Устройство для контроля угловых деформаций валов вращающихся объектов

 

Изобретение относится к средствам измерения угловых деформаций валов вращающихся объектов и может быть использовано для контроля точности центровки, балансировки и окончательной доводки сопряжения элементов подшипниковых узлов и механизмов в сборе. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства для исследования временной и фазовой неравномерности деформаций

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК > 4 с 01 в 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4051166/25-28 (22) 08.04.86 (46) 30.03.88. Бюл. № 12 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Б. П. Фридман и В. С. Жернаков (53) 531.781.2 (088.8) (56) Фридман Б. П. Прибор для контроля динамических крутильных деформаций валов двигателей в процессе вращения. Труды

Уфимского авиационного института им. Серго Орджоникидзе, вып. XIV Уфа: Башкнигоиздат, 1970, с. 42 — 43.

„„SU„„1384932 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

УГЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ВАЛОВ ВРАШАЮШИХСЯ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к средствам измерения угловых деформаций валов вращающихся объектов и может быть использовано для контроля точности центровки, балансировки и окончательной доводки сопряжения элементов подшипниковых узлов и механизмов в сборе. Цель изобретения расширение функциональных возможностей устройства для исследования временной и фазовой неравномерности деформаций

1384932 валов с оперативным отображением результатов контроля на электронно-лучевом индикаторе 30. Это достигается введением в устройство стабилизированного электромеханического привода 1, торсионного вала с синусно-косинусным потенциометрическим преобразователем 9, соединенным через согласующие усилители 39 и 40 с отклоняющими пластинами ЗЗ и 34, преобразованием сигналов с магнитных головок 14 и 15, считывающих равномерно нанесенные на кольцах метки, схемой, содержащей два импульсных усилителя 22 и 23, переключатели 18—

21 записи — воспроизведения, триггер 24, а также ключевой элемент 25, источник 26 питания, стабилизатор 27 зарядного тока и емкостной накопитель 28, соединенные с входом оконечного усилителя 29, выход которого соединен с дополнительным элект1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля точности центровки, балансировки и окончательной доводки сопряжения элементов подшипниковых узлов валов вра- 5 щающихся объектов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для исследования временной и фазовой неравномерности деформаций валов с оперативным отображением результатов контроля, что достигается введением в устройство стабилизированного по частоте электромеханического привода, соединенного с ним и с исследуемым объектом муфтами торсионного вала с синусно-косинусным потенциометри- 15 ческим преобразователем угла поворота вала, соединенным через согласующие усилители с электронно-лучевым индикатором, имеющим дополнительный электрод радиального отклонения луча, преобразованием сигналов с двух магнитных головок, установленных против диамагнитных дисков с кольцами из намагничивающегося материала закрепленных по торцам торсионного вала, схемой, содержащей два импульсных усилителя, соединенные с магнитными головками и с входами триггера через переключатели записи †воспроизведен, ключевой элемент, соединенный со стабилизированным блоком питания стабилизатор зарядного тока, емкостной накопитель, соединенный с ключевым элементом и оконечным усилителем, 30 выход которого соединен с электродом радиального отклонения луча и входом дифференцирующего блока с инвертирующим родом 31 радиального отклонения, луча, и отображением на индикаторе 30 полярных диаграмм величин временной или фазовой неравномерности деформаций вала в зависимости от положения переключателя 37 режима подсветки, коммутирующего прямой и инверсный выходы инвертирующего усилителя 36, вход которого через дифференцирующий блок 35 соединен с оконечным усилителем 29, и подающего сигнал на резистивно-емкостной делитель 38 и модулятор 32.

Метки предварительно записывают теми же головками 14 и 15 с помощью импульсного генератора 16 стабилизированной частоты.

