Устройство для диагностики подшипников качения

(04,тво СССР3/04, 1983 б) Авторское свидетел 838493, кл, 0 01 М 1 Авторское свидетель 1231419, кл. 0 01 М 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИ ДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ АГНОСТИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИ 4 И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики системтрения качения (подшипников, зубчатых колес), разделенных слоем смазки, Цель изобретения - обеспечениевозможности измерения несущей способности смазочного слоя во всехрежимах контактирования.Устройствосодержит систему 1 трения качения,на которой в трех взаимно перпендикулярных плоскостях закреплены вибропреобразователи 2-4. Моменты контактирования фиксируются датчикомконтактирования 6. Импульсы контактирования нормализуются в схеме фор1278648 1 О5 20 25 30 35 мирования 7 и поступают на входблока 11 селекции. Вибросигналы свыхода трех вибропреобразователей2-4 усиливаются в блоке 5 усилителей и затем происходит выделение модуля в блоке выделения модуля 10.Модули вибросигнала селектируютсяв блоке 11 селекции и поступаютна вход счетно-решающего преобразователя 9. Нагрузки для получения неИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для диагностики систем трения качения (подшипников, зубчатых колес), разделенных слоем смазки,путем измерения ее несущей способности.Цель изобретения - обеспечение возможности измерения несущей способности смазочного слоя во всех режимах контактирования путем органиэации гидродинамического, контактногидродинамического и контактного режимов контактирования и паспортиза- ции соответствующих им режимов нагружения.На фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на фиг, 2 - функциональная схема устройства; на фиг, 3 - вариант выполнения блока задания осевой или радиальной нагрузки", на фиг. 4 - блок-схема алгоритма работы процессораУстройство для диагностики подшипников качения содержит систему 1 трения качения (шарикоподшипник), имеющую внутреннее 1.1 и наружное 1.2 кольца, оправку 1,3 и ось 14, вибропреобразователи 2-4, блок 5 усилителей 5,1, 5.2, 5,3, датчик 6 контактирования, имеющий токосъемные щетки 6,1 и 6,2, стабилизированный источник 6.3 питания и измерительныйрезистор 6.4, первую схему 7 формирования с повторителем 7.1, компаратором 7,2, ждущим мультивибратором 7.3, схему 8 выделения среднего значения, счетно-решающий преобразователь 9, имеющий блок 9.1 аналогообходимых режимов контактирования задаются счетно-решающим преобразовав., 9 с помощью блоков задания осевой и радиальной нагрузок 13 и 16, Частота вращения задается также счетно-решающим преобразователем 9 и отслеживается датчиком 20 частоты вращения. Результаты диагностики фиксируются в блоке 22 регистрации, 2 з,п. ф-лы, 4 ил,2цифровых преобразователей, устройство 9.2 согласования, процессор 9,3 и блок 9,4 цифроаналоговых преобразователей, блок 10 выделения модуля, имеющий прецизионный двухтактный вьг прямитель 10.1-10.3, блок 11 селекции со схемами 11,1-1.3 селекции, первый усилитель 12 мощности, блок 13 задания осевой нагрузки, со штоком 13,1, зубчатой передачей 13.2;двигателем 13.3, упругим элементом13,4, втулкой 13.5, основанием 13.6и направляющей втулкой 13.7, датчик14 осевой нагрузки с тензореэистором 14,1 и тензоусилителем 14,2,второй усилитель 15 мощности, блок 16задания радиальной нагрузки, имеющийшток 16,1, зубчатую передачу 16.2,двигатель 16,3, упругий элемент 16.4,втулку 16.5, основание 16,6 и направляющую втулку 6.7, датчик 17 радиальной нагрузки с тензорезистором17.1 и тенэоусилителем 17,2, регулируемый источник 18 питания, пневмошпиндель 19, датчик 20 частоты вращения, вторую схему 21 формированияс повторителем 21,1, компаратором21,2, ждущим мультивибратором 21,3,схемой 21,4 выделения среднего значения, блок 22 регистрации,Внутреннее кольцо 1.1 исследуемой системы 1 трения качения закреплено на оси 1,4, а наружное кольцо 1,2 - в оправке 1.3, на которой установлены взаимно ортогонально вибропреобразователи 2-4, причем вибропреобразователи 2 и 