Устройство диагностики состояния подшипников Советский патент 1991 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики состояния подшипников качения и скольжения.

Цель изобретений - повышение достоверности диагностики подшипников путем различения видов дефектов.

На чертеже дана структурная схема устройства диагностики подшипников.

Устройство диагностики состояния подшипников содержит последовательно соединенные генератор 1 переменного напряжения, бесконтактный токосъемник 2, исследуемый подшипник 3, предусилитель 4, множительное устройство 5, полосовой усилитель 6, первый синхронный детектор 7, первый фильтр низких частот 8 и дифференциальный усилитель 9, выход которого подключен к второму входу множительного устройства 5, амплитудный детектор 10, вход которого соединен с вторым выходом генератора 1, а выход - с первым входом дифференциального усилителя 9, последовательно соединенные, второй синхронный детектор 11, сигнальный вход которого подключен к выходу полосового усилителя 6, а опорный - к первому выходу генератора 1, и второй фильтр низких частот 12, первый усилитель 13 огибающей, вход которого соединен с выходом первого синхронного детектора 7, второй усилитель 14 огибающей, вход которого подключен к выходу второго синхронного детектора 11, постоянный фазовращатель 15, вход которого соединен с первым выходом генератора 1, а выход - с опорным входом первого синхронного детектора 7, измерительный блок 16, первый - четвертый входы которого подключены соответственно к выходам дифференциального усилителя 9, первого усилителя 13 огибающей, второго усилителя 14 огибающей и второго фильтра 12 низких частот, параллельно соединенные индуктивность 17 и конденсатор 18, включенные между общей точкой исследуемого подшипника 3 и пред- усилителя 4 и корпусом прибора.

Устройство работает следующим образом.

С первого выхода генератора 1 переменного напряжения снимается сигнал амплитудой 30-100 мВ и частотой в несколько килогерц-единиц мегагерц, который поступает на последовательную цепь; состоящую из емкости бесконтактного токосъемника 2, исследуемого подшипника 3, включенного в цепь своими внешним и внутренним кольцами, и параллельный колебательный контур, образованный индуктивностью 17 и конденсатором 18 и настроенный в резонанс на частоту генератора 1. Напряжения

на колебательном контуре усиливаются предусилителем 4, имеющим высокое входное сопротивление, проходит множительное устройство 5, выполняющее функции

регулируемого аттенюатора, усиливается полосовым усилителем 6, после чего подается на сигнальные входы первого 7 и второго 11 синхронных детекторов. Опорное напряжение первого синхронного детектора 7 берется с первого выхода генератора 1 переменного напряжения через постоянный фазовращатель 15, обеспечивающий постоянный фазовый сдвиг 90°. Опорное напряжение второго синхронного детектора

11 берется непосредственно с первого выхода генератора 1 и синфазно с ним. Постоянная составляющая с выхода первого синхронного детектора 7 выделяется первым фильтром 8 низких частот и поступает

на второй вход дифференциального усилителя 9 постоянного тока. На первый вход этого усилителя подается напряжение с второго выхода генератора 1, предварительно продетектированное амплитудным детектором 10. Дифференциальный усилитель 9 усиливает разность своих входных напряжений и подает ее на второй управляющий вход множительного устройства 5, регулируя его коэффициент передачи сигнала таким образом, чтобы постоянная составляющая выходного напряжения первого синхронного детектора 7 равнялась выходному напряжению на первом выходе генератора 1. На измерительный блок 16

поступают два постоянных напряжения: с выхода дифференциального усилителя 9 и выхода второго синхронного детектора 11, предварительно отфильтрованное вторым фильтром низких частот 12, а также два переменных напряжения: с выхода первого синхронного детектора 7, предварительно усиленное первым усилителем 13 огибающей, и с выхода второго детектора 11, усиленное вторым усилителем 14 огибающей.

Вые эти напряжения измеряются и регистрируются.

При выполнении условий | ZT «Zn, , где ZT, Zn, ZK - комплексные сопротивления

бесконтактного токосъемника 2, исследуе- мого подшипника 3 и колебательного контура, составленного из индуктивности 17 и конденсатора 18, для напряжения на выходах синхронных детекторов первого 7 и второго 11 можно записать

UBx (Co+ 5C) + (g+ 5g)}KrK2-{SU2),

где Со и б С - емкость подшипника 3 и ее вариации;

g и дд - проводимость подшипника 3 и ее вариации;

е и RO - напряжение на первом выходе генератора 1 и резонансное сопротивление контура;

Ki и К2 - коэффициент усиления пред- усилителя 4 и полосового усилителя 6;

(SU2) - коэффициент передачи множи- тельного устройства 5;

S и U2 - коэффициент преобразования множительного устройства 5 и величина управляющего напряжения на втором его входе.

Каждый из синхронных детекторов первый 7 и второй 11 выделяют из входного напряжения составляющую, синфазную со своим опорным напряжением. Выходное напряжение первого синхронного детекто- ра 7 равно

Ud e.Ro (Со+ (5С )-Ki.K2 (SU2).K3, а второго 11

Uc2 - e-R0(g+ 5б ).Ki.K2-(SU2)-K4, где Кз и ICj - коэффициенты передачи перво- го 7 и второго 11 синхронного детекторов.

