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

со

4

Изобретение относится к нодшипниковой промышленности и- может быть использовано, преимущественно, для диагностики подшипников качения в процессе их испытаний и эксплуатации.

Целью изобретения является повышение качества диагностики подшипников качения за счет одновременного учета изменения их радиальных и осевых зазоров.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - установка волоконно-оптического элемента; на фиг. 3-5 - расположение светового пучка на диафрагме оптического приемного блока, соответственно в исходном состоянии, при чисто осевом перемещении вала и при чисто радиальном перемещении вала, в положении совпадения оптической оси излучения с осями каналов световода.

Устройство (фиг. 1) для диагностики подшипников 1 и 2 качения, установленных на валу 3 в корпусе 4, содержит последовательно расположенные со стороны цилиндрической поверхности вала 3 на одной оптической оси источник 5 излучения, конденсатор 6 и диафрагму 7. Вал 3 имеет два взаимноперпендикулярных канала 8 и 9, при этом ось канала 9 расположена на оси вала 3, а в плоскости пересечения осей каналов 8 и 9 под углом 45° к ним установлен зеркальный отражатель 10, неподвижно закрепленный в вале 3. Со стороны торцовой части вала 3 соосно с его осью установлены диафрагма 11, собирающая линза 12 и фотоэлемент 13, электрически связанный с блоком ,14 электронной обработки сигнала, регистрирующим устройством 15, пороговым устройством 16, индикатором 17 и блоком 18 световой и звуковой сигнализации.

Волоконно-оптический элемент 19 (фиг. 2) установлен неподвижно в вале 3 в двух взаимноперпендикулярных каналах, ось одного из них расположена на оси вала 3. Крепление волоконно-оптического элемента 19 может быть произведено с помощью стопорных шайб 20 и 21.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально производится тарировка системы контроля. Для этого осветитель, включающий в себя источник 5 излучения, конденсатор 6 и диафрагму 7, располагают так, что оптическая ось излучения совпадает с осью канала 8 световода, а оптическая ось оптического приемного б лока, включающего диафрагму II, собирающую линзу 12 и фотоэлемент 13 - с осью канала 9 световода, т. е. с осью вала 3, причем диаметр параллельного пучка светового потока, падающего на цилиндрическую поверхность вала 3, равен диаметру входного торца световода. При таком расположении элементов устройства световой поток от источника 5 излучения, пройдя конденсатор 6, диафрагму 7 и канал 8

световода, попадает на зеркальный отражатель 10. Отраженный световой поток через канал 9 световода, диафрагму 11 и собирающую линзу 12 фокусируется на фотоэлементе 13.

Так как диаметры отверстий в диафрагмах 7 и 11 равны диаметрам каналов 8 и 9 световода, а центры этих отверстий находятся на осях каналов, то диаметр светового пятна на диафрагме 11 равен

диаметру ее отверстия (фиг. 3). Следовательно, на чувствительной площадке фотоэлемента сфокусирован максимальный световой поток, прощедший от источника 5 излучения через диафрагму 7.

5 При вращении вала 3 световой поток от источника 5 излучения прерывается при каждом обороте вала 3. В результате этого на светочувствительной площадке фотоэлемента 13 фокусируется модулированный световой поток с частотой модуляции, равной частоте

0 вращения вала 3. Облучение фотоэлемента 13 модулированным световым потоком привод ит к пропорциональному изменению тока в электрической цепи блока 14 электронной обработки сигнала, с которым элекf. трически связан фотоэлемент 13. В блоке 14 электронной обработки сигнала модулированный электрический сигнал усиливается, демодулируется, а также преобразуется в удобную для дальнейщей регистрации форму, например в напряжение. Преобразованный

0 сигнал по одному выходу блока 14 электронной обработки сигнала поступает на регистрирующее устройство 15, а по другому - на пороговое устройство 16. Регистрация величин электрического сигнала может производиться либо путем их наблюдения с помо5 щью показывающего устройства, либо путем автоматического документирования на носителе информации - бумаге, фотопленке, магнитной ленте.

По мере износа подшипников 1 и 2 происходит увеличение их радиальных и осе0 вых зазоров. В результате этого нарушается точность вращения подшипников, возникают соответствующие смещения вала 3 в осевом и радиальном направлениях.

При смещении вала 3, например, в чисто

,,. осевом направлении световой поток от источника 5 излучения частично перекрывается кромками входного отверстия канала 8 световода при каждом обороте вала 3, когда ось канала 8 световода параллельна оптической оси источника 5 излучения. Это, в

Q свою очередть, приводит к уменьшению светового потока на фотоэлементе 13 и к изменению электрического сигнала (фиг. 4). При смещении вала 3 в чисто радиальном направлении его ось вращения, а следовательно, ось канала 9 световода

5 не совпадают с оптической осью оптического приемного блока - диафрагмы 11, линзы 12 и фотоэлемента 13. Вследствие этого отраженный световой поток, полностью

прошедший через входное отверстие канала 8 световода, при каждом обороте вала 3 на своем пути к фотоэлементу 13 перекрывается кромками отверстия диафрагмы 11. Это также приводит к уменьшению светового потока на фотоэлементе 13 и к изменению электрического сигнала (фиг. 5).

