СПОСОБ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДЕФЕКТАЦИИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к машино- и приборостроению, к эксплуатации и ремонту машин и приборов и может быть преимущественно использовано для неразрушающего контроля состояния поверхностей трения подшипников качения (ПК) без их разборки и прогнозирования их работоспособности.

Известен способ безразборной дефектации и прогнозирования работоспособности рабочих поверхностей ПК, включающий измерение частоты импульсов контактной разности потенциалов (КРП) между кольцами вращающегося ПК, превышающих по амплитуде заданный уровень дискриминации (УД).

Устройство, реализующее описанный способ, содержит контактный (у неподвижного кольца) и бесконтактный (у вращающегося кольца) съемники импульсов КРП между кольцами вращающегося ПК, подсоединенные к входу амплитудного дискриминатора, выход которого соединен с входом частотомера, измеритель интегральной длительности, вход которого соединен с выходом амплитудного дискриминатора.

Недостатком известных способа и устройства является следующее: форма и величина импульсов КРП носят не регулярный, а стохастический характер. Для устойчивой работы частотомера (без пропуска сигналов КРП с малой амплитудой) амплитудный дискриминатор выполняет одновременно и функции компаратора: вырабатывает стандартные по форме прямоугольные импульсы с постоянной амплитудой, согласованной с чувствительностью частотомера, и с продолжительностью, соответствующей продолжительности сечения аналогового импульса. Указанные преобразования также сопряжены с приборными ошибками. На практике для некоторого повышения точности дефектации производят ряд (i) измерений f_i и Т_i на различных i УД, рассчитывают их математические ожидания и по ним судят о состоянии ПК. Данный способ не позволяет прогнозировать работоспособность ПК, он позволяет лишь достаточно достоверно различать на момент дефектации работоспособные ПК от неработоспособных, имеющих дефекты недопустимых размеров, что и заявлено в прототипе.

Целью изобретения является повышение точности определения физико-химического и напряженного состояния его поверхностей трения путем измерения энергии, накопленной в поверхностных слоях колец и тел качения, что позволяет оценивать техническое состояние колец и тел качения на любой стадии эксплуатации индивидуально каждого ПК.

Указанная цель достигается тем, что в способе, включающем измерение частоты импульсов КРП между кольцами вращающегося ПК, превышающих по амплитуде заданный уровень дискриминации, выделяют экстремумы одной полярности указанных импульсов контактной разности потенциалов, измеряют частоты следования экстремумов одной полярности и бракуют подшипник при выполнении по меньшей мере на одном уровне дискриминации неравенства
f>f_э,
где f и f_э частоты следования экстремумов одной полярности соответственно контролируемого и эталонного подшипников качения, измеряют интегральную энергию, накопленную в поверхностных слоях колец и тел качения подшипников качения, и бракуют подшипники при выполнении неравенства
E>E_э,
где E и E_э интегральные энергии, накопленные в поверхностных слоях соответственно контролируемого и эталонного подшипников, а об остатке работоспособности контролируемого подшипника судят по величине разностей

где E_п и f_п пороговые значения накопленной интегральной энергии и частоты импульсов контактной разности потенциалов между кольцами вращающегося подшипника, соответственно установленные для подшипников качения одного типоразмера с контролируемым и работающим в условиях, аналогичных контролируемому подшипнику, путем сравнения измеренных величин указанных разностей с табулированными значениями этих величин по остаточной работоспособности подшипника, и из двух значений остаточной работоспособности выбирают наименьшее.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для безразборной дефектации и прогнозирования работоспособности рабочих поверхностей ПК, содержащее контактный и бесконтактный съемники импульсов КРП между кольцами контролируемого ПК при его вращении, подключенные к входу амплитудного дискриминатора- компаратора, выход которого соединен с частотомером, дополнительно введены интегратор, входы которого подключены параллельно входам амплитудного дискриминатора-компаратора, и индикатор величины энергии, накопленной в поверхностных слоях колец и тел качения ПК, соединенный с выходами интегратора.

На чертеже показана схема устройства, осуществляющего способ.

