Способ оценки состояния смазочной пленки в подшипниках качения Советский патент 1989 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в машиностроении для контроля состояния подшипников,

Цель изобретения - повьшение надежности подшипников качения за счет, обеспечения контроля толщины смазочного слоя в широком диапазоне.

Способ заключается в том, что вра ш;ающийся подшипник качения подключаю последовательно в качестве.сопротивления в электрическую цепь, состоя- щую из источника электрического напряжения, отсчетного устройства, ре- зистора, и, измеряют среднее значение тока в цеп при изменении сопротивления резистора. При этом фиксируют N значений резистора, при которых показания отсчетного устройства рав- ны:

- а-о 1

2(N-1) J

(1)

А,, cos(2k+l)t, (2)

где. (,„ - величина среднего тока пр J-M измерении, jg ,

...,

I - диапазон измерений отсчетного устройства;, N5:3 - количество измерений. О состоянии смазочной пленки э подшипниках судят по функции вида

N-2 R(t)A,+

35

R(t)- расчетная функция, статистические моменты которой совпадают с моментами распределения мгновенных значений сопротивления масляной пленки; Q

А,,.-коэффициенты, определяемые путем решения системы уравнений вида: « и Г dt .

1 ТГв 45

2

м-а

о cos(2k+l)t (3)

где и - напряжение источника питания;

R: - значение добавочного резисто- ра; ,

R - сопротивление отсчетного устройства.

На фиг. 1 представлено устройство, реализуюш;ее предлагаемый способ; на фиг, 2 - графики, поясняющие преобразование функции сопротивления.

Контролируемый подшипник качения 1 (фиг. 1) установлен на вращающемся

Q 5 0

5

О

5

Q

5

0

валу 2. Один полюс источника 3 электрического напряжения через резистор 4 и токосъемник 5 подключен к валу, другой полюс через отсчетное устройство 6 подключен к внешнему кольцу подшигГника, закрепленному в корпусе 7.

Функция 8 (фиг. 2) есть функция сопротивления масляной пленки исследуемого подшипника по времени; гчах соответственно максимальное и минимальное значения cor противления; функция ,9 - расчетная, .статистические моменты которой совпадают с моментами распределения функции 8, и обладает свойствами четности, периодичности с периодом 2 ii и симметричности относительно вертикальных осей (гдe 1 - члены ряда натуральных чисел), функция 10 - постоянная составляющая функции 9; функция 11 - первая гармоника интерполяционного многочлена, аппроксимирующая функцию 9; R - амплитуда первой гармоники.

Способ осуществляют следуюгцим образом.

Изменяют сопротивление резистора 4 (фиг. 1) и фиксируют N его значений, при которых показания отсчетного устройства 6 равны (1). При этом значения среднего тока приходятся на вторую половину диапазона измерений отсчетного устройства и рав- ноотстоят друг от друга, что о беспе- чивает снижение относительной погрешности фиксации значений среднего тока и повьшение чувствительности по с опр отивлению.

С учетом измеренных значений среднего тока решают систему уравнений вида (3) относительно неизвестных Agi 2.K+i1 Величина напряжения источника 3 принимается неизвестной, так как подключение в измерительную схему устройства, измеряющего напряжение, внесет погрешность за счет его внутреннего сопротивления.

Формулу (3) получают из формулы (1) следующим образом. Мгновенные значения тока при J-M значении резисг тора согласно закону Ома равны:

i(t):

и

(4) .

J (t) R(t) - функция сопротивления

масляной пленки подшипника по времени.

515

Можно подобрать неограниченно много функций R(t), удцвлетворяющих одному и тому же ереднеинтетральному зна- тока (1). Все эти функции будут иметь одинаковый набор мгновенных зна чений, а следовательно, равные момент вероятностной функции распределения. Наиболее простой вид для представлег НИН в (А) имеет функции, обладающая свойствами непрерьюности, периодичности с периодом 27, четности и симметричности относительно прямых t +l iT , где 1 - члены ряда натуральных

чисел. Тригонометрический интерполяционный многочлен (2) такой функции . имеет только нечетйые косинусные гармоники и постоянную составляющую. Подставляя (2) в (4), а затем в (1), получают уравнение вида (3) с неопределенными коэффициентами тригонометрического интерполяционного многочлена Agj A|4K+0 напряжением U,

Таким образом, для аппроксимагуш сопротивления масляной пленки постоянной и одной гармонической ляющими ( 2) требуется .фиксировать три значения резистора. С увеличением числа составляющих интерполя15

с меньшим диапазоном ) имеют лучшее состояние смазочной пле нки, чем подшипники, характеризу емые большими iff,Q (меньшими значен ями ) и большим диапазоном изме нения мгновенных значений тока ,; 20 imatj большим диапазоном изменения сопротивления Е-тах

Таким образом, оценивается как средняя толщина смазочной пленки (7 подшипника качения, так и пределы е 25 изменения (5) и (6).