3 - в радиальных направлениях, а вибропреобразователь 4 - в осевом, Входы блока 5 усилите278648 4 31лей соединены с соответствующими вибропреобразователями 2-4,Подпружиненные щетки 6.1 и 6.2 установлены на элементах системы трения качения, разделенных слоем смазки, а именно одна из щеток подпружинена в направлении оправки3 исследуемой системы трения качения, адругая - в направлении вращающегосяэлемента 1,4 системы трения. Щетки6. и 6.2 подключены к стабилизированному источнику 6.3 питания черезизмерительный резистор 6.4, Выходдатчика 6 контактирования подключенк входу схемы 7 формирования, включающей в себя последовательно .соединенные повторитель 71, компаратор7. 2 и ждущий мультивибратор 7,3,к выходу которого подключен первыйи второй выходы схемы 7 формирования,причем первый ее выход подключен квходу схемы 8 выделения среднегозначения, а выход - к седьмому входу счетно-решакицего преобразователя9, к первому, второму и третьемувходам которого подключены последовательно соединенные блок 10 выделения модуля и блок 11 селекции, а квторому и третьему его выходам подсоединены соответственно последовательно соединенные первый усилитель2 мощности, блок 13 задания осевойнагрузки, датчик 14 осевой нагрузкии второй усилитель 15 мощности, блок16 задания радиальной нагрузки идатчик 17 радиальной нагрузки, выходкоторого подключен к шестому входусчетно-решающего преобразователя 9,к пятому входу которого подключенвыход датчика 17 осевой нагрузки, кчетвертому выходу - последовательносоединенные регулируемый источник18 питания и пневмошпиндель 19 с установленной на нем системой 1 трениякачения, ось которой 1.4 связана споследовательно соединеннымидатчиком 20 частоты вращения и схемой 21формирования, выход которой подключен к четвертому входу. счетно-решающего преобразователя 9, на первомвыходе которого установлен блок 22регистрации. Второй выход схемы 7формирования подключен к четвертомувходу блока 11 селекции,Все входы счетно-решающего преобразователя 9 подключены к соответствующим входам блока аналого-цифровых преобразователей 9,1, последовательно соединенного с устройством 9.2 ссгласования и процессором 9.3,который связан также через устройство согласования 9.2 с блоком цифроаналоговых преобразователей 9.4, квыходам которого подключены второй,третий и четвертый выход счетно-решающего преобразователя 9, первый выход счетно-решающего преобразователя 9 связан с вторьв выходом процес 1О сора 9. 3.Предлагаемое устройство работает следующим образом,При подаче пневмо- и электропитания внутреннее кольцо 1.1 исследуе 5 мой системы 1 трения качены: начина"ет вращаться вместе с осью 1.4, приэтом возникают пространственные вибрации наружного кольца 1,2 вместес оправкой 1.3, которые воспринимают 20 ся вибропреобразователями 2-4 и усиливаются соответственно в каналах5.1-5.3 блока 5 усилителей. Одновременно с этим возникает сигнал на выходе датчика 6 контактирования, фор 25 мирующийся с помощью токосъемных щеток 6.1 и 6,2, стабилизированногоисточника 6,3 питания и измерительного резистора 6.4 и поступакюций затем с датчика 6 контактирования наЭО вход схемы 7 формирования, на первом и втором выходе которой с помощью повторителя 7.1, компаратора7.2 и ждущего мультивибратора 7,3формируется импульсный сигнал, частоЭ 5та появления импульсов в которомопределяется моментами прорывов смазки, а длительность импульсов постоянная и определяется параметрами частотно-задающей цепи ждущего мультивибратора 7,3.Сформированный таким образом сигнал поступает с первого выхода схемы 7 формирования на вход схемы 8выделения среднего значения, форми 45рующей постоянное напряжение, про"порциональное средней частоте прорывов смазочного слоя, которое после,этого поступает на седьмой входФсчетно-решакицего преобразователя 9,а именно иа седьмой вход блока 9.1аналого-циФровых преобразователейна первый, второй и третий вход которого поступает сигнал,дающий представление о динамической нагрузке,сформированный с помощью црецизион 55 ных двухтактных выпрямителей 10.110.3 блока. 