СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к виброакустической диагностике и может быть использовано для прогнозирования технического состояния диагностируемых подшипников, в частности, несущих переменную нагрузку, преимущественно радиальных подшипников, работающих в отдельные периоды с проскальзыванием тел качения, например, для межвальных подшипников качения двухвальных авиационных двигателей.

В процессе эксплуатации двухвальных авиационных газотурбинных двигателей, выявилась склонность к проскальзыванию и огранке роликов межвальных подшипников, что значительно снижает их ресурс по сравнению с расчетным, делая его непредсказуемым и приводит к тяжелым катастрофам [1] .

Известен способ диагностики дефектов подшипников качения путем измерения вибраций, возбуждаемых ударными импульсами [2] .

Импульсы механических ударов возникают в реальных подшипниках качения уже в состоянии поставки (т. е. в исправном состоянии) вследствие отклонений формы и размеров деталей от идеальных.

Известный способ позволяет установить наличие дефектов, но не обеспечивает прогнозирование технического состояния диагностируемого подшипника. Кроме того, этот способ не может использоваться для диагностики подшипников качения на двухвальных авиационных двигателях, так как установить датчик на корпус межвального подшипника невозможно по причине отсутствия у него неподвижного корпуса. Произвольная же установка датчика на наружный корпус двигателя не обеспечивает необходимой помехоустойчивости из-за сложной кинематической схемы многовального двигателя, что затрудняет диагностику повреждения подшипника.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности прогнозирования технического состояния диагностируемого подшипника, т. е. определение с заданной вероятностью, зависящей от конструкции конкретного подшипникового узла, интервала времени (ресурса), в течении которого сохранится работоспособное (исправное) состояние подшипника, по характеру зависимости среднего значения амплитуд вибросигналов корпуса от наработки в ее начальной стадии, включающей зарождение дефекта, регистрируемого вибродатчиком, установленном на корпусе.

Способ прогнозирования технического состояния подшипников качения на частотах резонансного отклика наружнго корпуса контролируемого механизма с вибродатчиком заключается в том, что прогнозирование осуществляют в два этапа, на первом из которых формируют диагностическую модель, используя при этом в качестве испытуемой конструкцию, включающую узел диагностируемого подшипника с телами качения и валами, а также наружный корпус контролируемого механизма с вибродатчиком, а на втором этапе прогнозируют по этой модели техническое состояние диагностируемого подшипника. При этом на первом этапе осуществляют измерение среднего значения амплитуд вибросигналов наружного корпуса контролируемого механизма, для чего раскручивают вал до скорости, при которой частоты, возбуждаемые телами качения, или их гармоники, превышают резонансную частоту наружного корпуса контролируемого механизма с вибродатчиком, отключают привод и измеряют указанное значение при замедляющемся вращении вала в заданном диапазоне скоростей его вращения. Затем повторяют измерения по мере увеличения наработки до регистрации выкрашивания и получают зависимость средних величин амплитуд вибросигналов от наработки, после чего указанные измерения выполняют на нескольких таких же конструкциях с подшипниковыми узлами и получают диагностическую модель, состоящую из зависимостей средних значений амплитуд вибросигналов от наработки в виде кривых, характер которых зависит от исходного состояния соответствующих подшипниковых узлов, а на втором этапе осуществляют измерения для диагностируемого подшипника среднего значения амплитуд вибросигналов на начальной стадии наработки, включающей зарождение дефекта, регистрируемого вибродатчиком, установленным на наружном корпусе контролируемого механизма. Сопоставляют полученную зависимость среднего значения амплитуд вибросигналов от наработки с зависимостями диагностической модели и оценивают ресурс подшипника.

В частном случае применения, измерительное устройство, включающее вибродатчик на наружном корпусе контролируемого механизма, устанавливают на борту самолета.

В частном случае применения предлагаемого способа за счет получения возможности контроля текущего технического состояния подшипников после каждого полета, не только обеспечивается возможность быстрого и качественного набора статистики для построения диагностической модели, но и уменьшается до минимально возможной вероятность заклинивания подшипников и разрушения авиадвигателя, что увеличивает безопасность полетов.

На чертеже показана зависимость средних значений амплитуд вибросигналов корпуса от наработки для подшипниковых узлов, имеющих разное исходное состояние, в частности разное распределение использованных допусков на детали узла или разные фактические зазоры и контактные напряжения между роликами и беговыми дорожками в межвальном подшипнике.

Способ осуществляется следующим образом. Раскручивают вал до скорости больше той, при которой частоты, возбуждаемые телами качения, или их гармоники совпадают с резонансной частотой корпуса в месте установки вибродатчика. Отключают привод и при замедляющемся вращении вала измеряют значения амплитуд вибросигналов в заранее заданном диапазоне скоростей.