Устройство позволяет повысить точность контроля неравномерности угловых деформаций и вызывающих их дефектов центровки, балансировки и подгонки подвижных элементов вращающегося объекта. 3 ил. усилителем, переключатель режима подсветки на три положения, входы которого соединены с выходами инвертирующего усилителя, а выход — через резистивно-емкостной делитель с модулятором яркости, и отображением на электронно-лучевом индикаторе полярных диаграмм, характеризующих величины временной или фазовой неравномерности деформаций вала в зависимости от положения переключателя режима подсветки.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема устройства; на фиг. 2 — блок-схема электронной части устройства; на фиг. 3— типовая диаграмма объекта с явно выраженной неравномерностью деформаций вала, получаемая на экране электронно-лучевого индикатора при нахождении переключателя режима подсветки в положении, когда разрешается свечение луча на прямом и обратном ходе.

Устройство для контроля угловых деформаций валов вращающихся объектов содержит стабилизированный по частоте вращения электромеханический привод 1 с источником питания 2, торсионный вал 3 с утолщенными окончаниями 4 и, 5, предназначенный для установки между валом электромеханического привода 1 и валом исследуемого объекта 6, две муфты 7 и 8, устанавливаемые на утолщенных окончаниях 4 и 5 торсионного вала 3 и соединяемые соответственно с валами привода 1 и объекта 6, синусно-косинусный потенциометрический преобразователь 9 угла поворота вала, установленный

384932

1 з на утолщенном основании 4 торсионного вала 3, два диамагнитных диска 10 и 11 с закрепленными на периферии кольцами 12 и 13 из намагничивающегося материала, две магнитные головки 14 и 15, стационарно устанавливаемые против колец 12 и 13, импульсный генератор 16 стабилизированной частоты, генератор 17 напряжения стирания, четыре трехпозиционных переключателя 18—

21 записи — воспроизедения, подвижные контакты которых механически соединены между собой, два импульсных усилителя 22 и 23, входы и выходы которых соединены соответственно с одним из подвижных контактов одного из переключателей 18 — 21 записи— воспроизведения, триггер 24, ключевой элемент 25, вход которого соединен с выходом триггера 24, стабилизированный блок 26 питания, стабилизатор 27 зарядного тока, соединенный входом со стабилизированным блоком 26 питания, емкостной накопитель 28, оконечный усилитель 29, вход которого соединен с выходами ключевого элемента 25 и стабилизатора 27 зарядного тока и емкостным накопителем 28, электронно-лучевой индикатор 30 с дополнительным электро: дом 31 радиального отклонения луча, модулятором 32 яркости и пластинами 33 и 34 горизонтального и вертикального отклонения луча, дифференцирующий блок 35, вход которого соединен с выходом оконечного усилителя 29 и дополнительным электродом 31 радиального отклонения луча, инвертирующий усилитель 36 с прямым и инверсным выходами, переключатель 37 режима подсветки на три положения, входы которого соединены с прямым и инверсным выходами инвертирующего усилителя 36, а выход соединен с блоком 38 и модулятором 32 яркости, и согласующие усилители 39 и 40, входы которых соединены с выходами синуснокосинусного потенциометрического преобразователя 9, а выходы соответственно— с пластинами 33 и 34 горизонтального и вертикального отклонения луча электроннолучевого индикатора 30.

Неподвижные контакты первой позиции переключателей 18 и 19 записи †воспроизведения, соединенных с входами импульсных усилителей 22 и 23,а также неподвижные контакты второй и третьей позиций переключателей 20 и 21 записи †воспроизведен, соединенных с выходами импульсных усилителей 22 и 23, соединены соответственно с магнитными головками 14 и 15. Неподвижные контакты второй позиции переключателей 18 и 19 записи †воспроизведен соединены с импульсным генератором 16 стабилизированной частоты, а неподвижные контакты третьей позиции тех же переключателей 18 и 19 соединены с генератором 17 напряжения стирания. Неподвижные контакты первой позиции переключателей 20 и 21 записи — воспроизведения, соединенных с выходами импульсных усилителей 22 и 23, 1 соединены с установочными входo ìè триггера 24.

Устройство для контроля угловых деформаций валов вращающихся объектов работает следующим образом.

