы 4 и метки 5 характеризуется углом у,Способ осуществляют следующим образом.Расчетным путем определяют величину Величина угла О зависит от соотношерадиальной статической силы Р, возникаю- ния абсолютных величин сил Г и Р, а такжещей в плоскости контролируемого подшип- от величины угла а и определяется (фиг.2)ника под действием силы веса вала 8. исходя из теоремы синусов по формулеНа валу 8 с известным эксцентриситеР,том устанавливают неуравновешенную.мас- (Г )(2)су 4, величину которой выбирают такой, Радиальное смещение цилиндрическойчтобы возникающая в подшипнике при вра- . поверхности вала 8, измеренное. в моментщении вала с известной скоростью постоян- его поворота на угол р(фиг.2), характеризуная по величине и переменная по 0 ется зазором Ь между измерительным эленаправлению составляющая силы дисба- ментом датчика 1 и точкой цилиндрическойланса Г превышала йо модулю величину си поверхности вала С, лежащей в плоскости,лы Р. Приводят вал во вращение, проходящей через сечениес - .б. На практикеПод действием силы В, являющейся величина зазора определяется по графикуравнодействующей сил Р и Г, подвижное 1.5 на фиг.4.кольцо 9 подшипника, вращающееся вме- далее производят остановку вала 8 и,сте с валом 8, смещено в зазоре и все время . сохраняя неизменным эксцентриситет, пеприжато (через тела качения) к наружному ремещают неуравновешенную массу 4 отнокольцу. подшипника одной стороной. При- сительно. исходного положения на угол ричем точка подвижного кольца 9, в которой 20 вновь закрепляют ее на валу 8 Величинуосуществляется контакт с неподвижным угла перемещения неуравновешенной маскольцом 7, лежит на линии действия силы В. сы Р определяют по формулеС помощью датчика 1 в плоскости, про-, . Р .ходящей через диаметральное сечение а-Ь ф= 180"зф" (Г . зпнеподвижного кольца 7(фиг.2),контролиру После этого вновь приводят вал 8 воют. радиальное смещение цилиндрическойвращение с первоначальной. скоростью иповерхности вала 8. Датчик 2 опорного сиг- повторно определяют величину радиальнонала в момент прохождения мимо него мет-го смещения цилиндрической поверхностики 5. формирует опорный сигнал, вала 8 в момент его поворота на уголотносительно которого осуществляется от-. 30 у(фиг 3),счет углового поворота вала 8. В этот момент сечение с-б подвижногоСигнал датчика 1 поступает на измери- кольца так же, как и в первом случае, совпательный вход регистрирующего устройства . дает с сечением а-Ь неподвижного кольца,3, а опорный сигнал датчика 2 - на вход аконтактмеждукольцами(черезсепаратор)отметчика того же устройства, Это позволя осуществляется в точках б и Ь, так как равет регистрировать радиальное смещение нодействующая сила й имеет направление,цилиндрической поверхности вала 8 в фун- противоположное тому, которое имела накции угла поворота вала (фиг.4, кривая 1). угле поворота вала р на первом этапе измеИз всей совокупности мгновенных зна-, рения. Радиальное смещение цилиндричечений радиального смещения вала, эареги ской поверхности вала 8 в этом случаестрированных на кривой 1, используют. характеризуется зазором й между измеритолько одно, которое определяют в момент, тельным элементом датчика 1 и точкой ци. когда вектор равнодействующейсилыпопа- линдрической поверхности С и.дает в плоскость измерения датчика 1 ли- определяется графически на фиг.4.нейного перемещения. В этот. момент 4 Таким образом, на обоих этапах измесечениес-бподвижногокольца 9 совпадает . рения радиальное смещение цилиндричеслежащимв плоскости измерениядатчика ской поверхности вала 8 измеряют1 сечением а-Ь неподвижного кольца 7, а . относительно одной и той же точки поверхточка с подвижного кольца контактирует че-. ности вала,рез тела качения с точкой а неподвижного 50.: В результате погрешность цилиндричекольца. Указанный момент характеризуется . ской поверхности вала 8, относительно коуглом поворота. у вала 8.торой производят измерения, не влияет наОтсчет угла о начинают от момента точность определения величины зазора впрохождения метки 5 относительно датчика. подшипнике, а сам зазор, обозначенный наопорного сигнала 2, а его величину опреде фиг.4 символом А определяют как модульляют расчетным путем по формуле разности результатов обоих измерений.(1) . С целью выявления переменной составгде д-угол между вектором силы дисбалан- ляющей зазора, связанной с погрешностьюса Ги равнодействующей силы й. изготовления или износом подвижногокольца 9 подшипника, последовательно сзаданной дискретностью путем перестановки неуравновешенной массы 4 изменяютугол у между неуравновешенной массой 4 иметкой 5 от О до 180 О. При этом для каждого 5нового положения неуравновешенной массы выполняют оба рассмотренных вышеэтапа измерения и по совокупности всехизмерений определяют закон изменениязазора в функции изменения угла у(фиг.5). 10Переменная составляющая зазора в этомслучае будет характеризовать погрешностьподвижного кольца подшипника й,С целью выявления переменной составляющей зазора, связанной с погрешностью 15изготовления или износом неподвижного.