Устройство для оценки качества подшипников качения Советский патент 1988 года по МПК G01M13/04 

ОО О5 00 05

00

00

1 .

Изобретение относится к области приборостроения и может быть испол зова но для диагностики подшипников качения по моменту сопротивления вращению.

Целью изобретения является повышение точности оценки качества подшипников качения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема ycTppoftcTBaj на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1-, на фиг. 3 - график, поясняющий работу устройств

Устройство содержит испытываемый подшипник 1 качения, внутреннее кол цо которого установлено на измерительную ось 2, а наружное - в оправку 3, связанную с блоком 4 нагруже- ния и приводом 5, закрепленным на основании. Измерительная ось помещена в опору 6, закрепленную на основании. Компенсирующий преобразователь 7 состоит из статора 8, закрепленного на основании, и ротора 9 (постоянного магнита), установленного на оси 2. Датчик 10 положения состоит из неподвижных излучателей 11 и 12, фотоприемников 13 и 14 и непрозрачной заслонки 15. Заслонка 15 закреплена на оси 2 так, что ее передняя кромка проходит через ось 2 и совпадает (в вертикальной проекции) с отрезком, соединяющим первый 13 и второй 14 фотоприемники. Такая установка заслонки 15 обеспечивает закрывание одного фотоприемника и одновременное открывание другого фотоприемника при повороте измерительной оси 2. К вь ходам фотоприемников 13 и 14 подключены входы компаратора 16, выход которого соединен с первым входом ключевой схемы 17. Стабилизированный источник 18 тока подключен к второму входу ключевой схемы 17, выходы которой соединены с обмоткой статора 8 компенсирующего преобразователя 7. Выходы ключевого устройства 17 подключены также к первым входам первой и второй вхем И 19 и 20, к вторым входам которых подключен генератор 21 эталонной частоты. Выход первой схемы И 19 соединен с первым входом первого счетчика 22 и с вторым входом второго счетчика 23. Выход второй схемы И 20 подключен к второму входу первого счетчика 22 и к первому входу второго счетчика 23. Первый вход второй схемы И подключен также к

686882

BT(jpoMy входу -делителя 24 частоть, выход которого связан с входом формирователя 25 импульсов. Выход пос- г леднего соединен с третьим входом второго счетчика 23 и вторым входом схемы 26 запоминания, первый вход которой соединен с выходом второго счетчика 23. Выход схемы 26 запоми10 нания соединен с вторыми входами схемы 27 вычитания кодов и блоком 28 вычисления. Первый вход схемы 27 вычитания кодов соединен с выходом первого счетчика 22. Первый вход

1Г блока 28 вычисления связан с выходом схемы 27 вычитания кодоы, а выход - с блоком 29 регистрации.

Оправка 3 гибкой связью связана с приводом 5.

20 Блок 4 нагружения представляет собой газостатические нагружающие устройства радиальной и осевой нагрузок.

Опора 6 представляет собой газостатический подшипник.

25 Устройство работает следующим образом.

На измерительную ось 2 устанавливается испытываемый подшипник 1 на его наружное кольцо надевается оправка 3,

30 к ней присоединяется привод 5 и через блок 4 нагружения задается радиальная и осевая нагрузки. В исходном состоянии заслонка 15 перекрывает поток излучения одного из излучателей, напри35 мер 11. При зтом второй излучатель 12 открыт, в результате чего на выходе фотоприемника 14 появляется сигнал, который подается на вход компаратора 16 и переключает его. Вы40 ходное напряжение компаратора 16 управляет ключевой схемой 17, которая подключает стабилизированный источник 18 тока к обмотке статора 8 компенсирующего преобразователя 7,

45 Магнитное поле тока, протекающего в обмотке статора 8, взаимодействуя с полем постоянного магнита ротора 9, поворачивает его и, следовательно, заслонку 15 датчика положения 50 так, что она перекрывает поток излучателя 11. На выходе фотоприемника 13 появляется сигнал, который переключает компаратор 16 в другое устойчивое состояние. При этом клю55 чевая схема 17 подключит стабилизированный источник 18 тока к обмотке статора 8 так, что по нем поте-чет ток противоположнотч) иа 1|- авленИ:Я. В

результате этого ро rcip

такж( ичменит направление вращения на противоположное .

Далее процесс переключения повторяется и, следовательно, измерительная ось 2, установленная в опоре 6 с закрепленными на ней ротором 9 компенсирующего преобразователя 7, заслонкой 15 датчика 10 положений, а также внутренним кольцом испытываемого подшипника 1, совершает автоколебания.

Применение ключевой схемы 17 и стабилизированного источника 18 тока позволяет формировать в обмотке статора 8 прямоугольные импульсы тока, при наличии которых обеспечивается постоянство мощности, выделяемой в обмотке статора 8, тем самым обеспечивается режим автоколебаний измерительной оси 2 с постоя1 11ьичм амплитудой и частотой. При этом на выходе ключевой схемы 17 имеет место последовательность импульсов.