Предварительно перед присоединением к устройству (фиг. 1) вала подлежащсго контролю вращающегося объекта 6, когда торсионный вал 3 не нагружен, на кольца 12

10 и 13 диамагнитных дисков 10 и l! с помощью магнитных головок 14 и 15 синхронно наносятся равноинтервальные контрольные метки, для чего переключатели 18 — 21 (фиг. 2) устанавливаются во вторую позицию.

15 Последовательно поворачивая торсионный вал 3 на равные угловые интервалы (в частности, с помощью делительной головки, не показана) с выхода импульсного генератора 16, работающего в режиме внешнего ручного запуска подают единичные им20 пульсы тока параллельно на обе магнитные головки 14 и 15 при каждом фиксированном, угловом положении диамагнитных дискон 10 и 11, посаженных соответственно на утолщенные окончания 4 и 5 торсионного вала 3.

Затем подлежащий исследованию вращающийся объект 6, в качестве которого могут испытываться как различные центрирующие узлы (радиальные и упорные подшипники трения, качения), так и электромеханические преобразовательные агрегаты

З0 и другие пассивные вращающиеся объекты, с помощью муфты 8 присоединяется к торсионному валу 3, связанному через муфту 7 с валом стабилизированного электромеханического привода 1.

Переключатели 18 — 21 переводят в перЗ5 вую позицию и тумблером включают электромеханический привод 1, вращение которого через торсионный вал 3 передается испытуемому объекту 6.

При вращении нагруженного контролируемым объектом 6 торсионного вала 3 воз40 никающие в нем крутильные деформации отражают закон изменения тормозящего момента, воздействующего со стороны вращаемого объекта 6. Неравномерность же распределения в течение периода вращения тормозящего момента, воздействующего со стороны исследуемого объекта 6 на торсионный вал 3, обусловлена наряду с неточностью исполнения и центровки подвижной части объекта также имеющими обычно место дисбалансом и неравномерностью момента

5 трения, связанной с нарушением сопряжения между взаимно контактирующими элементами и узлами вращающегося об.ьекта.

В соответствии с изменениями угловых деформаций торсионного вала 3 в процессе

gg его динамического нагружения врацьающимся объектом 6 будут взаимно смещаться по фазе диамагнитные диски l0 и 1 с прикрепленными к ним кольцами 12 и 13. При

1384932

45 и 15 ЭДС после прохождения соответственно через импульсные усилители 22 и 23 преобразуются в две последовательности кратковременных импульсных сигналов, раздельно поступающих соответственно на установочные входы триггера 24, один из выходов которого связан с входом управляемого ключевого элемента 25.

Емкостный накопитель 28, связанный через стабилизатор 27 зарядного тока со стабилизированным блоком 26 питания устройства, при открытом состоянии управляемого ключевого элемента 25 не имеет практически никакого потенциала ввиду шунтирующего действия на накопитель 28 низкоомного проходного сопротивления открытого ключевого элемента 25, полностью нейтрализующего действие на накопитель 28 относительно маломощной зарядной цепи, содержащей стабилизатор 27 зарядного тока.

55 этом диамагнитный диск 11 будет отставать по фазе от диамагнитного диска 10 на динамически изменяющийся угол, в то время как скорость вращения диамагнитного диска 10 при любых фазовых девиациях диамагнитного диска 11 будет оставаться постоянной, однозначно определяясь постоянной угловой скоростью вращения стабилизированного привода 1.

Синфазные равноинтервальные метки, предварительно нанесенные на кольца 12 и 13 из немагничивающегося материала при ненагруженном торсионном вале 3, в процессе динамического нагружения этого вала исследуемым вращающимся объектом 6 будут взаимно смещаться по фазе на различные углы, отвечающие мгновенным значениям тормозящего усилия, воздействующего в различных фазах вращения от исследуемого объекта 6 на торсионный вал 3.

