Устройство для измерения спектральных характеристик осевой вибрации шарикоподшипника Советский патент 1993 года по МПК G01M13/04 

(Л

С

Использование: машиностроение, подшипниковая промышленность, оценка технического состояния радиально-упорных шарикоподшипников и их диагностирование по спектральным характеристикам. Сущность изобретения: устройство содержит: вибропреобразователь (3), усилитель (4), анализатор спектра (5), двухкоординат- ный самописец (10); генератор пилообразного напряжения (6), преобразователь напряжение - частота (7), блок формирования амплитудно-частотной характеристики (8) и делитель (9). 4 ил. i

00

о

s| 00 О

Изобретение относится к машиностроению и может быть.использовано в подшипниковой промышленности для оценки технического состояния шарикоподшипников,

Цель изобретения - повышение точности измерения спектральных характеристик осевой вибрации шарикоподшипника.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема измерительного стенда; на фиг. 3 - расчетная модель механической системы измерительный стенд - исследуемый подшипник; на фиг. 4 - принципиальная схема блока формирования АЧХ.

Устройство для измерения спектральных характеристик осевой вибрации шарикоподшипника (фиг. 1) содержит измерительный стенд 1 с установленным на нем исследуемым подшипником 2 и вибропреобразователь 3 с осью чувствительности, ориентированной вертикально, закрепленный на неподвижном узле подшипника, подключенный через виброусилитель 4 к первому входу анализатора 5 спектра. Устройство также включает последовательно соединенные генератор 6 пилообразного напряжения, преобразователь 7 напряжение - частота, блок 8 формирования АЧХ и делитель 9, а также двухкоорди- натный самописец 10, причем выход генератора 6 пилообразного напряжения подключен также к входу X самописца 10, а выход преобразователя 7 напряжение - частота подключен к второму входу (входу внешний гетеродин) анализатора 5 спектра, выход которого подключен к второму входу делителя 9. Выход делителя 9 подключен к входу Y самописца 10.

Измерительный стенд 1 (фиг. 2) состоит из корпуса 11, ротора 12 с вертикальной осью вращения ОО1 установленного на опорах, одна из которых - сферический аэродинамический подшипник 13, а другая - исследуемый подшипник 2, оправки 14, в которой размещено неподвижное кольцо исследуемого подшипника, подвижное кольцо которого связано с ротором 12, нагружающего устройства, взаимодействующего с оправкой 14 и индикатором 15, двигателя 16 и блока питания 17.

Нагружающее устройство включает в себя стакан 18, связанный через упругий элемент 19 с оправкой 14, а также гайку 20, перемещающую стакан 19.

При исследовании вибрации механическую систему измерительный стенд - исследуемый подшипник можно рассматривать как двухмассовую цепную колебательную систему, представленную на фиг. 3, в которой массы mi и т2 моделируют инерционные свойства оправки 14 и ротора 12, жест- костные параметрыс Ci, C2 и Сз характеризуют свойства упругого элемента

18, исследуемого подшипника 1 и сферической аэродинамической опоры 13 соответственно. Коэффициенты демпфирования hi, h2 и пз характеризуют диссипацию энергии при движении инерционных элементов за

счет сопротивления окружающей среды и определяются при предварительных испытаниях измерительного стенда.

Рассматриваемая система описывается системой дифференциальных уравнений

miXi.+ (hi + h2) Xi + (Ci + C2) Xi - h2X2 - €2X2 F

m2x 2 + (h2 + ha) X2 + (Ca + Сз) X2 - h2Xi - CzXi-F, -()

9W Of %

где XL X2, XL X2, Xi, X2 - обобщенные координаты, характеризующие амплитуды виб- роперемещений, виброскорости и

виброускорений масс mi и гП2 соответственно;

F - внешнее суммарное возмущение. Блок 8 формирования АЧХ (фиг. 4) представляет собой аналоговую модель механической системы измерительный стенд - исследуемый подшипник, описываемой системой дифференциальных уравнений (1), и выполнен на операционных усилителях DL D2, Оз, D4, ОБ, Об, Dy.-Ds, Dg. Создание модели производится в соответствии с общепринятой методикой.

Операционные усилители 02, Об мбде- лируют динамические свойства оправки 14 подшипника в соответствии с первым уравнением системы (1), а операционные усилители Оз, О моделируют динамические свойства ротора 12 измерительного стенда согласно второму уравнению системы (1). На вход операционного усилителя 02 подаются сигналы, пропорциональные силам, действующим на оправку подшипника, масштабируемые с помощью сопротивлений R4, Rs, Re, R согласно слагаемым первого уравнения системы (1). Аналогично, с помощью сопротивлений Rs, Rg, Rn, Ri2 вводится масштабирование сил второго уравнения системы (1).