Измерения повторяют по мере увеличения наработки до регистрации выкрашивания и получают, таким образом, зависимость средней величины амплитуд от наработки - одну из кривых I, II, III, IV или V. Повторяют все измерения для нескольких таких же конструкций с подшипниковыми узлами и получают кривые I, II, III, IV и V. Подъем кривых на конечной стадии наработки выше значения (А_ср.) характеризует развитие дефектов выше допустимых, в том числе и усталостных выкрашиваний. Характер этих кривых зависит от исходного состояния подшипникового узла, в частности от распределения использованных допусков на детали узла или от фактических зазоров и контактных напряжений между роликами и беговыми дорожками в межвальном подшипнике.

На чертеже показаны пять кривых, при практическом осуществлении способа их может быть и больше. Кривые пронумерованы в порядке возрастания неблагоприятности распределения использованных допусков на детали подшипникового узла; А_ср. - значение средней амплитуды вибросигнала, соответствующее с определенной вероятностью интервалу времени Δ t_ост (остаточному ресурсу), в течение которого сохранится работоспособное (исправное) состояние подшипника; А_ср. обозначено максимально допустимое среднее значение амплитуд вибросигналов.

Опытом установлено существование корреляции между значением средней амплитуды вибросигналов А_ср. в начальной стадии наработки, которая характеризуется формированием дефекта (чаще всего огранки тел качения) межвального подшипника, и остаточным ресурсом Δ t_ост.

Полученное семейство кривых используется в качестве диагностической модели. При диагностировании конкретного подшипника осуществляют те же измерения, только на начальной стадии наработки, включающей зарождение дефекта, регистрируемого вибродатчиком, установленном на корпусе, т. е. получают начальную стадию, аналогичную одной из кривых, показанных на чертеже. Сопоставляя ее с диагностической моделью, оценивают остаточный ресурс подшипника.

Использование: изобретение относится к виброакустической диагностике и может быть использовано для прогнозирования технического состояния подшипников качения, в том числе межвальных подшипников двухвальных авиационных газотурбинных двигателей. Сущность: межвальные подшипники вследствии недогруженности склонны к проскальзыванию и огранке, уменьшающей ресурс. Процесс возникновения и развития дефекта можно оценить по величине вибраций наружного корпуса контролируемого механизма, замеренных при вращении одного из роторов на выбеге. Для этого осуществляют измерения средних значений амплитуд вибросигналов наружного корпуса контролируемого механизма по мере увеличения наработки до регистрации выкрашивания и получают зависимость средних величин амплитуд вибросигналов от наработки, после чего измерения выполняют на нескольких таких же конструкциях и получают диагностическую модель. По этой диагностической модели можно определить остаточный ресурс диагностируемого подшипника с момента окончания перераспределения зазоров в межвальном подшипнике в результате приработки, когда первоначальный дефект (огранка), зародившийся в силу неблагоприятного сочетания допусков, стабилизировался в своем развитии. Предлагаемый способ может быть реализован при установке устройств, осуществляющих контроль и регистрацию измеряемых вибраций на борту самолетов. 1 з. п. ф - лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ на частотах резонансного отклика наружного корпуса контролируемого механизма с вибродатчиком, отличающийся тем, что, прогнозирование осуществляют в два этапа, на первом из которых формируют диагностическую модель, используя при этом в качестве испытуемой конструкцию, включающую узел диагностируемого подшипника с телами качения и валами, а также наружный корпус контролируемого механизма с вибродатчиком, а на втором этапе прогнозируют по этой модели техническое состояние диагностируемого подшипника, при этом на первом этапе осуществляют измерение среднего значения амплитуд вибросигналов наружного корпуса контролируемого механизма, для чего раскручивают вал до скорости, при которой частоты, возбуждаемые телами качения, или их гармоники, превышают резонансную частоту наружного корпуса контролируемого механизма с вибродатчиком, отключают привод и измеряют указанное значение при замедляющемся вращении вала в заданном диапазоне скоростей его вращения, затем повторяют измерения по мере увеличения наработки до регистрации выкрашивания и получают зависимость средних величин амплитуд вибросигналов от наработки, после чего измерения выполняют на нескольких таких же конструкциях с подшипниковыми узлами и получают диагностическую модель, состоящую из семейства зависимостей средних значений амплитуд вибросигналов от наработки в виде кривых, характер которых зависимт от исходного состояния соответствующих подшипниковых узлов, а на втором этапе осуществляют измерения для диагностируемого подшипника среднего значения амплитуд вибросигналов на начальной стадии наработки, включающей зарождение дефекта, регистрируемого вибродатчиком, установленным на наружном корпусе контролируемого механизма, сопоставляют полученную зависимость среднего значения амплитуд вибросигналов от наработки с зависимостями диагностической модели и оценивают остаточный ресурс подшипника. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерительное устройство, включающее вибродатчик на наружном корпусе контролируемого механизма, устанавливают на борту самолета.