кольца 7, последовательно с заданной дискретностью путем перемещения датчика 1изменяют угол а между направлением изменения радиального смещения и вектором 20статической силы Р от 0 до 180 О. При этомдля каждого нового положения датчика 1выполняют оба рассмотренных выше этапаизмерения и по совокупности всех измере- .. ний определяют закон изменения зазора в 25функции изменения угла й. ПереМенная составляющая зазора (фиг.6) в этом случае будет характеризовать погрешностьнеподвижного кольца подшипника Ьн,.. Способ опробовался при контроле радиального зазора подшипника %3182120,установленного на шпинделе токарногостанка мод. 16 К 20 Т 1. При этом в качестведатчика линейного перемещения использовался вихретоковый датчик типа ЗЧ 101 фирмы "Шенк" . ЯспепК), ФРГ, а в качестведатчика опорного сигнала - фотоэлектрический датчик типа Р 67 той же формы. Обадатчика закреплялись на шпиндельной бабке станка, В качестве регистрирующего устройства использовался временнойсамописец мод Н 3031, имеющий измерительный вход и вход отметчика для подключения датчика опорного сигнала.Неуравновешенная масса а = 0,35 кг 45закреплялась на фланце шпинделя, там же.устанавливалась и метка опорного сигнала.При вращении шпинделя со скоростью2000 об/мин сила дисбаланса Р, создаваемая в плоскости подшипника неуравновешенной массой гп, составляла 837 Н ипревышала по модулю величину статической силы Р = 635 Н.С помощью самописца регистрировалось радиальное смещение шпинделя в функции угла поворота вала на первом и второмэтапах измерения (фиг.4).Величина радиального смещения Ь 1,определенная на первом этапе измерения по кривой фиг,4 при угле поворота вала у =69, равна 12 мкм. Перед выполнением второго этапа измерения неуравновешенная масса перемещена относительно первоначального положения на угол Р.-= 58 О, Величина радиального смещения й, определенная на втором этапе измерения по кривой И фиг,4 при угле поворота вала у 69, равна 20 мкм. В результате величина зазора в подшипнике,. определяемая как разность результатов измерений на первом и втором этапах, равна 8 мкм, Величина переменной составляющей зазора й, связанная с дефектами подвижного кольца подшипника (фиг;4), равна 1,5 мкм, Величина переменной составляющей зазора Ьн, связанная с дефектами неподвижного кольца (фиг.5), равна 3 мкм,Предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает воэможность определения радиального зазора непосредственно на месте установки подшипника в машине и не требует для своей реализации применения специального нагружающего устройства. В результате значительно сокращается трудоемкость работ и время простоя машины при диагностировании зазора.Способ обеспечивает также возможность дифференциации дефектов внутреннего и наружного колец подшипника, влияющих на формирование зазора. Формул а и зоб р ете н и я 1. Способ определения радиального зазора в подшипнике качения, заключающийся в том, что подвижное кольцо подшипника, установленного на валу с горизонтальным расположением оси вращения, нагружают постоянной по величине и переменной по направлению радиальной силой и измеряют параметр подшипника, зависящий от радиального зазора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью сокращения трудоемкости и повышения качества контроля эа счет выявления зазора без демонтажа подшипника с места его установки в изделии и диагностирования дефектов беговых дорожек, определяют величину радиальной статической силы, . действующей в плоскости подшипника, устанавливают на валу неуравновешенную массу, центробежная сила от которой по модулю больше радиальной статической силы при вращении вала, вра цают вал с заданной постоянной скоростью, измеряют радиальное .смещение вала относительно фиксированной точки неподвижного кольца в момент совпадения направления равнодействующей статической и центробежной сил с ра10 1723479 Ф диальным направлением на фиксированную точку, останавливают вал, перемещают неуравновешенную массу на угол, при котором равнодействующая статической и центробежной сил направлена диаметрально противоположно. радиальному направлению на фиксированную точку, вращают вал с заданной постоянной скоростью, измеряют радиальное смещение вала относительно фиксированной точки и по разности смещений определяют величину радиального зазора.2, Способ по п.1, отл ича ющийс я тем, что; с целью выявления переменной составляющей зазора, вызванной погрешностью беговой дорожки подвижного ольца, последовательно с заданной дискретностью в .диапазоне от 0 до 180 изменяют угловое положение неуравновешенной массы, для каждого углового положения определяют величину зазора и поизменению величины зазора в функции угла положения неуравновешенной массы определяют переменную составляющую зазора, 5 зависящую от качества беговой дорожки подвижного кольца.3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что. с целью выявления переменной составляющей зазора, связанной с погреш ность о беговой дорожки неподвижногокольца, последовательно.с заданной дискретностью в диапазоне от 0 до 180" выбирают фиксированные точки неподвижного коль 4 а подшипника, в которых определяют 15 величину зазора и по изменению величинызазора в функции углового положения фиксированной .точки определяют переменную составляющую зазора. зависящую от качества беговой дорожки неподвижного коль ца.1723479 Ь,ймкм гол поворота вала 90 185 Юо Составитель В,ФельдманРедактор 3. Слиган Техред М.Моргентал Корректор Л. Беск аказ 1060 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 1 Координата места установки наиг.б Ж РО 135рдината места измеренин зазора 480 овешенной массы