Способ виброакустической диагностики подшипников качения Советский патент 1993 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к диагностике подшипников качения и подшипниковых узлов, преимущественно буксовых узлов железнодорожного подвижного состава, и может быть использовано при техническом обслуживании и ремонте машин, механизмов и транспортных средств.

Известен способ диагностики подшипников качения, по которому измеряют амплитудный спектр вибрации механизма с диагностируемыми подшипниками, выделяют составляющие спектра вибрации подшипников, не совпадающие с составляющими спектра вибрации других

элементов механизма, измеряют диапазон частот выделенных составляющих и по его величине судят о состоянии подшипников. Однако известный способ не позволяет производить диагностику с локализацией дефектов в собранном подшипнике, так как спектр вибрации подшипников представляет собой высокочастотные модулированные сигналы с большим числом гармоник и субгармоник, что затрудняет осуществлять .контроль технического.состояния подшипника по величине измеренного диапазона частот выделенных составляющих и определять место дефекта и его величину. Указанные

ы

00 V4

го о чэ

GJ

причины снижают эффективность диагностирования подшипников.

Целью изобретения является повышение эффективности диагностирования.

Цель достигается тем, что по способу виброакустической диагностики подшипников качения, основанному на измерении амплитудного спектра вибрации элементов подшипнйк при вращении его под нагрузкой и выделении составляющих спектра вибрации в заданных диапазонах частот, дополнительно измеряют амплитудный спектр вибрации элементов подшипника при обратном вращении, выделяют состав-. ляющие этого спектра в заданном диапазоне частот, определяют сдвиг частот составляющих относительно эталонного значения и по величине сдвига частот судят о наличии дефекта, по величине сравнения максимальных значений амплитуд составляющих спектра вибрации подшипника при прямом и обратном вращении определяют место дефекта и его величину.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 показан сепаратор с трещинами в уголках с одной стороны перемычки; на фиг. 3 - спектрограммы вибрации подшипника, соответствующие, (снизу - вверх) эталонному подшипнику с трещинами в сепараторе на одной поверхности его перемычки при прямом вращении и подшипнику с тем же дефектом, но при обратном вращении; на фиг. 4 - график зависимости разности макси- мальных амплитуд при прямом и обратном вращении от величины дефекта.

Устройство содержит объект 1 диагностирования, вибродатчик 2, усилитель 3, анализатор 4 спектра, задатчик 5 амплитудного спектра эталонного подшипника, блок 6 измерения сдвига частот, пороговое устройство 7, индикатор 8, блок 9 управления, Ячейку 10 памяти, коммутатор 11, блок 12 вычитания, блок 13 определения знака, блок 14 выделения модуля. Объект 1 диагностирования включает в себя подшипник с приводом вращения. При этом объект 1 диагностирования, вибродатчик 2, усилитель 3, анализатор 4 спектра, блок б измерения сдвига частот и пороговое устройство 7 соединены последовательно. Выход задатчи- ка 5 амплитудного спектра эталонного подшипника подключен к опорному входу блока 6. Выходы порогового устройства 7, блока 13 определения знака, и блока 14 выделения модуля присоединены к соответствующим входам индикатора 8. Входы блоков 13. и 14 объединены и подключены к выходу блока 12 вычитания, два входа которого соединены с соответствующими выходами коммутатора 11. Последний управляющим входом связан с первым выходом блока 9 управления, первым информационным

входом подключен к выходу ячейки 10 памяти, вторым - к выходу анализатора 4 спектра. Ячейка 10 памяти подключена первым входом к выходу анализатора 4 спектра, вторым к первому выходу блока 9 управления,

0 .второй1 выход которого соединен с входом объекта 1 диагностирования.

Способ осуществляется следующим образом.

Подшипник приводят во вращение, виб5 родатчик 2 преобразует вибрацию в электрический сигнал, который после усиления в усилителе3 разлагаютанализатором 4спектра на амплитудные спектры, соответствующие каждому элементу подшипника, и

0 запоминают их в ячейки 10 памяти. Затем эти амплитудные спектры в блоке 6 измерения сдвига частот сравнивают с амплитудными спектрами эталонного подшипника от задатчика 5 и измеряют сдвиги частот выде5 ленных составляющих для каждого элемен- . та подшипника. По величинам этих сдвигов с помощью порогового устройства 7 и индикатора 8 судят о дефектном или бездефект- - ном состоянии подшипника. Затем

0 осуществляют локализацию дефекта. Для этого изменяют направление вращения на Обратное с помощью блока 9 управления и анализатором 4 спектра разлагают амплитудные спектры вибрации элементов диаг5 ностируемого подшипника. Используя блок 9 управления, осуществляют одновременное включение ячейки 10 памяти и коммутатора 11, который подключает блок 12 вычитания, на первый вход которого подают

0 амплитудные спектры, принадлежащие соответствующим элементам подшипника при вращении его в обратном направлении, а на второй - эти же спектры при прямом направлении вращения. Результат сравне5 ния поступает одновременно в блок 13 определения знака и в блок 14 выделения модуля. Блок 13 определяет знак результата сравнения, а блок 14 выделяет результат сравнения без учета знака. В итоге, если

0 знак результата сравнения положительный, то дефект расположен в элементе подшип- ника-со стороны направления движения обратного вращения подшипника, а если знак результата отрицательный, то дефект рзспо5 ложен со стороны противоположного направления движения обратного вращения подшипника.