При вращении наружного кольца исследуемого подшипника 1 внутреннее кольцо увлекается моментом трения.

т-

Этот момент уравновешивается ком- пенсируюшим преобразователем 7, создающим компенсируюш й момент

М,

К,

-ср

(1)

где I

f

-К

кп

среднее значение тока в обмотке статора 8 компенсирующего преобразователя 7 j

коэффициент преобразования (крутизна) компенсирующего преобразователя 7. При прямоугольных импульсах тока в обмотке статора 8 средний ток

можно определить по формуле

-ср

(

где 1д - ток стабилизированного источника 18 TOKaj

€ , jl длительность импульсов прямого и обратного токов;

€,-ь

То

- период автоколебаний измерительной оси 2. Момент сопротивления вращению М принято рассматривать как сумму составляющих

М

MO,+

М -iT

где М - консервативная составляющая момента сопротивления вращению;

М - диссипативная составляющая. Так как внутреннее кольцо испытываемого подшипника в режиме автоколе- баний совершает колебания с постоянной амплитудой и частотой, диссипативная составляющая, оставаясь постоянной ДЛЯ данного подшипника, воздействует одним и тем же моментом на измерительную ось при прямом и обратном направлениях движения. Следовательно, импульсы прямого и обратного тока в обмотке статора 8 компенсирующего преобразователя 7, обус- ловденного лишь диссипативной составляющей, равны по длительности

сг:, П).

Поскольку в режиме дипаг-тческого равновесия М М из соотношений .(1) и (2) и изложенного следует,что

М, (, - -г:,)

v;п

(3)

30

я

Таким образом, консервативная составляющая момента сопротивления вращению, обусловленная геометрией поверхностей качения подшипника, про25 порциональна разности Z, и Т .

При Мд О с, о,, , т.е. измерительная ось имеет автоколебания со скважностью, равной 2.

При вращении наружного кольца ис40 пытываемого подшипника 1 его внутреннее кольцо уравновешивается консервативным моментом Мд 7 0. Этот момент уравновешивается компенсирующим моментом, создаваемым компенси45 рующим преобразователем 7 на измерительной оси 2, и вызывает согласно формуле (3) изменение скваисности импульсов, причем величина консервативного момента пропорциональна разности €, --г;.

50

55

I

Импульсы с выхода ключевой схемы 17 поступают на первые входы первой и второй схем И 19 и 20, на вторые входы которых поступают высокочастотные импульсы заполнения с генератора 21 эталонной частоты. На выходах первой и второй схем И 19 и 20 образуются пачки высокочастотных импульсов с количеством в каждой гтачке.

пропорциональным длительности импульсов с выходов ключевой схемы 17. Далее пачки высокочастотных импуль - сов поступают на первый счетчик 22, который производит вычитание числа импульсов одной пачки из другой, т.е осуществляет определение величины ( сГ, - t J). На выходе первого счетчика 22 с приходом каждой пары /с, и Т, формируется цифровой код, несущий информацию о мгновенном значении измерительного момента трения. С выходов первой схемы И t9 и второй схемы И 20 пачки высокочастотных импульсов поступают также на второй счетчик 22, который осуществляет суммирование разностей ( Г, - Т) , Обну- ление второго счетчика 23 осуществляется импульсами, поступающими с формирователя 25 импульсов, который вырабатывает импульс обнуления по окончании действия строба. Строб вырабатывается делителем 24 частоты, при этом длительность строба равна

V 1o т.„ , ч- -гг. п .1, 2, 3,...,

поскольку делитель имеет коэффициент деления 10. После прихода

10 -го импульса на делитель 24 частодит накопление импульсов 10 разностей пачек и деление этого числа импульсов на число 10 пачек, т.е. осреднение разностей пачек t, и С , Количество импульсов в средней разности пачек ( с, - ) составит

К, + К

+ Кп

10

ср

10

где neN,

К„ - число импульсов в пачке. На выходе схемы 26 запоминания

появляется записанное в коде число импульсов, соответствующее средней разности пачек (Г, - Т ), пропорциональное среднему консервативному моменту.

На первьм вход схемы 27 вычитания кодов, таким образом, поступает код, несущий информацию о мгновенном значении консервативного момента, а на второй - код, несущий информацию

о среднем значении. Схема 27 вычитания кодов производит вычитание поступающих кодов, в результате чего на ее выходе получается цифровой код, несущий информацию об отклонении

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для диагностики подшипников качения по моменту сопротивления вршдению. Цель изобретения - повышение точности оценки качества. Испытуемый подшипник внутренним кольцом устанавливают на измерительную ось, связанную с датчиком положения с релейной характеристикой. Наружное , кольцо подшипника соединено с приводом и блоком нагружения. Выходы датчика положения подключены к компаратору, связанному с ключевой схемой, к которой подсоединены стабилизированный источник тока и управляющий компенсирующий преобразователь. Этим обеспечивается автоколебательный режим измерительной оси с постоянной амплитудой и частотой. Величина измеряемого консервативного момента пропорциональна приращению длительности импульса с выхода ключевой схемы относительно середины периода автоколебаний. Диагностика технического состояния подшипников качения может быть проведена по консервативной составляющей момента сопротивления вращению. Это достигается за счет использования компенсационной схемы, работающей в режиме автоколебаний. 3 ил. i (Л

ты ое производит формирование задне- ЗО мгновенного консервативного момента

го фронта строба, которым запускается формирователь 26 импульсов.