Поскольку первый фильтр 8 низких частот пропускает лишь постоянную составляющую выходного сигнала первого синхронного детектора 7. для управляюще- го напряжения множительного устройства 5 имеем

e0-e-Ro w-eo-Ki-K2-(SU2) U2. откуда ..Јо л«о

« вi И0 0) Со И К2 КЗ + 1/Ко eRoft C0SKlK2.K3

где Ко - коэффициент передачи дифференциального усилителя 9;

во - выходное напряжение амплитудного детектора 10.

Таким образом, для напряжений на входах измерительного блока 16 можно записать:

Koi -- на первом входе;

во.

Uex2 Ко2 Uex3 Коз Uex4 - Ко4

5С

на третьем входе;

- на втором входе;

СО

4

И - |

во

-f- на четвертом входе,

во

где Kot, Ко2 . Коз Ко4 постоянные коэффициенты.

Для емкости и активной проводимости подшипника можно записать

Со е.():д-У(|Е) ,

где ей у - диэлектрическая проницаемость и удельная электропроводность смазки;

Sc и dc - суммарные площадь контакта и толщина слоя смазки.

При толстых слоях смазки е практически постоянна, что позволяет из напряжения на первом входе измерительного блока 16 найти основной параметр контакта

dc Е .. с- и- Uexi«

Sc KOI

определяющий степень нагруженности подшипника и несущую способность смазки. По напряжению на четвертом входе определяется удельная проводимость смазки, характеризующая ее загрязненность Б

У

Ко4

U

вх4

По напряжению на втором входе измерительного блока 16

0

5

0

5

0

5

0

5

fS± ч Sc/dc °( н- )

U

вх2

dc К02

определяется степень механического износа поверхностей качения или скольжения.

При тонких молекулярных слоях смазки величины диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности начинают зависеть от толщины слоя смазки. Поскольку эти зависимости различны, дополнительное использование напряжения на третьем входе измерительного блока 16 позволяет оценить раздельно как площадь контакта Sc. так и толщину смазки dc.

Введение дополнительных элементов и связей позволяет увеличить число параметров, характеризующих техническое состояние подшипника до четырех. Все эти параметры, характеризующие состояние подшипников: степень нагруженности {толщина смазки), степень механического износа, качество (загрязненность) смазки оцениваются непосредственно по одному из выходных параметров предлагаемого устройства.

Формула изобретения

Устройство диагностики состояния подшипников, содержащее последовательно соединенные генератор переменного на пряжения, бесконтактный токосъемник для подключения исследуемого подшипника и индуктивность, второй выход которой соединен с корпусом, конденсатор, включенный параллельно индуктивности, последовательно соединенные предусили- тель, вход которого соединен с общей точкой подшипника и индуктивности, множительное устройство и полосовой усилитель, последовательно соединенные амплитудный детектор, вход которого

подключен к второму выходу генератора, и дифференциальный усилитель, фильтр низких частот, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, а также измерительный блок, причем выход дифференциального усилителя соединен с входом измерительного блока и вторым входом множительного устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности диагностики путем различения видов дефектов, оно снабжено последовательно соединенными постоянным фазовращателем, первым синхронным детектором и первым усилителем огибающей, последовательно соединенными вторым синхронным детектором, вторым усилителем огибающей и вторым фильтром низких частот, вход постоянного фазовращателя подключен к первому выходу генератора, сигнальный вход первого синхронного детектора соединен с выходом полосового

усилителя, выход первого усилителя огибающей подключен к второму входу измерительного блока, сигнальный вход второго синхронного детектора соединен с выходом полосового усилителя, а опорный - с первым выходом генератора, выход второго усилителя огибающей подключен к третьему входу измерительного блока, вход второго фильтра низких частот соединен с выходом второго синхронного детектора, а

выход - с четвертым входом измерительного блока, вход первого фильтра низких частот подключен к выходу первого синхронного детектора

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики состояния подшипников качения и скольжения. Целью изобретения является повышение достоверности диагностики путем различения видов дефектов. Опорное напряжение первого синхронного детектора (СД) 7 берется с первого выхода генератора (Г) 1 через постоянный фазовращатель 15, обеспечивающий постоянный фазовый сдвиг 90°. Опорное напряжение второго СД 11 берется с первого выхода П и синфазно с ним. Постоянная составляющая с выхода первого СД 7 выделяется первым фильтром 8 низких частот и поступает на второй вход дифференциального усилителя СДУ) 9 постоянного тока. На первый вход этого усилителя подается напряжение с второго выхода Г1, предварительнопродедектированное амплитудным детектором 10. ДУ 9 усиливает разность своих входных напряжений и подает ее на второй управляющий вход множительного устройства 5, регулируя его коэффициент передачи сигнала таким образом, чтобы постоянная составляющая выходного напряжения первого СД 7 равнялась выходному напряжению с первого выхода Г 1. На измерительный блок 16 поступают дв а постоянных напряжения : с выхода ДУ 9 и выхода второго СД 11, предварительно отфильтрованное вторым фильтром низких частот 12, а также два переменных напряжения : с выхода первого СД 7, предварительно усиленное первым усилителем 13 огибающей, и с выхода второго СД 11 через второй усилитель 14 огибающей. Все эти напряжения измеряются и регистрируются. 1 ил. (/) С о ел о со XI 4