Устройство для выявления дефектов подшипников Советский патент 1983 года по МПК G01H1/00 G01M13/04 

тельно их центра вращения и расчетного коэффициента.

4. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что формирователь периода контактирования с дефектами подвижного кольца подшипника выполнен в виде двух цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных умножителя частоты и счетчика,. и подключенного входами к их выходам блока сравнения кодов, выход которого является выходом формирователя, первым и третьим входами его являются соответственно входы умножителей,, а вторым и четвертым входами формирователя являются вторые входы счетчиков,

1. УСТРРЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ПОДШИПНИКОВ, содержащее последовательно соединенные преобразователь вибрации и полосовой фильтр, суммирующий анализатор, связываемый с,объектом преобразователь фазы, блок управления и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля и обеспечения возможности выявления дефектов деталей подшипника, оно снабжено последовательно соединенными преобразователем частоты и формирователем периода контактирования с дефектами неподвижного кольца, выходом подключенным к первому входу блока управления, формирователем периода контактирования с дефектами подвижного кольца, первым и вторым входами подключенным к выходу преобразователя частоты и первому входу блока управления соответственно, а выходом - к второму входу блока управления, подключенным к преобразователю фазы формирователем цикла работы подвижного кольца. выход которого соединен с четвертьм входом формирователя периода контактирования с деф.ектами подвижного кольца, третий вход которого соединен с выходом преобразователя фазы, подключенным входом к преобразователю частоты формирователем периода контактирования с дефектами тел качения, выходом подключенным к третьему входу блока управления, четвертый вход которого соединен с преобразователем фазы, пиковым детектором, соединенным первым входом с полосовым фильтром, вторым - с первым выходом блока управления, измерителем амплитуды, включенным меж-с ду выходом пикового детектора и первым входом суммирующего анализатора, (Л второй вход измерителя амплитуды соединен со вторым выходом блока управления,и счетчиком адреса,входы кото-: рого соединены с третьим и четвертьтм выходами блока управления, выход со вторым входом суммирующего анализа:тора,третий вход которого соединен с пятым выходом блока управления , ел шестой выход которого со вторым входом индикатора,а первый входсо 4; с выходом суммирующего анализатора. 2.Устройство по п. 1,о т л и ч аю щ е е с я тем, что формирователь периода контактирования с дефектами неподвижного кЬльца выполнен в виде делителя частоты с коэффициентом деления, равным числу тел качения контролируемого подшипника. 3. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что формирователь периода контактирования с дефектами тел качения выполнен в виде последовательно соединеннь1х умножителя частоты и делителя частоты, коэффициент деления которого равен произведению коэффициента умножения умножителя, числа анализируемых циклов вращения тел качения относи

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле и диагностике объектов циклического действия с проскальзыванием в процессе работы, а именно подшипников качения, фрикционных передач и Т4П.

Известен прибор, содержащий последовательно соединенные преобразователь вибрации контролируемого подшипника в электрический сигнал, усилитель, фильтр, измеритель среднего значения вибрации, блок сравнения, счетчик числа превышений заданного уровня и блок временных интервалов. Задатчик уровня соединен выходом со вторым входом блока сравнения, а выход блока временных интервалов соединен со вторым входом счетчика числа превышений l .

Недостатком устройства является низкое качество контроля, обусловле ное тем, чтоизмерение количества превышений за определенный интервал времени и на определенном фиксированом уровне не дает представления о. характере распределения этих превышений и об их соответствии дефектным деталям контролируемого подшипника.

Известен анализатор, содержащий последовательно соединенные блок управления, задатчик уровней, блок сравнения, счетчик числа превышений, блок регистрации- и индикации, а также блок измерения среднего значения 2 .

Недостатками устройства являются низ-кое качество контроля и отсутствие возможности выявления дефектных деталей контролируемого подшипника, обусловленное тем, что измерение с псмощью счетчика количества превышений сигналом вибрации в блоке сравнения трех фиксированных значений за оЬределенный (10 мин интервал времени измерения не дает представления ни о характере распределения этих превышений по всему уровню сигнала, ни о длительности как самих

превышений, так и интервалов времени между ними. Регистрация же графиков этих превышений в течение 10 мин, а также их последующая расшифровка

с помощью оператора вызывает,с одной стороны,большие затраты времени на контроль, а с другой стороны, не исключает возможности принятия сялибочных решений вследствие

0 их субъективности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для выявления дефектов подшипников, содержащее последовательно соединенные преобразователь вибрации и полосовой фильтр, суммирующий анализатор, связываемый с объектом преобразователь фазы, блок управления и индикатор. .

Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность и большая погрешность измерения при контроле механизмов с малым уровнем дефектов контролируемых деталей. Это объясняется тем, что в

5 известном устройстве вначале ведется накопление сигнала вибрации с расчетным значением цикла накопления, а корректировка значения этого цикла осуществляется на основании из0 меренйя сдвига фазы максимума накопленного сигнала. Если дефект на контролируемой детали значителен, то максим пм накопленного сигнала имеет явно выраженный характер, что обес5 печивает надежную подстройку цикла накопления и полную синхронизацию. Однако при малых дефектах максимум накоплен ого сигнала имеет неявно выраженной характер, что приводит к

л отсутствию возможности подстройки цикла накопления и срыву синхронизации.

Кроме того, устройство надежно работает лишь при наличии значитель5 ных дефектов на деталях контролируемых механизмов, как это-имеет место при контроле в процессе эксплуатации (|сколы, трещины, раковины и т.п.) . Йри контроле же деталей с малыми дефектами, как это имеет место, например при.контроле новых механизмов на за водах-изготовителях, устройство обладает большой погрешностью измерен вследствие низкой чувствительности. Цель изобретения - повышение точ ности контроля и обеспечение возмож ности выявления дефектов деталей по шипника. Цель достигается тем, что устрой ство для выявления дефектов подшипн ков, содержащее последовательно сое диненные преобразователь вибрации и полосовой фильтр, суммирующий анализатор, связываемый с объектом преобразователь фазы, блок управления и индикатор, снабжено последовательно соединенными преобразователем частоты и формирователем периода ко тактирования с дефектами неподвижног кольца, выходом подключенным к первому входу блока управления, формиро вателем периода контактирования с де фектами подвижного кольца, первым и вторым входами подключенн1ги к выходу преобразователя частоты и первому .входу блока управления соответственно, а выходом - к второму входу блока управления, подключенйым к пре образователю фазы формирователем цикла работы подвижного кольца, выход которого соединен с четвертым входом формирователя периода контактирования с дефектами подвижного кольца, третий вход которого соединен с выходом преобразователя фазы, подключенным входом к преобразователю частоты формирователем периода контактирования с дефектами тел качения, выходом подключенным к третье му входу блока управления, четвертый вход которого соединен с преобразователем фазы, пиковым детектором, соединенным первым входом с полосовым фильтром, вторЕлм - с первым выходом блока управления, измерителем с1мплитуды, включенным между выходом пикового детектора и первым входом суммирующего анализатора, второй вход измерителя амплитуды соединен с вторым выходом блока управления, и счетчиком адреса, входы которого соединены с третьим и четвертым выходами блока управления, выход с вторым входом суммирующего анализатора, третий вход которого соедине с пятым выходом блока управления, шестой выход которого соединен с вто рым входом индикатора, а первый вход его - с выходом суммирующего анализатора. Формирователь периода контактирования с дефектами неподвижного кольца выполнен в виде делителя частоты с коэффициентом деления, равньом числу тел качения контролируемого подшипника. Формирователь периода контактирования с дефектами тел качения выполнен в виде последовательно соединенных умножителя частоты и делителя частоты, коэффициент которого равен произведению коэффициента умножения умножителя, числа анализируемых циклов вращения тел качения относительно их центра вращения и расчетного коэффициента. Формирователь периода контактирования с дефектами подвижного кольца подшипника выполнен в виде двух цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных умножителя частоты и счетчика, и подключенного входами к их выходам блока сравнения кодов,выход которого является выходом формирователя, первым и третьим входами его являются соответственно входы умножителей, а вторым и четвертым входами формирователя являются вторые входы счетчиков. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - диаграммы результатов измерений с помощью предлагаемого устройства. Устройство содержит последовательно соединенные преобразователь 1 вибрации, полосовой фильтр 2, пиковый детектор 3, измеритель 4 амплитуды, суммирующий анализатор 5 и индикатор 6, при этом вторые входы пикового детектора 3, измерителя. 4 амплитуды и индикатора 6 подключены соответственно к первому, второму и шестому выходам блока 7 управления, второй вход суммирующего анализатора 5 подключен к выходу счетчика 8 адреса, а третий вход суммирующего анализатора 5, первый и второй входы счетчика 8 адреса (соединены соответственно с пятым, третьим и четвертым выходами блока 7 управления. Выход преобразователя 9 частоты следования тел качения соединен со входом формирователя 10 периода кон- тактирования.с дефектами неподвижного кольца, с первым входом формирователя 11 периода контактирования с дефектами подвижного кольца и входом формирователя 12 периода контактирования с дефектами тел качения. Выход преобразователя 13 фазы подвижного кольца соединен с третьим входом формирователя 11 периода контактирования с дефектами подвижного кольца, с четвертым входом блока 7 управления и входом формирователя 14 цикла работы подвижного кольца, выход которого подключен к четвертому входу формирователя 11 периода контактирования с дефектами подвижного кольца, второй вход которого