Считываемые магнитной головкой 14 метки с кольца 12 создают в обмотке головки 14 20 периодическую последовательность импульсных ЭДС со строго постоянным интервалом повторения импульсов, обусловленным как равномерным разнесением контрольных меток на кольце 12, так и стабилизированной угловой скоростью вращения электромеханического привода 1.

В результате считывания магнитной головкой 15 контрольных меток с движущегося с неравномерной скоростью вращения кольца 13 в обмотке головки 15 возбуждается последовательность импульсов, разнесенных на различные временные интервалы один относительно другого и отстающих от соответственно сформированных головкой 14 импульсных сигналов на отрезки времени, соответствующие значениям тормозящего момента, воздействующего от объекта 6 на торсионный вал 3 при различных угловых положениях его ведомого утолщенного окончания 4.

Формируемые магнитными головками 14

При подаче на первый вход триггера 24 кратковременного импульса с выходов импульсного усилителя 22, связанного через переключатель 18 с магнитной головкой 14, функционирующей в режиме считывания, с выхода триггера 24 на вход управляемого ключевого элемента 25 подается запирающее напряжение, которое закрывает этот ключевой элемент 25 и создает условие для плавного линейного нарастания потенциала на накопителе 28 за счет зарядного тока, проходящего через стабилизатор 27 зарядного тока, связанный со стабилизированным блоком 26 питания устройства.

Линейное нарастание потенциала на емкостном накопителе 28 будет продолжаться до прихода на другой вход триггера 24 кратковременного импульса с выхода усилителя 23, связанного через переключатель 19 с магнитной головкой 15, функционирующей в режиме считывания меток с кольца 13.

С приходом кратковременного импульса на другой вход триггера 24 с выхода этого триггера на вход управляемого ключевого элемента 25 поступит потенциал, который откроет ключевой элемент 25 и прервет процесс роста напряжения на накопителе 28, приведя его потенциал к нулю.

Нулевой потенциал на выходе накопителя 28 будет сохраняться до прихода ближайшего импульса с магнитной головки 14 через импульсный усилитель 22 на первый вход триггера 24, когда ключевой элемент 25 закроется и начнется новое нарастание потенциала на накопителе 28 за счет действия стабилизатора 27 зарядного тока.

Таким образом, в течение временного интервала между смежными по следованию импульсами, поступающими с головок 14 и 15 через импульсные усилители 22 и 23 на установочные входы триггера 24, при вращении исследуемого объекта 6 на накопителе 28 формируется линейно нарастающий сигнал, амплитудное значение которого строго пропорционально как величине сдвига фаз между граничными сечениями торсионного вала 3, в плоскости которых расположены диамагнитные диски 10 и 11, так и действующему значению тормозящего момента, создаваемого исследуемым вращающимся объектом 6 для стабилизированного по скорости электромеханического привода 1.

При считывании в процессе проводимых измерений головкой 14 контрольных меток с кольца 12, а головкой 15 — меток с кольца 13, на первый вход триггера 24 будут поступать кратковременные строго периодические импульсы, в то время как на другой вход триггера 24 будут подаваться кратковременные непериодические импульсы, смещенные на различные временные интервалы относительно соответствующих импульсов, поступающих на первый вход триггера 24.

1384932

В результате на емкостном накопителе 28 формируется последовательность линейных пилообразных импульсов, начинающихся через строго равные временные интервалы, имеющих равную крутизну, но различающихся как амплитудными значениями, так и длительностями. Эта последовательность импульсов с накопителя 28 через оконечный усилитель 29 подается на дополнительный электрод 31 радиального отклонения луча электронно-лучевого индикатора 30, а также на дифференцирующий блок 35, с выхода которого преобразованные разнополярные импульсы подаются через инвертирующий усилитель 36 и переключатель 37 режима подсветки на модулятор 32 яркости электронно-лучевого индикатора 30.