10 выделения модуля и схем11.1"11.3 селекцииблока 11 селекции, на управляющий вход каждой иэБ= Х+У+2 Кинематический режим работы системы 1 трения качения задается процессором 9,3 с помощью управляющегосигнала, поступающего с четвертоговыхода цифроаналогового преобразователя 9,4 на вход регулируемого ис"точника 18 питания, напряжением свыхоДа которого записывается обмоткапневмошпинделя 19, а управляющийсигнал формируется в процессоре 9,3в результате сравнения сигнала, пропорционального частоте вращения,сформированного с помощью датчика20 частоты вращения и схемы 21 фор 15мирования, со значением, соответствующим заданной частоте вращения.Дальнейшая обработка сигналов впроцессоре 9.3 происходит следующимобразом,Вычисляют среднее значение и среднеквадратическое отклонение несущей:способности смазки в гидродинамическом режиме:25 кЕ Н;6с ;, я К 1278648 8ветствующей середине диапазона варьирования сигнала контактирования вконтактно-гидродинамическом режиме,Работа устройства и его блоковв этом случае аналогична описаннойи определяется обобщенной функцией,Если е(11 -0,511,)=-1, то процессор 9.3 Формирует управляющий сигнал,приводящий к увеличению осевой и радиальной нагрузок до тех пор, покафункция е(У, -0,50 ) не станет равнойнулю, после чего процессор проводитобработку информации и вычисления поприведенньи соотношениям с последу"ющим переходом к измерению значенияфункции е(Б -0,950), если е(0 -0,5 Б,)=0 или е(11 -0,50 )=1, то спомощью процессора 9.3 проводится соответственно либо непосредственноеизмерение характеристик несущей спо"собности смазки и режимов нагруженияс их регистрацией и переходом к вычислению значения функций е(Б, --0,950), либо переход к измерениюе(У, -0,95 Ц ) без предварительногоизмерения характеристик несущей способности смазки и режимов нагруже5 и амплитуды разложения несущей способности смазочного слоя в ряд Фурье на периоде, равном периоду сопряжения элементов систем трения ка"чения, который пропорционален частоте вращения, измеряемой с помощью дат"чика частоты вращения,После окончания вычислений информация о режиме контактирования, соответствующей ему осевой и радиальнойнагрузках, характеристиках несущейспособности смазочного слоя и частоте вращения выводится иэ процессора ф9.3 на первый выход счетно-решакщегопреобразователя 9, с которого поступает в блок 22 регистрации, а само устройство переводится с помощьюпроцессора 93 в режим измерения зна 45чения функции е(0, -0,5 Ц),Если в исходном положении смазочный слой работает в контактно-гидродинамическом или контактном реЖиме(е=О, е=1), процессор 9.3 в соответствии салгоритмом, представленном на фиг. 6, осуществляет либо непосредственно переход к измерению параметров несущей способности и режимов нагружения (е=О, 11,=0,05 Ц ), 5либо переход к сравнению напряженйяс выхода схемы вьделения среднегозначения 11 с величиной 0,511 , соотПосле вычисления значения Функциие(Б, -0,9511 ) устройство работаетаналогично работе после вычислениязначений предьдущнх Функций е(ив-0,055) и е(Б,р 0511 ) у т.е. при 15,с 0,953 процессор 9.3 проводит измерение характеристик несущей способности смазочного слоя и соответствующих ей режимов нагружения с последующей вьдачей сигнала об окончании цикла измерений, а при 00,9511,окончание цикла измерений происходитсразу после вычисления значения функции еЫ, -0,951.1,),Таким образом, использованиепредлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет обеспечитьвоэможность измерения несущей способности смазочного слоя в любом режимеконтактирования и проведени .паспорти-.,зации соответствующих этим режимам режимов нагружения,существенно иовысить достоверность и воспроизводимость результатов измерения несущейспособности смазочного слоя зв счетуправления процессами контактирования, значительно снизить время,необходимое для получения информации о несущей способности смазочного слоя, по сравнению с известнымза счет замены ручной обработки о 12786 ц 8 1 Озультатов измерения вычислениями наЭВМ в автоматическом режиме, повысить качество работы подшипниковыхсистем за счет селекции подшипниковпа несущей способности с учетом ихиндивидуальных особенностей, обеспечить высокую чувствительность к изменению состояния смазки за счеткомпенсационных схем изме 1 ения.Кроме того, применение предлагаемого устройства позволяет также получить информацию как о режиме контактирования в каждый, текущий момент времени, так и о соответствующей этому режиму величине несущей"способности смазочного слоя междуэлементами,Использование информации об осевой и радиальной нагрузках, соответствующей каждому режиму контактирования, позволяет провести паспортизацию режимов контактирования по на, грузке и на основании этого осуществить селекцию по нагрузке подшипников качения, предназначенных дляработы при малых, средних и большихнагрузках.Использование предлагаемого устройства позволяет проводить выбороптимальных режимов эксплуатации,обеспечивающих заданный ресурс работы системы трения качения с учетоминдивидуальньи характеристик подшипников, а также осуществлять контроль фактического состояния смазкипри эксплуатации по состоянию,Формула изобретения1, Устройство для диагностики подшипников качения, содержащее приводной электродвигатель, регулируемый источник питания, три вибропреобразователя, закрепляемые на оправке, линии измерения которых взаимно перпендикулярны, блок усилителей, ,счетно-решающий преобразователь, блок регистрации, первую схему формирова" ния и датчик контактирования, свя-. занный через две подпружиненные тоиосъемные щетки с контактирующими элементами подшипника и подключенный к первой схеме формирования,причем выход регулируемого источника .питания подключен к приводному электродвигателю, на валу которого уста" навливается испытываемый подшипник, а выходы вибропреобразователей подключены к входам блока усилителей,при этом первый выход счетно-решающего блока подключен к блоку регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения несущей способности смазочного слоя во всех режимах контактирования путем организации гидродинамического, контактно-гидро- динамического и контактного режимов, а также паспортизации соответствующих им режимов нагружения, оно снаб" жено блоком выделения модуля и блоком селекции, последовательно соединенными датчиком частоты вращения и второй схемой формирования, схе" мой выделения среднего значения,последовательно соединенными первым усилителем мощности, блоком задания осевой нагрузки и датчиком осевойнагрузки и последовательно соединенными вторым усилителем мощности,блоком задания радиальной нагрузки и датчиком радиальной нагрузки, причем первый .выход первой схемы формирования подключен к входу схемы выделения среднего значения, а второй ее выход подключен к четвертому входу блока селекции, первый, второй и третий выходы которого подключенык соответствующим входам счетно-решающего преобразователя, к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам которого подключены соответственно вторая схема формирования,датчик осевой нагрузки, датчик радиальной нагрузки и схемы выделениясреднего значения, а к второму, третьему и четвертому выходу счетнорешающего преобразователя подключеныусилитель мощности, второй усилитель мощности и регулируемый источникпитания, нри этом выходы блока усилителей подключены к соответствующимвходам блока выделения модуля, выходы которого соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока селекции, а датчик частоты вращения связан с вращающимся эле"ментом испытуемого подшипника,2. Устройство по п, 1, о т л и "ч а ю щ е е с я тем, что, блоки задания осевой и радиальной нагрузоксвязаны с оправкой через газостатическую подушку,3, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем,что приводнойэлектродвигатель выполнен в видегазостатического прецизионного электрошпинделяолаюд олоа олока 6 лою о С бидойу к1278 Ь 48 Составитель Н.ПлатоновТехред Л.Олейник Редактор Н.Марголин ное Подл комитета СССР открытий ая наб., д; 4аказ 6823/3 ское предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,изводственно-по Тираж 778 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва,Ж, Раушс