соединен с выходом формирователя lu периода контактирования с дефектами неподвижного кольца, объединенного с первым входом блока 7 управления, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами формирователя 11 периода контактирования с дефектами подвижного кольца -и формирователя 12 периода контактирования с дефектами тел качения. Формирователь 10 периода контактирования с дефектами неподвижного кольца выполнен в виде делителя 15 частоты. Формирователь 11 периода контактирования с дефектами подвижного кольца выполнен в виде двух идентич- 15 ных ветвей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных умножителя 16 частоты и счетчика 17, а вторая ветвь - умножителя 18 частоты и счетчика 19, при этом выходы 20 счетчиков 17 и 19 подключены соответственно к первому и второму входам блока 20 сравнения кодов, выход которого является выходом формирователя 11 периода, первым и третьим входами 25 которого являются соответственно входы умножителей 16 и 18, а вторым и четвертым входами формирователя 11 периода - вторые входы |(входы установки нуля) соответственно счетчиков зо 17 и 19.

Формирователь 12 периода контактирования с дефектами тел качения выполнен в виде последовательно соединенных умножителя 21 частоты и дели- с теля. 22 частоты, при этом вход умножителя . 21 частоты является входом формирователя 12 периода, а выход делителя 22 частоты - выходом его.

Принцип работы предлагаемого устройства основан на формировании пери- одов, соответствующих реальным значениям периодов контактирования (ударов) рабочих поверхностей деталей подшипников с дефектом, расположенным соответственно на наружном (к) 45 кольце, внутреннем (в) кольце и теле качения (т)(обозначение периодов соответственно Тц, Tg и -Т и осреднении сигнала вибрации на интервалах, равных или пропорциональных 50 этим периодам.

Дефекты тел качения проявляются в сигнале вибрации с периодом Т контактирования этих дефектов с неподвижным и подвижным кольцами. Если 55 известны конструктивные и геометрические характеристики подшипника, при известной .частоте | следования тел качения значение периода контак-тйрования определяется выражением д

Т -К IT

t

«ст

где{.„- частота следования тел каист

чения;

Zf - число тел качения в подшипнике;

- коэффициент, равный отношению радиуса тела качения к радиусу наружного кольца для шариковых п6Д1липников, либо отношению синуса половинного угла конуса ролика к синусу суммы угла между осевой линией подшипника и осевой линией ролика и половины угла конуса ролика в случае конического подшипника.

Дефект на неподвижном кольце при контактировании с каждым телом качения возбуждает ударный импульс, который повторяется с периодом Тцвращения сепаратора относительно неподвижного кольца, т.е.

Т - иТ

ист

Дефект на неподвижном кольце такж .возбуждает ударный импульс при взаимодействии его с каждым телом качения, но период повторения равен

Т н

ic-ir,

где if, - частота вращения сепаратора f - частота вращения подвижного кольца.

Устройство работает след тощим образом.

При вращении приводного вала с частотой вращенияig , подвижное кольцо относительно неподвижного кольца контролируемого подшипника вращается с частотой it, сепаратор, увлекаемый телами качения, вращается относительно неподвижного кольца с частотой ic Тела качения, крме двияоения совместно с сепаратором, совершают еще вращение относительно своей оси с частотой ij |(; 1. Значения коэффициентов К i(, К.

-г- определяются кинематическими соотйошениями в подшипнике, которые зависят от его конструктивных и геометрич€;ских характеристик. В точках контакта тел качения с подвижным и неподвижным кoльцa и подшипника возникают динамические процессы, частота следования ударных импульсов которых определяется .периодом контактирования деталей подшипника с дефектами Hci их поверхностях. При этом дефекты неподвижного кольца проявляются в сигнале вибргщии с .периодом Т контактирования этих дефектов с комплектом тел качения, который кратен периоду вращения сепаратора. Дефекты подвижного кольца проявляются в сигнале вибрации с периодом

контактирования этих дефектов

Г1

с телами качения и значение его

определяется частотой вращения подвижного кольца относительно вращающегося сепаратора, т.е. .-р

IJTJ

При вращении вала привода с частотой вращения i преобразователь 13 фазы работы подвижного кольца контролируемого подшипника (фиг. l) генерирует электрический сигнал в виде последовательности -импульсов с частотой „ (фиг. 2&, пропорциональной . частоте i вращения подвижного кольца и равной частоте t, вращения вала привода. Под действием вращения подвижного кольца тела качения подшипника вместе с сепаратором следуют относительно преобразователя 9, в результате чего на его выходе появляется элетрический сигнал в виде последовательности импульсов с частотой1цст слдования тел качения (фиг. 2г) . Одновременно с этим вибрация, сопутствующая работе контролируемого подшип,ника качения, преобразуемся преобразователем 1 в электрический сигнал вибрации (фиг. 2а), который после необходимого усиления и фильтрации полосовым фильтром 2 поступает на певый вход пикового детектора 3.

