Способ определения дефектов в деталях машин Советский патент 1977 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к технической акустике и может применяться при виброакустическом контроле технического состояния машин и -механизмов в процессе их эксплуатации. Известен способ определения дефектов в подшипниках качения, основанный на прин ципе регистрации, измерения и анализа амплитудного спектра вибрации подшипников, эавлючаюшнйся в том, что регистрируют амплитудиый спектр вибрации исследуемых подшипников, устанавливают их в изделие, создают дополнительную вибрационную осевую нагрузку, прирабатывают подшипники при этой нагрузке, регистрируют вибрационный спектр собранного изделия и по появлению гармонических составляющих с частотами кратными удвоенной частотд вращения тел качения подшипников судят о наличии дефектов подшипников l. Однакр определить степень износа исследуемых, деталей собранного изделия невозможно из-за непригодности такого информативного параметра, как появление или .непоявление гармонических составляющих спектра с частотами кратными удвоенной частоте вращения тел качения подшипников для такой цели, так как этот параметр не может Зыть количественно оценен. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения (Дефектов, в деталях машин, основанный на регистрации, измерении и анализе амплитуды вибрации деталей, в котором сравнивают характеристики вибрации в процессе эксплу атации машин 2j. Недостатком этого способа является низкая точность при определении степени повреждения детали, которая обусловлена разбросом величины амплитуды максимального пикового значения вибросигнала, имеющей случайный характер и зависящей от различ ных посторонних факторов, например от сое- тояния прочности контакта датчика вибрации с объектом контроля и действия посторонней возмущающей силы. Кроме того, невозможно применять способ для количественной ценки степени износа деталей, так как часто kaHoc не оказывает влияния на коэффициент равнения пикового и выпрямленного значеНИИ вибросигнала и его величина не пропорциональна степени износа деталей. Целью изобретения является повышение точностн оценки степени исноса деталей машин, Это достигается тем, что измерение осу ществляют в установленной информативной полосе частот, определяют момент появления металлических включений, в смазке деталей, в которых фиксируют вибрацию, опре деляют и запоминают уровень ее средневып рямленного значения, далее, в течение последующего измерения определяют величину математического ожидания вибрации, и сравнивая ее с установленным уровнем сре невыпрямленного значения вибрации, судят о степени износа деталей машин. Износ в деталях и узлах машин сопровождается вьщелением металлических вклю чений в смазку, причем концентрация мета да а смазке пропорциональна степени износа деталей. Способ основан на том, что учитывают определенную закономерность изменения ви рации исследуемых деталей при изменении концентрации металлических включений в смазке. Уровень вибрации подшипников качения при неизменных условиях эксплуатации про порционален значениям величин - давления и потерь на трение качения (в осно ном щарике по дорожке качения) Mg /TIE (1 S АЛАКС ( + 3о1) момент сопротивления вращени характеризующий потери на тре ние качения; МАКС суммарное давление; -Jмгновенное значение давления на единицу поверхности; -радиус тела качения; -коэффициент Пуассона; -модуль упругости Юнга; -количество микронеровностей и Зацеплений на дорожках и тела качения; -скорость вращения шариков; -вязкость смазки; -высота масляной пленки между шариком и дорожкой качения; чCosV (L- - где R - радиус кривизны дорожки качен V - угол контакта. Из формул (1) и (2) видно, что с увеичением величины вязкости -Т происходит ост суммарного давления , и потерь а трение качения Mj , Это приводит к ропорциональному увеличению уровня вибраии. При наличии металлических включений в мазке подшипника иэ-за соударения микроеровностей дорожек качения, тел качения продуктов износа (частичек металла) выеляется добавочная энергия и повышается ровень вибрации; а,/4г.;, L w(-eM V -энергия, выделяемая соударениями металлических включений и микронеровностей; -масса тела качения; -коэффициент упругости удара (степень восстановления деформации); ( lOlp-voi-- количество микровыключений и микронеровностей, Повышение уровня вибрации подшипников происходит в широком диапазоне частот (от О до 20 кГц). Извес1 но, что различные дв фекты подшипников качения (овальность, гран- ность тел качения, увеличение зазора) проявляют себя на определенных частотах, которые можно подсчитать по известнь м формулам, зная параметры подшипника. В связи с этим, для повышения точности необходимо установить информативную полосу частот, в которой собственные дефекты не оказывают выралсенного влигшия на уровень вибрации и не вносят погрешностей в результаты измерения. Пусть | , | - множество значений низких частот (нижняя часть фиксируемого спектра), на которых выражены проявления различных собственных дефектов подшипника: - т ( N), где ,N номер подшипника, d I гл t - множество значений высоких частот, на которых проявляется другая группа собственных дефектов подшипника: fvij mj ( W ) теперь, учиты вая, 4TOfn (1 ) fMi (N ) + С, где С « постоянная величина для данного номера подшипника, для выбора информативной полосы частоты Д f пользуются формулой --. (N)(,N)-mj-n{: iTnt CN) Способ определения дефектов в деталях машин осуществляют следующим образом. С помощью датчика вибрации фиксируют вибрацию в точке ее распространения от деталей, например, датчик устанавливают на внешней обойме выходного подшипника при контроле технического состояния детапей редуктора. Измерение начинают в момент появления металла в смазке деталей, который определяют любым из известных способов, например, фиксируют изменение добротности катушки индуктивности, установленной в объеме смазки. Преобразованный датчиком сигнал усиливают и вырезают информативную полосу частот, определенную вышеуказанным способом. Зафиксированный в этой полосе сигнал выпрямляют, интегрируют и определяют уровень его средневыпрямленного значения, который запоминают Величина уровня средневыпрямленного значения сигнала в информативной полосе частот снятого в момент появления металлических включений .в смазке деталей, является далее эталонной в процессе проведения контроля. В течение дальнейшей работы контроляруемой машины сигнал, снимаемый с обоймы подшипника разлагают на спектральные составляющие в информативной полосе частот А f и непрерывно определяют величину математического ожидания вибрации, например, если ширина информативной полосы частот А f разбивается равномерно на отдельные составляюшие спектра с шагом разбиения д i , то математическое ожидание получают путем определения частного от деления суммы единичных ординат составляющих спектра умноженной на шаг разбиения д , на ширину информативной частотной полосы:

(5)

Tri - материатическое ожидание вибрации деталей; X i - ордината 1-ой составляющей

спектра вибрации деталей; д f - ширина частотной информативной полосы;

мени измерения определяют величину математического ожидания вибрации, и, сравниаая ее с установленным уровнем средневыпрямленного значения вибрации, судят о степени износа деталей машин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР № 36О579, М., Кл. Q О1 М 13/О4, 1972.

2.Патент США № 3677072, кл. 7367, 1972.. дг шаг разбиения частотной полосы на единичные с оставляющие спектра. Затем полученную величину математического ожидания сравнивают (делят, умножают и тл.) с уровнем средневыпрямленного значения вибрации. Способ сравнения выбирают в зависимости от удобства масштабнрования измерительных шкал приборов индикации. По результату сравнения, характернзующему концентрацию металла в смазке деталей, судят о степени износа деталей машин. Формула изобретения Способ определения дефектов в деталях машин,основанный на регистрации, измерении и анализе амплитуды вибрации деталей, в котором сравнивают характеристики вибрации в процессе эксплуатации машин, о тличающнйся тем, что, с целью повышения точности оценки степени износа деталей машин, устанавливают информативную полрсу частот, определяют момент появления металлггческих включений в смазке деталей, в которых фиксируют вибрацию, определяют и запоминают уровень ее средневыпрямленного значения, в течение последующего вре