Способ осуществляют следующим об разом.

Испытывают шарикоподшипник 436ПОЕ1. Подшипник 1 смазьшают

ционного многочлена (2) точность спо- 30 смазкой состава - 75% масла WC-20 соба возрастает. Решение системы 25% трансформаторного масла. Под- уравнений вида (3) для д Звыполняет- ся с использованием средств вычислительной техники. Выбор числа j большим 10 нецелесообразен, так как резко 35 возрастают затраты на программирование . ,

О состоянии смазочной пленки в подшипнике судят по полученному в результате реализации способа многочлену (2). Это выражение позволяет получить моменты функции распределения сопротивления (толщины) масляной

шипник устанавливают на вал 2 экспериментальной установки. Внешнее коль цо подшипника закрепляют в корпусе 7 установки. Подшипник включается последовательно, в качестве сопротивления, в электрическую цепь, состоящую из магазина сопротивлений, являющегося резистором 4, микроам40 перметра класса точности 1,5 с диапазоном измерения 0-100 мкА в качестве отсчетного устройства 6; и двух последовательно соединенных элементов в качестве источника питания с н

пленки. Экстремумы вь1ражения (2) соответствуют экстремальным значениям ТОЛШ5ННЫ масляной пленки.

При этом минимальное R ; и максимальное RfTiax значения многочлена

40 перметра класса точности 1,5 с диапазоном измерения 0-100 мкА в качестве отсчетного устройства 6; и двух последовательно соединенных элементов в качестве источника питания с нод5 минальной ЭДС 1,5 В каждый. Токосъем с вала 2 осуществляется с помощью графитовых щеток.

При вращении вала с подшипником со скоростью 2000 об/мин фиксируются

R(t) (2) определяют минимальное

и максимальное i tj,ax значения тока не- 50 сопротивления магазина при токах, равных 60, 80 и 100 мкА, которые соответственно равны 49871, 36762 и 28905 Ом. На основании результатов измерений составляют и решают систе- 55 уравнений вида (3) для трех неиз-с

рез подшипник и j-й резистор:

и

ГЧ1У1

R;+Rmcii(

и

-max

j

(5)

(6)

Аналогично сопротивлению Ар(т,е. среднему сопротивлению) соответствует ток

вестньк: А,; U, где U - напряжение источника питания (сопротивлением микроамперметра в расчетах пренебре-. гают):

(7)

)

характеризующий среднюю толщину смазочной пленки. Следовательно, мгновенные значения тока i(t)j (4) нахо- дятг;я в диапазоне: i(t) j€ ,; mqyl который определяется характером изменения толщины смазочной пленки. При этом подшипники, характеризуемые меньшими значениями (большими значениями К„.-) и меньшим диатокпазоном изменения тока

R

i

mm R.

так

5

с меньшим диапазоном ) имеют лучшее состояние смазочной пле нки, чем подшипники, характеризуемые большими iff,Q (меньшими значениями ) и большим диапазоном измег нения мгновенных значений тока ,; 0 imatj большим диапазоном изменения сопротивления Е-тах

Таким образом, оценивается как средняя толщина смазочной пленки (7) подшипника качения, так и пределы ее 5 изменения (5) и (6).

Способ осуществляют следующим образом.

Испытывают шарикоподшипник 436ПОЕ1. Подшипник 1 смазьшают

смазкой состава - 75% масла WC-20 25% трансформаторного масла. Под-

шипник устанавливают на вал 2 экспериментальной установки. Внешнее коль-, цо подшипника закрепляют в корпусе 7 установки. Подшипник включается последовательно, в качестве сопротивления, в электрическую цепь, состоящую из магазина сопротивлений, являющегося резистором 4, микроам40 перметра класса точности 1,5 с диапазоном измерения 0-100 мкА в качестве отсчетного устройства 6; и двух последовательно соединенных элементов в качестве источника питания с нд5 минальной ЭДС 1,5 В каждый. Токосъем с вала 2 осуществляется с помощью графитовых щеток.

При вращении вала с подшипником со скоростью 2000 об/мин фиксируются

50 сопротивления магазина при токах, равных 60, 80 и 100 мкА, которые соответственно равны 49871, 36762 и 28905 Ом. На основании результатов измерений составляют и решают систе- 55 уравнений вида (3) для трех неиз-с

вестньк: А,; U, где U - напряжение источника питания (сопротивлением микроамперметра в расчетах пренебре-. гают):

(8)

(9)

ПО)

за счет обеспечения контроля толщины смазочного слоя в широком диапазоне.