Таким образой, формирование кода на выходе второго счетчика 23 происходит через 10 импульсов, т.е. второй счетчик 23 производит накопление 10 разностей ( С, пачек высокочастотных импульсов. Поскольку консервативный момент изменяется в зависимости от относительного положения наружного и внутреннего колец подшипника, разность ( Г, - cTj ) имеет

различное число высокочастотных им- .

пульсЪв.

С выхода второго счетчика 23 про- 45 изменении положения наружного кольца

суммированные 10 пачек импульсов в цифровом коде поступают на схему 26 запоминания. При этом второй счетчик 23 подключен к схеме 26 запоминания таким образом, что п младших десятичных разрядов не подключены. При записи кода в схему 26 запоминания код делится на число 10 , Запись кода в схему 26 запоминания производится по переднему фронту импульса, поступающего с формирова- теля 25 импульсов.

Таким образом, за время действия строба делителя 24 частоты происхоотносительно внутреннего.

Таким образом, использование предлагаемого устройства для оценки качества подшипников качения по сравие50 ниш с известным позволяет повысить точность измерений консервативной состазляющей за счет исключения ошибки, обусловленной диссипативпой составляющей и неконтролируемой внешней

jr.K вибрацией; расширить частотньй диа1 fcj

пазо а измеряем1 гх консервативных моментов сопротивления путем повышения частоты автоколебаний; производить цифровую обработку реяультатов измеот его среднего значения..

Далее цифровой код поступает на первый вход блока 28 вычисления, на второй вход которого поступает код,

несущий информацию о среднем моменте в подшипнике. Блок 28 вычисления производит вероятностную обработку результатов измерения с помощью имеющегося пакета программ.

Результаты вычисления регистриру- ются на многоканальном блоке 29 регистрации. На нем же фиксируется и характер изменения мгновенного консервативного момента подшипника при

относительно внутреннего.

Таким образом, использование предлагаемого устройства для оценки качества подшипников качения по сравиениш с известным позволяет повысить точность измерений консервативной состазляющей за счет исключения ошибки, обусловленной диссипативпой составляющей и неконтролируемой внешней

вибрацией; расширить частотньй диа

пазо а измеряем1 гх консервативных моментов сопротивления путем повышения частоты автоколебаний; производить цифровую обработку реяультатов измерения без применения дополнительных электронных преобразователей; измерять вероятностные характеристики

консервативных моментов.

Формула изобретения

Устройство для оценки качества подшипников качения, содержащее смой тированные на основании привод, блок нагружения и связанную с ними оправку, закрепленную на наружном кольце испытьшаемого подшипника, измерительную ось с датчиком положения, имею- щую возможность поворота в опоре, закрепленной на основании, и жестко связанную с внутренним кольцом подшипника, компенсирующий преобразователь, ротор которого связан с изме- рительной осью, статор - с основанием, и блок регистрации, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности оценки качества подшипников качения, оно снабжено пос- ледовательно соединенными компаратором, ключевой схемой, первой схемой И, первым счетчиком, схемой вычитания кодов, блоком вычисления, последовательно соединенными второй схемой И, вторым счетчиком и схемой запоминания, последовательно соединенными делителем частоты и формирователем импульсов, стабилизированным источником тока и генератором эталонной частоты, выход которого соединен с вторыми входами первой и второй схем И, первые входы которых и обмотка статора компенсирующего преобразователя соединены с выходами ключевой схемы, второй вход которой соединен с выходами стабилизированного источника тока, вход делителя частоты соединен с первым входом второй схемы И, выходы датчика положения соединены с входами компаратора, выход первой схемы И соединен с вторым входом второго счетчика, а выход второй схемы И - с- вторым входом первого счетчика, выход формирователя импульсов соединен с вторым входом схемы запоминания и третьим входом второго счетчика, выход схемы запоминания - с вторыми входами схемы вычитания кодов и блока вычитания, выход которого соединен с блоком регистрации, ;при этом датчик положения выполнен в виде двух пар соосно расположенных и неподвижно закрепелнных излучателей и фотоприемников, в зазорах между которыми помещена заслонка, жестко скрепленная с измерительной осью.

а

in in

I 1

То . Ю

Фие.З

Фиг.2