Для подтверждения эффективности предложенного способа рассмотрим подшипник с наиболее опасным и труднораспознаваемым дефектом - трещинами в сепараторе на одной поверхности его перемычки (фиг. 2). При движении вагона в одном направлении за один оборот сепаратора его перемычка последовательно испытывает два удара FI и F2 со стороны ролика. При одном ударе сила инерции ролика и сила его тяжести складываются, а при другом вычитаются. Примем, что Fj F2. Очевидно, что вероятность появления трещины со стороны действия силы Ft значительно больше. Статистический анализ длительно эксплуатируемых подшипников подтверждает, что трещины в перемычках сепараторов, как правило, располагаются в углах окон на одной поверхности перемычки. Можно утверждать, что этой поверхностью является набегающая, т.е. та, на которую действует сила FL При ударе ролика о перемычку сепаратора возникают акустические колебания, энергия W которых определяется по формуле

WК-А

где К - коэффициент жесткости материала в зоне контакта;

А - амплитуда колебаний перемычки сепаратора.

Появление трещины в перемычке сепаратора уменьшает жесткость перемычки, причем (фиг. 2) жесткость Ki перемычки со стороны ее поверхности, на которую действует сила FI, уменьшается в большей степени, чем жерткость К2 с противоположной поверхности перемычки, т.е. KI K2.

Предполагая в первом приближении, что энергия удара силой FI полностью переходит в энергию W колебаний, а также, учи- тывая, что при прямом и обратном вращении энергия удара силой FI одинакова, можно написать

W

Ki AfW

K2 -Afe

Следовательно

Ki Aji K2 AJ2

2 2

где Aji, Aj2 - амплитуды j-й перемычки при обратном и прямом вращении подшипника соответственно.

Но так как Ki K2, то Aj2 AJL

Таким образом, при обратном вращении амплитуда колебаний Aji больше амплитуды Aj2 колебаний при прямом вращении. Из графиков на фиг. 3 видно, что макси5 мальные амплитуды спектральных составляющих подшипника с трещиной сепаратора сдвигаются вправо на A.f относительно максимальной амплитуды эталонного подшипника, что говорит о

0 дефектности подшипника. Причем при вращении подшипника в обратном направлении максимальные амплитуды получаются большими, чем при прямом, а это говорит о том, что дефект находится со стороны на5 правления движения обратного вращения подшипника, Разность максимальных амплитуд А А при прямом и обратном вращении показывает величину дефекта подшипников качения и прямо пропорцио0 нально зависит от нее (фиг. 4). Аналогично получается и с другими дефектами элементов подшипников, что видно из таблицы экспериментальных данных.

Из таблицы видно, что рост трещины;

5 например, сепаратора (увеличение степени дефектности - величины дефекта) дает изменение амплитуд колебаний при смене направления вращения для малой трещины 0,7, а для большой 1, что подтверждает

0 правдоподобие фиг. 4 и что имеет место положительный эффект. Из таблицы также . видно, что приведенные виды дефектов однозначно связаны со сдвигами A fчастот максимальных амплитуд по отношению к

5 максимальным амплитудам колебаний эталонного подшипника. Например, трещина сепаратора дает Д f 150-300 Гц, трещина ролика - A f 900 Гц и т.д., что является доказательством локализации дефектов с

0 точностью до детали внутри подшипника. Дальнейшее увеличение точности локализа- ции дефекта в пределах одной детали достигается по данному способу за счет смены . направления вращения. Например, место

5 расположения трещины в сепараторе обнаруживается с точностью до одной поверхности перемычки.

Таким образом, данный способ повы-. шает эффективность диагностирования

0 подшипников качения, так как позволяет не только выявлять дефект, но и определять место дефекта.и его величину.

Формула изобретения Способ виброакустической диагностики

5 подшипников качения, заключающийся в том, что измеряют амплитудный спектр виб- рации элементов подшипников при вращении его под нагрузкой, выделяют составляющие спектра вибрации в заданных диапазонах частот и судят о состоянии элементов подшипника, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности диагностирования, дополнительно из- меряют амплитудный спектр вибрации элементов подшипника при обратном вращении, выделяют составляющие этого спектра в заданном диапазоне частот,

определяют сдвиг частот составляющих относительно эталонного значения, по сдвигу частот судят о наличии дефекта, по сравнению максимальных, значений амплитуд составляющих спектра вибрации подшипника при прямом и обратном вращениях определяют место дефекта и его параметры..

Изобретение относится к способам диагностики подшипников качения и подшипниковых узлов, преимущественно буксовых узлов железнодорожного подвижного со- cfaBa, и может быть использовано при техническом обслуживании и ремонте машин, механизмов и транспортных средств. Сущность изобретения: регистрируют сигнал вибрации испытуемого вращающегося нагружённого подшипника, измеряют амплитудный спектр вибрации, выделяют состав- ляющие спектра вибрации элементов подшипника, измеряют диапазон частот выделенных составляющих и сдвиг этих частот и по их величинам судят о состоянии элементов подшипника, затем меняют направление вращения подшипника на противоположное и, сравнивая наибольшие амплитуды составляющих спектра, принадлежащих соответствующим элементам подшипника, с первоначальными значениями, заключают, что дефект расположен в элементе со стороны направления движений подшипника, если при этом сравниваемые амплитуды составляющих больше первоначальных, и со стороны противоположногЬ направления движения, если сравниваемые амплитуды составляющих меньше первоначальных, и по значению результата сравнения оценивают параметры дефекта, 1 табл., 4 ил.

Фиб.2.