Формула изобретения

Способ оценки состояния смазочной пленки в подшипниках качения, заключающийся в том, что вращающийся под

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в машиностроении для контроля состояния подшипников. Цель изобретения - повышение надежности подшипников качения за счет обеспечения контроля толщины смазочного слоя в широком диапазоне. Вращающийся подшипник 1 включают последовательно в качестве сопротивления в электрическую цепь, состоящую из источника 3 электрического напряжения, резистора 4, токосъемника 5 и отсчетного устройства 6. Измеряют среднее значение тока в цепи при изменении сопротивления резистора. При этом фиксируют N значений резистора, при которых показания отсчетного устройства равны: I_ср ъ I_о[1-(J-1)/2(N-1)], где I_ср - величина среднего тока в J - м измерении, J*98э{1, 2,...,N

I_о - диапазон измерений отсчетного устройства. О состоянии смазочной пленки в подшипнике судят по функции вида R(T) ъ A₀+Σ^N-2A(2K+1)COS(2K+1)T,где R(T) - расчетная функция, статистические моменты которой совпадают с моментами распределения мгновенных значений сопротивления масляной пленки

A₀ - постоянная составляющая расчетной функции

A(2K+1) - коэффициенты, определяемые решением системы уравнений вида I_срJ = (U/2φ)*981 DT/(R_J+R₀+ΣA(2K+1)COS(2K+1)T, R_J - значения резистора

R₀ - сопротивления отсчетного устройства

U - напряжение источника питания. При этом оценивается как средняя толщина смазочной пленки подшипника качения, так и пределы ее изменения. 2 ил.

Преобразовываются зависимости (8), Ю включают последовательно в качейтве сопротивления в электрическую цепь, состоящую из источника электрического напряжения и регистрирующей аппаратуры, и измеряют среднее значение тока в цепи, характеризующее усредненную толщину смазочной пленки, о тличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа- за счет оценки характеристик изменения толщины смазочной пленки, изменяют сопротивление добавочного резистора и фиксируют N его значений, при которых показа- : ния отсчетного устройства равцяются

(9), (10) с учетом вьфажения 2-5Г dt2

I I I 11

J 1+а cos t 410

(Ао+Кз)-А Откуда определяются неизвестные А

О9

)

и

АО«

и в.виде

Rl-R

1/ICP I/ICPL /Icpg. l/Icy 6.4-R

(15)

(U/Icp. )-(U/Icpг) 2(R,-R2)

-(A,+R,)-(U/Icp, )

(16) (17)

Подставляя известные значения в (15), (16), (17), R,49 871 Ом, R 367620 Ом, R,289050 Ом; 1ср, 60)110 А, А; .If 10 А и вычисляю ся значения неизвестных: ,5 В; А 2681 Ом, А,2326 Ом.

Затем рассчитываются пределы изменения мгновенных значений сопротиления в виде (). Вычисленные мгновенные значения сопротивления данного подшипника находятся в диз пазоне

R-o 5007 (t)

min

Таким образом, степень флуктуации сопротивления подшипника (а следоваг тельно, толщины смазочной пленки) относительно среднего составляет

т |.,76%

0

Применение способа позволяет повысить надежность подшипниковых узлов

Ю включают последовательно в ка0

5

0

5

чейтве сопротивления в электрическую цепь, состоящую из источника электрического напряжения и регистрирующей аппаратуры, и измеряют среднее значение тока в цепи, характеризующее усредненную толщину смазочной пленки, о тличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа- за счет оценки характеристик изменения толщины смазочной пленки, изменяют сопротивление добавочного резистора и фиксируют N его значений, при которых показа- : ния отсчетного устройства равцяются

I . I Fi- Ц- ) 1

0 2(N-1)J

где I

Cpj

- показания прибора при

j-M измерении, , 2,..., N; 0 о диапазон измерения отсчет- кого устройства; - количество измерений, а о состоянии смазочной пленки в подшипнике судят по функции сопротивле- с ния R(tX, характеризующей степень колебания толщины смазочной пленки,

N-2. R(t)An+ 51А(гк+,) cos(2k+l)t.

где R(t) - расчетная функция, статистические моменты которой совпадают с моментами распределения мгновенных значений сопротивления масляной пленки;

AQ, АЬ, - коэффициенты, определяемые путем решения системы уравнений вида

27

PJ

IL

2fr

dt

н-г

Rj +RO+AO+

А cos(2k+l)t

5

где

Р -

:

j-e значение добавочного резистора;

АО - сопротивление регистрирующего прибора;

и - напряжение источника питания.

Редактор Н. Гунько

Составитель В. Абашев

Техред Л.Олийнык Корректор О. Ципле

Заказ 741

Тираж 440

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное