Устройство для измерения жесткости подшипника качения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ по авт. св. № 726460, о:т л и ч a ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено смонтированной на блоке нагружения с датчиком нагрузки осью для установ.ки внутреннего кольца испытуемого подшипника, оправкой для установки наружного кольца испытуемого подшипника, стаканом, смонтированйым на подшипниках в основании споено оправке, приводом для вращения стакана, датчиками угла и момента, соединенными между собой через усилитель, статоры которых установлены в стакане, a роторы на оправке, индикатором момента, вход которого соединен с выходом усилителя, последовательно соединенньши частотомером, вход которого соединен с выходом блока фильтров, программным блоком и генератором крутильных колебаний, выход которого соединен с вторым входом усилителя последовательно соединенными измерителем амплитуды вибрации, вход которого соединен с выходом блока фють- . тров, блоком определения резонанса и индикатором резонансной частоты, последовательно соединеными вторым блоком масштабного преобразования , которого соединен с выходом бло ка обратного преобразования, и блоком функционального преобразований , CZ выход которого соединен с вторым входом индикатора резонансной частоты , третий вход которого соединен с S с выходом частотомера, при этом выход измерителя а шлитуды вибрации соединен с вторым уходом программного блосо ка, второй, третий-и четвертый вы4 ходы которого соответственно соедиЭО нены с входами привода, генератора вынужденных колебаний и блока на9: гружения с датчиком нагрузки.

09) (И) ССИОЗ Сов-:ТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) С 01 M 13/04

ГОСУДАРСТБЕИКЬ!Й КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И, ОТКРЫТ,(61) 726460 (21) 3533868/25-27 (22) 06.01.83 (46) 15.01..85. Бюл. № 2 (72) В.П. Миронович, Л.В. Михайлов, Е.Е. Чаадаева и- К.Н. Явленский (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (53) 658.652.0127(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

h 726460, кл. G 04 M 13/04, 1980.

0 (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЖЕСТКОСТИ ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ по авт. св. ¹ 726460, о:.т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено смонтированной на блоке нагружения с датчиком нагрузки осью для установки внутреннего кольца испытуемого подшипника, оправкой для установки наружного кольца испытуемого подшипника, стаканом, смонтированйым на подшипниках в основании соосно оправке„ приводом для вращения стакана, датчиками угла и момента, соединенными между собой через усилитель, статоры которых установлены в стакане, а роторы— на оправке, индикатором момента, вход которого соединен с выходом усилителя, последовательно соединенными частотомером, вход которого соединен с выходом блока фильтров, программным блоком и генератором крутильных колебаний, выход которого соединен с вторым входом усилителя, последовательно соединенными измерителем амплитуды вибрации, вход котоI. рого соединен с выходом блока филь- . тров, блоком определения резонанса и индикатором резонансной частоты, .последовательно соединеными вторым блоком масштабного преобразования, вход, которого соединен с выходом бло ка обратного преобразования, и блоком функционального преобразования, выход которого соединен с вторым входом индикатора резонансной частоты, третий вход которого соединен с выходом частотомера, при этом выход измерителя амплитуды вибрации соединен с вторым, входом программного блока,.второй, третий:и четвертый выходы которого соответственно соединены с входами привода, генератора ( вынужденных колебаний и блока наI гружения с датчиком нагрузки.

34896 с ния стакана, датчиками угла и момента, соединенными между собой через усилитель, статоры KQTopbm установ. лены в стакане, а роторы — на оправке, индикатором момента вход которого соединен с выходом усилителя, последовательно соединенными частотомером, вход которого соединен с выходом блошка фильтров, программным блоком и

1 11

Изобретение относится к подшипниковой промьппленности и может быть преимущественно использовано для измерения жесткости подшипника ка-: чения.

По основному авт. св. 9 726460 известно устройство для измерения жесткости подшипника качения, содержащее вибропреобразователь, индикатор и последовательно соединенные генератор вынужденных колебач ний, блок нагружения с датчиком нагрузки, которое также снабжено фильтром переменной нагрузки, блоком выделения постоянной составляющей нагрузки, блоком масштабного преоб разования и последовательно соединенными блоком фильтров, схемой разности амплитуд колебаний, схемой умножения амплитуд колебаний, блоком интеграторов, блоком определекия податливости, схемой задержки, блоком обратного преобразования, выход которого соединен с первым входом индикатора, причем третий выход блока кагружения с датчиком нагрузки через блок масштабного преобразования соединен с вторым входом индикатора, первый выход блока нагружения с датчиком нагрузки через фильтр переменной нагрузки, схему умножения амплитуд колебаний соединен со вторым входом блока определения податливости, а второй его выход через блок выделения постоянной составляющей нагрузки соединен со вторым входом схемы задержки, а второй выход блока масштабного преобразования соединен со вторым входом интеграторов и выход вибропреобразователя соединен со входом блока фильтров Ц .

Однако известное устройство обладает тем недостатком, что оно имеет низкую точность измерения жесткости.

Целью изобретения является повышение точности измерения жесткости подшипника.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения жесткости подшипника качения снабжено смонтированной на блоке нагружения с датчиком нагрузки осью для установки внутреннего кольца испы-. туемого подшипника, оправкой для. установки наружного кольца испытуемого подшипника, стаканом, смонтированным на подшипниках в основании соосно оправке, приводом для вращегенератором крутильных колебаний, выход которого соединен со вторым входом усилителя, последовательно соединенными измерителем амплитуды вибрации, вход которого соединен с выходом блока фильтров, блоком определения резонанса и индикатором рет зонанской частоты, последовательно соединенными вторым блоком масштабного преобразования, вход которого

20 соединен с выходом блока обратного преобразования, и блоком, функционального преобразования, выход которого соединен со вторым входом индикатора резонансной частоты, третий вход которого соединен с выходом частотомера, при этом выход измерителя амплитуды вибрации соединен со вторым входом программного блока, второй, третий и четвертый выходы которого соответственно соединены со входами при30

l вода, генератора вынужденных колебаний и блока нагружекия с датчиком нагрузки.

Иа чертеже дана блок-схема устрой. ства.

Устройство для измерения жесткости подшипника качения 1 включает в себя последовательно соединенные блок нагружения с датчиком нагрузки 2 и генератор вынужденных колебаний 3, а также последователько соединенные вибропреобразователь 4, блок фильтров 5, схему разности амплитуд колебаний 6, схему умножения амплитуд 7, блок интеграторов 8, блок определения

45 податливости 9, схему задержки 10, блок обратного преобразования 11 и индикатор жесткости 1.2 исследуемого подшипника 1, а также фильтр переменной нагрузки 13, блок масштабного преобразования 14 и блок выделения постоянной составляющей 15, причем первый выход блока нагружения с датчиком нагрузки 2 через фильтр переменной нагрузки 13, схему умноже55 ния амплитуд 7 соединен ео вторым входом блока определения податливости 9„ второй выход блока нагружения с датчиком нагрузки 2 через блок

3 11 выделения постоянной составляющей

15 соединен со вторым входом схемы задержки 10, а третий выход — через блок масштабного преобразования 14 соединен со вторым входом индикатора жесткости 12. Второй выход блока масштабного преобразования 14 соединен со вторым входом блока интегра торов 8. На наружное кольцо исследуемого подшипника качения 1 насажена оправка 16, на которой установлены роторы электромагнитных датчиков момента 17 и угла 18. Статоры датчиков момента 17 и угла 18 установлены B стакане 19, который вращается приводом 20 в опорных подшипни" ках 21 относительно основания. Статорные обмотки датчиков угла 18 и момента 17, обеспечивающих измерение момента сопротивления вращению (МСВ) подшипника качения 1, соединены через усилитель 22. Для фиксации сигнала, пропорционального измеряемому MCB служит индикатор момента

23. Работой устройства управляет программный блок 24, первый выход которого соединен с генератором 25 крутильных колебаний. Выход генератора 25 крутильных колебаний соединен со вторым входом усилителя 22.

Втррой выход программного блока 24 соединен со входом привода 20, третий выход — со входом генератора

3 вынужденных колебаний, четвертый— со вторым входом блока нагружения с датчиком нагрузки.2. Первый и второй входы программного блока 24 соединены с выходами частотомера 26 и измерителя амплитуды вибрации 27, входы которых соединены с выходом блока фильтров 5. Выход измерителя амплитуды вибрации 27 соединен с последовательно соединенными блоком определения резонанса 28 и индикатором 29 резонансной частоты, второй вход последнего соединен с выходом частотомера 26. Выход блока

11 обратного преобразования соединен с последовательно соединенными вторым блоком масштабного преобразования 30 и блоком функционального преобразования 31, выход которого соединен со вторым входом индикатора 29 резонансной частоты. Внутреннее кольцо исследуемого подшипника качения 1 для обеспечения возможности

его вращения закреплено на оси 32, механически связанной с блоком нагружения с датчиком нагрузки 2.

34896

Устройство работает следующим образом.

По сигналу со второго выхода программного блока 24 привод 20, представляющий собой регулируемый электродвигатель с редуктором, вращает стакан 19. Сигнал со статора датчика угла 18, пропорциональный углу рассогласования между стаканом 19 и оправкой 16, поступает на первый вход усилителя 22. Усиленный сигнал поступает на статорную обмотку датчика момента 17, обеспечивая вращение оправки 16 со скоростью вращения стакана 19. Таким образом, наружное кольцо подшипника качения 1 вращается со скоростью, задаваемой приводом 20. Величина электромагнитного момента, создаваемого датчиком момента 17, является критерием МСЗ

20 исследуемого подшипника качения 1 и фиксируется индикатором момента 23, В качестве датчиков угла 18 и момента 17 использованы электромагнитные датчики с короткозамкнутыми обмотками роторов. Это позволяет отказаться от токоподводов к оправке 16 и уменьшить ее .вредный МСВ, который приводит к увеличению погрешности измерения MCB исследуемого

30 ,подшипника качения i. В качестве

;усилителя 22 используется стандартный усилитель следящего привода, в

% качестве индикатора момента — ампер" метр, тарированный в единицах мо35 мента. Электромеханический привод 20 имеет значительную инерционность и используется для создания относительного движения колец подшипника с постоянной скоростью. Для задания

40 колебательного движения колец подшип- ника качения.1 по сигналу с первого выхода программного блока 24 генератор крутильных колебаний 25, в качестве которого используется стандарт45 ный генератор звуковой частоты, подает на второй вход усилителя 22 напряжение, изменяющееся по закону, который необходимо обеспечить при относительном движении колец подшип50 ника. В усилителе 22 это напряжение суммируется с сигналом, поступающим с датчика угла 18 и на датчик момента 17 поступает суммарный сигнал.

Оправка 16 таким образом будет двиЯ гаться со скоростью, постоянная составляющая которой задается приводом

20, а переменная — генератором крутильных колебан Ф 25. Интегрирующие

5 11348 звенья, входящие в состав усилителя, 22, позволяют определять среднее по времени значение МСВ подшипника качения I при колебательном движении его колец,.при их отключении измеряется текущее значение МСВ, в частности МСВ трогания. Таким образом, описанные выше блоки предназначены для обеспечения режима работы исследуемого подшипника близкого к 1О реальному, а также для измерения MCB подшипника. Для наиболее полного соответствия условий испытаний реальным условием эксплуатации блок нагружения с датчиком нагрузки 2 состоит из генератора механических колебаний управляемого. через первый вход генератором 3 вынужденных колебаний и газостатических oceaoro u радиального нагружающих устройств, 2б создающих постоянную по величине нагрузку на оправку 16, жестко связанную с наружным кольцом пофпипника качения 1. Величина осевых и радиаль. ных нагрузок регулируется сигналом, 25 поступающим на второй вход блока нагружения с датчиком нагрузки 2 с четвертого выхода программного блока

24. Измерение жесткости подшипника осуществляется с помощью блоков 2-15. зо

Блоком нагружения с датчиком нагрузки 2 создают нагружение, соответствующее постоянной составляющей нагрузки, действующей на испытуемый подшипник качения 1, а также определяют значение амплитуды изменения нагруз35 ки. Включают генератор вынужденных колебаний 3, по сигналу которого блок нагружения с датчиком нагрузки

2 создает гармоническое колебание на„40 ,грузки в заданных пределах с заданной ,частотой, которая через ось 32 передается на внутреннее кольцо подшипника качения 1 и вызывает его вынужденные колебания. Колебания подшипни45 ка 1 приводят.к врзникновению вибрации оправки 16; которая измеряется вибропреобразователем 4 ° Вибропреобравователь 4 выполнен бесконтактным (например емкостным), так как оправка 16 вращается. Сигнал с вибро.

50 преобразователя 4 подается на блок фильтров 5. От блока фильтров 5 сигналы, соответствующие амплитудам ко-, лебаний, поступают на вход схемы 6 разности амплитуд колебаний, сигналы с выхода которой передаются на первый вход схемы умножения амплитуд 7 колебаний. Сигналы, создаваемые на пер9.6 б вом выходе блока нагружения с датчиком нагрузки 2, через фильтр перемен. ной нагрузки 13 направляются на вто. рой вход схемы умножения амплитуд 7 колебаний. Сигналы с первого выхода схемы 7 поступают на первый вход блока интеграторов 8, а сигнал со второго ее выхода — на второй вход блока определения податливости 9. На первый вход блока 9 направляются сиг налы с выхода блока интеграторов 8, соответствующие произведениям разностей амплитуд колебаний на обратную величину нагрузки за промежуток времени, задаваемый блоком масштабного преобразования 14. Полученный на выходе блока определения податливости 9 сигнал, соответствующий податливости подшипника качения 1 подается на блок обратного преобразования 11 с временной задержкой, создаваемой схемой задержки 10. Значение временной задержки определяется схемой задержки 10 в соответствии с сигналом постоянной составляющей нагрузки, поступившим от второго выхода блока нагружения с датчиком нагрузки 2 через блок выделения постоянной„составляющей нагрузки 15.

Сигнал с вьгхода блока обратного преобразования 11, соответствующий значению жесткости подшипника качения 1, принимается на первом вьгхрде индикатора жесткости 12, на второй вход которого через масштабного преобразования 14 поступает сигнал с третьего выхода блока нагружения с датчиком нагрузки 2. По индикатору жесткости 12 определяется значение жесткости испытуемого подшипника качения 1 в заданном интервале нагрузки, Для определения резонансной частоты колебательной системы, в которой упругим элементом является подшипник качения 1, программный блок 24, представляющий собой аналоговую вычислительную машину, плавно изменяет. частоту колебаний, создаваемых генератором вынужденных колебаний 3, поддерживания при этом постоянной их амплитуду. C выхода блока фильтров 5 сигнал, характери-. зующий вынужденную вибрацию оправки 16, поступает на частотомер 26 и измеритель амплитуды вибрации 27, в качестве которых используются стандартные измерительные приборы. Сигнал с выхода измерителя амплитуды вибрации 27 поступает на первый вход

7 113 блока определения резонанса 28, где запоминается при помощи пикового детектора, входящего в состав блока

28 в строгом соответствии "амплитудачастота". Текущее значение амплитуды вибрации, поступающее на первый вход блока определения резонанса 28, непрерывно сравнивается с находящимся в памяти. При достижении максимального значения .амплитуды вибрации на первый вход индикатора резонанса

29 поступает сигнал на фиксацию частоты, при которой наступает резонансг поступающей с частотомера 26 на второй вход индикатора резонанса 29 °

Сигнал, характеризующий значение частоты, со второго входа индикатора резонанса через преобразователь

"частота-напряжение" поступает на аналоговый ключ, который срабатывает при поступлении сигнала на первый вход индикатора резонанса 29. Ве личина напряжения на выходе ключа характеризует в определенном масштабе частоту собственных колебаний.

Текущие значения частоты и амплитуды, поступающие на первый и второй входы индикатора резонанса 29 позволяют построить амплитудно-частотную характеристику колебательной системы и определить значения коэффициентов динамичности и демпфирования. Точность измерения собственной частоты повышается эа счет совместного использования информации об амплитудно-частотном спектре и жесткости подшипника качения 1.

Для учета информации о жесткости с выхода блока обратного преобразования 11 на второй блок масштабного преобразования 30 подается сигнал, пропорцинальный жесткости С подшипника качения 1. После умножения этого сигнала на масштабный коэффициент в блоке функционального преобразования 31 производится вычисление резонансной частоты f

f %II гоп р где гп — приведенная масса систе1 мы тел, состоящей из наружного кольца подшипника качения 1 и оправки 16. Блоки 30 и 31 представляют собой усилители. Сигнал, характеризующий значение резонансной частоты, 4896 8 поступает на третий вход индикатора резонансной частоты 29, с которого он подается на сумматор, где складывается с сигналом поступающим с аналогового ключа, входящего в состав индикатора 29. Суммарный сиг. нал делится на 2 в операционном усилителе и полученный сигнал, характеризующий среднее значение резонанс10

55 ной частоты, определенный из ам-. плитудно-частотного спектра и рассчитанный с помощью известного значения жесткости подшипника, фиксируется с помощью прибора, шкала которого отградуирована на частоте.

Устройство обеспечивает также режим испытаний, предусматривающий измерение МСВ подшипника в условиях внешней вибрации, создаваемой блоком нагружения с датчиком нагрузки 2 по сигналу с генератора вынужденных колебйний 3 и передаваемой через ось 32 па внутреннее кольцо подшипника качения 1. Для контроля параметров создаваемой вибрации на первый и второй входы программного блока 24, управляющего работой генератора вынужденных колебаний 3, с частотомера 26 и измерителя амплитуды вибрации 27 подаются соответствующие сигналы.

При отсутствии внешней вибрации, создаваемой блоком нагружения с дат% чиком нагрузки 2, сигналы, поступающие с частотомера 26 и измерителя амплитуды вибрации 27, могут быть

"использованы для построения амплитудно-частотного спектра и измерения общего уровня собственной вибрации подшипника качения 1.

Устройство позволяет повысить точность измерения жесткости прдшипника за счет создания условий измерений, близких к реальным условиям эксплуатации †.наличие относительного перемещения колец подшипника по любому закону, и различных по величине осевых и радиальных нагрузок на подшипник. Кроме жесткости устройство позволяет измерять другие динамические параметры подшипника — частоту собственных колебаний, МСВ дви.. жения и трогания при различных сочетаниях нагрувок и скоростей вращенИя, а также при воздействии внешней вибрации.

il34896

Составитель И. Баранов

Редактор А. Долинич Техред Т.Фанта

Корректор Г. Решетник

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ. 10084/39 Тираж 898

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

Ф по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5