Операционные усилители D2, Об. Da. D выполняют функции интегрирования. Операционные усилители Di, D4, Об, Ds. Dg являются инверторами и изменяют знак сигнала.

Входной сигнал в блоке 8 подается на операционный усилитель DI через сопротивление RI и на операционный усилитель

Da через сопротивление Ra и усиливается цепочкой операционных усилителей Di-Dg в соответствии с созданной моделью системы измерительный стенд - исследуемый подшипник.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Исследуемый подшипник 2 устанавливают в оправку 14, После этого гайкой 20 поднимают стакан 19 и устанавливают под- шипник 2 с оправкой 14 в вертикальном положении на ротор 12. Затем, вращая гайку 20 путем перемещения стакана 19, устанавливают заданную величину осевой нагрузки на подшипник 2. Эту величину кон- тролируют по индикатору 15. Двигатель 16 создает требуемую частоту вращения ротора 12. С помощью вибропреобразователя 3 измеряют сигнал осевого виброускорения механической системы измерительный стенд - исследуемый подшипник. Сигнал с вибропреобразователя 3, усиленный в виброусилителе 4, поступает на информационный вход анализатора 5 спектра.

Генератор 6 формирует пилообразное напряжение, параметры которого задают режим исследования: время нарастания пилы определяет время анализа спектра вибу росигнала, начальная амплитуда - начальную частоту анализа, скорость нара- стания - частотный диапазон анализа.

Сигнал пилообразного напряжения с генератора 6 подается на преобразователь 7 напряжение - частота, с выхода которого сигнал с фиксированной амплитудой и ли- нейно возрастающей частотой поступает на второй вход (вход внешнего гетеродина) анализатора 5 спектра, изменяя его настройку по частоте, в результате чего на выходе анализатора 5 спектра формируется сигнал, пропорциональный амплитуде гармоники вибросигнала на данной частоте.

С выхода преобразователя 7 напряжение - частота сигнал с фиксированной амплитудой и линейно возрастающей частотой поступает также на вход блока 8 формирования АЧХ, который изменяет амплитуду фиксированного сигнала в соответствии с законом (амплитудно-частотной характеристикой), заложенным в аналоговую модель механической системы измерительный стенд - исследуемый подшипник. Выходным сигналом блока 8 является напряжение, пропорциональное амплитуде колебаний неподвижного кольца подшипника 2.

С выхода блока 8 формирования АЧХ сигнал поступает на первый вход делителя 9, на второй вход которого поступает сигнал с выхода анализатора 5 спектра. Делитель 9 осуществляет коррекцию сигнала с анализатора 5 спектра путем деления его на сигнал с блока 8 формирования АЧХ. В результате на выходе делителя 9 получается скорректированный сигнал осевой вибрации подшипника без влияния динамических свойств измерительного стенда. Этот сигнал подается на вход У индикатора (самописца) 10, на вход X которого подается сигнал с генератора 6 пилообразного напряжения, и на индикаторе 10 строится скорректированный спектр осевой вибрации исследуемого подшипника.

Формулаизобретения Устройство для измерения спектральных характеристик осевой вибрации шарикоподшипника,содержащее испытательный стенд, включающий корпус, ротор с вертикальной осью вращения, установленный на опорах, одна из которых - сферический аэродинамический подшипник, а другая - исследуемый подшипник, отградку, в которой размещено неподвижно кольцсГисследуемого подшипника, подвиг ное кольцо которого сочленено с ротором, нагружающее устройство, взаимодействующее с оправкой, и последовательно соединенные вибропреобразователь, размещенный на оправке, усилитель и анализатор спектра, а также двухкоординатный самописец, отличающееся тем. что, с целью повышения точности измерения спектральных характеристик осевой вибрации шарикоподшипника, оно снабжено последовательно соединенными генератором пилообразного напряжения, преобразователем напряжение-частота, блоком формирования амплитудно-частотной характеристики и делителем, второй вход которого подсоединен к выходу анализатора спектра, а выход - к входу Y двухкоорди- натного самописца, вход X которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, причем второй вход анализатора спектра соединен с выходом преобразователя напряжение - частота.

. 2. //////у////,А/

м ь

лз

а

С2.

С$

Фиг$