Устройство для безразборной дефектации и прогнозирования работоспособности рабочих поверхностей ПК (фиг. 2) содержит бесконтактный 1 и контактный 4 съемники импульсов КРП соответственно вращающегося 2 и неподвижного 3 колец контролируемого ПК, интегратор 5, индикатор накопленной энергии 6, амплитудный дискриминатор-компаратор 7 и частотомер 8. При этом электрические выходы съемников импульсов КРП 1 и 4 подключены параллельно к интегратору 5 и амплитудному дискриминатору-компаратору 7, к выходам которых подключены индикатор 6 и частотомер 8 соответственно.

Бесконтактный съемник импульсов КРП 1 выполнен в виде металлической пластины. Ее располагают вблизи и параллельно торцу вращающегося кольца 2 контролируемого ПК. Контактный съемник импульсов КРП 4 выполнен в виде металлического контактора, надежно прижимаемого к неподвижному кольцу 3 контролируемого ПК или к корпусу устройства.

Интегратор 5 выполнен в виде интегрирующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и может быть реализован на базе большой интегральной схемы (БИС) К572 ПВ-2, имеющей 3,5 десятичных разряда и выход на 7-сегментный цифровой индикатор, выполняющий роль индикатора накопленной энергии 6 в схеме устройства.

При необходимости увеличения точности интегрирования (разрядности и быстродействия АЦП) в качестве интегратора можно использовать 10-разрядный АЦП К1113ПВ, тогда в качестве индикатора энергии 6 необходимо использовать микропроцессор (МП), желательно МП серии 580, либо использовать микроЭВМ, выполненную на базе МП серии 580. Наибольшую точность интегрирования площади под аналоговой кривой импульсов КРП может обеспечить сверхбыстродействующий 6-разрядный АЦП параллельного типа К1107 ПВ-3 со временем преобразования аналогового сигнала в цифровой с последующим преобразованием его в двоичный код порядка 20 нс.

Описанное устройство, осуществляющее способ безразборной дефектации и прогнозирования работоспособности рабочих поверхностей ПК, работает следующим образом.

После установки контролируемого ПК на данное устройство приближают бесконтактный съемник импульсов 1 к торцу вращающегося кольца 2. При этом образуется измерительный конденсатор, реализующий конденсаторный способ измерения КРП. При вращении контролируемого ПК импульсы КРП, образуемые кольцами 2 и 3, снимают с вращающегося кольца 2 бесконтактным съемником импульсов 1, с неподвижного кольца 3 контактным съемником 4. Импульсы КРП подаются на интегратор 5, в АЦП которого площадь под аналоговой кривой, описывающей характер и величину импульсов КРП, преобразуется в набор цифровых кодов, которые в некоторых АЦП, имеющих шифраторы, преобразуются далее в набор двоичных кодов. Цифровые (или двоичные) коды поступают далее на индикатор 6. Если индикатор 6 выполнен в виде многосегментного цифрового индикатора, то на нем появляется цифра, пропорциональная площади под аналоговой кривой, описывающей импульсы КРП. Если индикатор 6 выполнен в виде миниЭВМ или МП, то цифровые или двоичные коды суммируются, и индикатор покажет величину площади под аналоговой кривой импульсов КРП. Во всех случаях показания индикатора 6 пропорциональны энергии E, накопленной в поверхностях трения ПК в процессе его работы (для нового ПК в процессе финишной обработки поверхностей трения).

Одновременно с интегратором 5 импульсы КРП подаются на амплитудный дискриминатор-компаратор 7, где выделяются экстремумы одной полярности, большие по амплитуде установленного УД, и формируются стандартные (прямоугольные) импульсы постоянной по амплитуде величины, а по продолжительности соответствующие выделенным аналоговым импульсам. В частотомере 8 измеряется частота (f) импульсов, сформированных в амплитудном дискриминаторе-компараторе 7.

Измеренные значения f и E контролируемого ПК оператор сравнивает с f_э и E_э эталонного ПК и с пороговыми значениями f_п и E_п, установленными для ПК аналогичных типоразмера и условий работы с контролируемым ПК. Для повышения производительности можно использовать блоки сравнения, куда оператор вводит значения f_э, f_п, E_э и E_п.

При выполнении условий

хотя бы на одном УД, при котором измерялась и f_э, подшипник бракуют.