С учетом того, что при износе подшипников 1 и 2 происходит одновременное смешение вала 3 в .осевом и радиальном направлениях, обшее уменьшение светового потока, попадающего на фотоэлемент 13, равно суммарной величине как от его перекрытия кромками входного отверстия канала 8 световода, вызванного осевым смещением, вала 3, так и от его перекрытия кромками отверстия диафрагмы II. При этом чем больше износ подшипников, тем больше увеличения их радиальных и осевых зазоров, а следовательно, больше смешения вала 3 в осевом и радиальном направлениях и меньше световой поток, подающий на фотоэлемент 13. Усиленный и преобразованный электрический сигнал с фотоэлемента 13 с помощью блока 14 электронной обработки сигнала поступает на регистрирующее устройство 15 и на пороговое устройство 16. В этом блоке напряжение электрического сигнала, пропорциональное величине износа подшипников, сравнивается с опорным напряжением, величина которого пропорциональна величне износа подшипников. Опорное напряжение предварительно определяется экспериментальным или расчетным путем для любых заданных промежутков времени эксплуатации, испытаний или наработки подшипников.

Сигнал, соответствующий разности заданного опорного и текущего напряжений, поступает на индикатор 17 и блок 18 световой и звуковой сигнализации. Этот сигнал не только является диагностическим параметром оценки работоспособности подшипников на любом отрезке времени эксплуатации или испытаний, но и служит основой для прогнозирования работоспособности подшипников качения.

Устройство позволяет повысить качество диагностики, так как дает возможность производить одновременное измерение радиальных и осевых перемещений вала, зависящих от изменения радиальных и осевых зазоров в подшипниках вследствие потери их работоспособности. Устройство позволяет прогнозировать техническое состояние подшипников качения и автоматизировать процесс их контроля, не снимая для этого изделие с эксплуатации или испытаний. В конечном счете это позволяет эксплуатировать изделия по фактическо.му состоянию и предупреждает их выход из строя, а следовательно, повысить надежность изделий, а, в целом, и безопасность полетов для изделий авиационной техники.

10

Формула изобретения

1. Устройство для диагностики подшипников качения, содержащее вал, вращающийся на подшипниках, установленных в

S корпусе, и систему контроля, отличающееся тем, что, с целью повышения качества диагностирования за счет одновременного учета изменения радиальных и осевых зазоров в подшипниках, система контроля выполнена в виде последовательно расположен0 ных на одной оптической оси осветителя, световода и оптического приемного блока, электрически связанного с электронным блоком обработки сигнала, один выход которого соединен с регистрирующим устройство.м,

5 а другой - с пороговым устройством, выход которого соединен с индикаторо.м и 6vTOKOM световой и звуковой сигнализации, причем осветитель выполнен в виде источника излучения, конденсатора и диафрагмы, формирующих на цилиндрической поверхнос0 ти вала параллельный световой пучок диаметром, равным диаметру входного торца световода, а оптический приемный блок выполнен в виде диафрагмы, собирающей линзы и фотоэлемента.

2.Устройство по п. 1, отличающееся 5 тем, что осветитель и оптический приемный

блок выполнены с возможностью их перемещения в плоскостях, перпендикулярных осям каналов световода.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что световод выполнен в вале в виде двух взаимно перпендикулярных каналов, причем ось одного из них расположена на оси вала, а в плоскости пересечения осей каналов под углом 45° к ним установлен зеркальный отражатель, непод5 вижно закрепленный в вале.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что световод выполнен в виде волоконно-оптического элемента, установленного неподвижно в двух взаимно перпендикулярных каналах, ось одного из которых расположена на оси вала.

0

Ч

VLLZ.I

Изобретение относится к подшипниковой промышленности и может быть использовано преимущественно для диагностики подшипников качения в процессе их испытаний и эксплцатации. Целью является повышение качества диагностики подшипников за счет одновременного учета изменения их радиальных и осевых зазоров. Система контроля выполнена в виде последовательно расположенных на одной оптической оси осветителя, световода и оптического приемного блока. Осветитель и оптический приемный блок имеют возможность перемещения в плоскостях, перпендикулярных осям каналов световода. Последний .М. б. выполнен в виде волоконно- оптического элемента. Электронный блок обработки сигнала имеет один выход на регистрирующее устройство, а другой через пороговое устройство и индикатор - на блок световой и звуковой сигнализации. Сигнал, соответствующий разности опорного и текущего напряжений и пропорциональный величине износа подщипников, поступает на индикатор и блок световой и звуковой сигнализации. Этот сигнал является основой для прогнозирования работоспособности подщипников качения. 3 з.п. ф-лы, 5 ил. i (Л

Фиг.

Фиг.

фиг. 5