Электрический сигнал с частотой 1у,„ следования подшипников качения с выхода преобразователя 9 поступает на вход формирователя 10 периода контактирования с дефектами неподвижног кольца, в котором с помощью делителя 15 частоты путем деления на коэффициент К l-T , где Z.T - число тел качения, формируется электрический сигнал с периодом Тц контактирования с дефектами неподвижного кольца (фиг. 2) и на вход формирователя 12 периода контактирования с дефектами тел качения подвижного кольца, в котором с помощью умножителя 21 частоты и делителя 22 частоты формируется электрический сигнал с периодом Tf контактирования с дефектами тел к чения (фиг. 2,).

Электрический сигнал с частотой ц, пропорциональной частоте вращени подвижного кольца, (фиг. 2 Ь) с выход преобразователя 13 фазы поступает на вход формирователя 14 цикла работы подвижного кольца, на третий-вход формирователя 11 периода контактирования с дефектами подвижного кольца и четвертый вход блока 7 управления. Формирователь 14 генерирует сигналы, которые имеют частоту следования, пропорциональную циклу работы.подвижного кольца и подаются на четвертый вход формирователя 11 периода контактирования с дефектами подвижного кольца, на первый вход которого с выхода преобразователя 9 подается сигнал с чacтoтoйt cтcлeдoвaния тел качения, а на второй вход - сигнал с периодом Т контактирования с дефектами неподвижного кольца, равныг периоду вращения сепаратора. Под действием сигналов на входах формирователя 11 с помощью умножителя 16 частоты и счетчик 17 формируется пилообразный сигнал заданной амплитуды с периодом, равным периоду вращения сепаратора, а с помощью умножителя 18 частоты и счетчика 19 формируется второй пилообразный сигнал такой же амплитуды, но с периодом, равным периоду вращения подвижного кольца (фиг, 2,е) . Эти два пилообразных сигнала подаются на входы блока 20 сравнения кодов, на выходе которого появляется сигнал, частота которого равна разности Частот вращения подвижного кольца и сепаратора, а период сигнала на выходе формирователя 11 равен периоду TH контактирования с дефектами подвижного кольца (фиг. 2Ж). Полученные таким образом сигналы с выхода формирова теля 10 с периодом TH контактирования с дефектами неподвижного кольца, с выхода формирователя 11 с периодом Тц контактирования с дефектами подвижного кольца и с выхода формирователя 1.2 с периодом Т контактирования с дефектами тел качения подаются соответственно на первый, второй и третий входы блока 7 управления, с помощью которых под действием управляющего сигнала на четвертом выходе блока 7 управления осуществляется счет импульсов с частотой f ц, пропорциональной частоте вращения кольца подшипника, происходит формирование сигнала в виде кода адреса, подаваемого с выхода счетчика 8 на второй вход суммирующего анализатора 5 для управления его работой.

Так как на вторые входы пикового детектора 3 и измерителя 4 амплитуд с первого и второго выходов блока 7 управления поступают сигналы с частотой, пропорциональной частоте вращения подвижного кольца, то значение сигнала вибрации, фиксируемое пиковым детектором 3 и измеряемое измерителем 4 амплитуды, равно не любому из мгновенных значений сигнала вибрации,а только его максимальным значениям за период следования импульсов с частотой i t) , пропорциональной частоте вращения, что повышает точность контроля по. сравнению с измерением jIЮбыx мгновенных значений, как в известном устройств

Значения амплитуды сигнала вибрации с выхода измерителя 4 амплитуды в соответствии с кодом адреса этих значений из счетчика 8 адреса поступают с пятого выхода блока 7 управления, в котором осуществляется выделение из общего сигнала вибрации

сигналов, обусловленных дефектами неподвижного кольца, подвижного кольца или тел качения.

Результат измерения по сигналам с шестого выхода блока 7 управления в удобной форме выдается на индикаторе 6, на котором отображаются дефекты неподвижного кольца (фиг. За), дефекты подвижного кольца (фиг. 36) и дефекты тел качения (фиг. 3Ь) .

Использование предлагаемого устройства позволяет обеспечить более высокую точность контроля подшипников с малыми дефектами и более высокую производительность труда при контроле за счет отсутствия операции предварительного накопления и подстройки цикла накопления и возможность выявления дефектов деталей подшипника.

Ш1ШШШШ1ШЙ1Ш1И1 1111ПП} 1Ш11 1 1И1111111}|)1Ш11 111ШН1111П11 1111111Н 4-1- 211X1 SL I

.