По величинам разностей

на УД, при котором устанавливалась и f_п, прогнозируют остаток работоспособности контролируемого ПК следующим образом. Для этого предварительно экспериментально устанавливают для ПК, аналогичных контролируемому по типоразмеру и условиям работы, пороговые значения E_п и f_п (на выбранном УД) и зависимости продолжительности надежной работы ПК (остатка ресурса) от разностей (E_п-E) и (f_п-f) в виде таблиц. При дефектации по измеренным значениям E по индикатору 6 и f по частотомеру 8 вычисляют вышеуказанные разности и по таблицам определяют остаток ресурса в зависимости от (E_п-E) и от (f_п-f). Из двух остатков ресурсов для прогнозирования работоспособности рабочих поверхностей ПК выбирают наименьший.

Способ позволяет повысить точность дефектации ПК на 15-20 и прогнозировать остаток ресурса ПК с вероятностью не менее 0,85, что обеспечивает переход к эксплуатации ПК не по заведомо назначенному техническому ресурсу, запрещающему его дальнейшее применение за пределами этого ресурса, а по фактическому техническому состоянию индивидуально каждого ПК, таким образом, сберечь значительные материальные и финансовые ресурсы.

Использование: в машино- и приборостроении, в эксплуатации и ремонте машин и приборов, преимущественно для неразрушающего контроля состояния и прогнозирования работоспособности поверхностей трений подшипников качения (ПК). Для этого у контролируемого ПК измеряют частоту импульсов контактной разности потенциалов (КРП), возникающих между кольцами вращающего ПК и превышающих по амплитуде заданный уровень дискриминации (УД), и энергию (Е), накопленную в поверхностях трения ПК и при выполнении условий, соответствующих по меньшей мере на одном УД. Устройство содержит контактный и бесконтактный съемники импульсов КРП между кольцами вращающегося ПК, подключенные к входу амплитудного дискриминатора-компаратора, выход которого соединен с частотомером, а также интегратор и индикатор, при этом входы интегратора подключены параллельно входам амплитудного дискриминатора-компаратора, а выход соединен с индикатором величины энергии. 2 с. ф-лы, 1 ил.

1. Способ безразборной дефектации и прогнозирования работоспособности рабочих поверхностей подшипников качения, включающий измерение импульсов контактной разности потенциалов между кольцами подшипника качения при его вращении, превышающих по амплитуде заданный уровень дискриминации, отличающийся тем, что выделяют экстремумы одной полярности указанных импульсов контактной разности потенциалов, измеряют частоты следования экстремумов одной полярности и бракуют подшипник при выполнении по меньшей мере на одном уровне дискриминации неравенства
f > f_э,
где f и f_э частоты следования экстремумов одной полярности соответственно контролируемого и эталонного подшипников качения,
измеряют интегральную энергию, накопленную в поверхностных слоях колец и тел качения подшипников качения, и бракуют подшипники при выполнении неравенства
E > E_э,
где E и E_э интегральные энергии, накопленные в поверхностных слоях соответственно контролируемого и эталонного подшипников,
а об остатке работоспособности контролируемого подшипника судят по величинам разностей

где E_п и f_п пороговые значения накопленной интегральной энергии и частоты импульсов контактной разности потенциалов,
между кольцами вращающегося подшипника, соответственно установленные для подшипников качения одного типоразмера с контролируемым и работающих в условиях, аналогичных контролируемому подшипнику, путем сравнения измеренных величин указанных разностей с табулированными значениями этих величин по остаточной работоспособности подшипника, и из двух значений остаточной работоспособности выбирают наименьшее. 2. Устройство для безразборной дефектации и прогнозирования работоспособности рабочих поверхностей подшипников качения, содержащее контактный и бесконтактный съемники импульсов контактной разности потенциалов между кольцами контролируемого подшипника при его вращении, подключенные к входу амплитудного дискриминатора-компаратора, выход которого соединен с частотомером, отличающееся тем, что в него дополнительно введены интегратор, входы которого подключены параллельно входам амплитудного дискриминатора-компаратора, и индикатор величины энергии, накопленной в поверхностных слоях колец и тел качения подшипников качения, соединенный с выходами интегратора.