С выходов синус-косинусного потенциометрического преобразователя 9 углового

15 положения на входы двух согласующих усилителей 39 и 40 подаются ортогональные гармонические сигналы, которые после расщепления по фазе поступают с симметричных выходов усилителей 39 и 40 соответственно на пары отклоняющих пластин 33 и 34 электронно-лучевого индикатора 30.

Воздействие с симметричных выходов согласующих усилителей 39 и 40 на отклоняющие пластины ЗЗ и 34 электронно-лучевого индикатора 30 двух ортогональных гармонических сигналов, обусловливающих круговую составляющую движения луча индикатора, строго синфазную с вращением 30 ведомого окончания 4 торсионного вала 3, в сочетании с одновременным воздействием на дополнительный электрод 31 электроннолучевого индикатора 30 совокупности пилообразных импульсов, характеризуемых строго фиксированным равноинтервальным временным разносом их начала и равной крутизной нарастания при пропорционально изменяющихся с девиацией угла скручивания вала амплитудных значениях и длительности этих импульсов, обеспечивают воспроизведение на экране электронно-лучевого индикатора 30 полярных диаграмм, частный вид одной из которых для случая контроля вращающегося объекта с ярко выраженной девиацией тормозящего момента представлен на фиг. 3. 45

Огибающая 6 зубчатой розетки кривой D, составленной начинающимися через равные угловые интервалы а линейно нарастающими импульсами Rl> R2> ..., Rn> высоты и длительности которых пропорциональны значениям угла скручивания торсионного вала 3 50 в различных фазах его вращения, отра)кает характер неравномерности распределения во времени и по фазам вращения (на протяжении каждого оборота) момента торможения, воздействующего со стороны исследуемого вращающегося объекта 6 (фиг. 1) 55 на стабилизированный электромеханический привод 1 контрольного устройства.

При этом огибающая 6, проходящая через вершины формируемой устройством зубчатой розетки D, оперативно воспроизводит в максимально наглядной и технологически удобной для визуального контроля аналоговой форме зависимость мгновенного значения тормозящего момента (момента трения) контролируемого узла как функции двух аргументов — временного параметра (t) и фазового положения (а) исследуемого вращающегося объекта: М =

=F(a, t).

То обстоятельство, что подвижная (роторная) часть синус-косинусного преобразователя 9 закреплена на том же утолщенном (ведомом) окончании 4 торсионного вала 3, что и диамагнитный диск 10 с кольцом 12, обусловливает стабильную фиксацию исходных точек углового отсчета всех полярных диаграмм, графически воспроизводящих на экране электронно-лучевого индикатора 30 характер девиации во времени и по фазам вращения тормозящего момента, прилагаемого со стороны обследуемого вращающегося объекта через торсионный вал 3 к стабилизированному электромеханическому приводу 1.

В зависимости от положения переключателя 37 режима подсветки, связывающего дифференцирующий блок 35 через инвертирующий усилитель 36 с модулятором 32 яркости электронно-лучевого индикатора 30, на воспроизводимой устройством индикаторной диаграмме (фиг. 3) могут быть раздельно подчеркнуты линейно восходящие, имеющие равную крутизну, части (передние фронты импульсов) зубчатой розетки D, радиально падающие части зубьев этой розетки, а также может быть обеспечено равномерное свечение всех элементов зубчатой кривой, внешняя огибающая (6) которой воспроизводит закономерность распределения тормозящего момента (момента трения) исследуемого объекта 6 в течение периода его вра щения.

В соответствии с этим для каждого случая проводимых испытаний обеспечиваются наиболее оптимальные условия визуальнографического воспроизведения и фоторегистрации индикаторных диаграмм, отражающих качество изготовления, степень точности центровки, балансировки и поверхностной обработки сопрягающихся элементов вращающихся механизмов и узлов.

Холостой режим работы устройства, когда привод вращает ненагруженный торсионный вал 3, используется для предварительной настройки контрольной системы, при которой наряду с центровкой круговой диаграммы путем совмещения ее центра с центром накладной радиально-круговой прозрачной шкалы, надеваемой на экран электроннолучевого индикатора устройства, производится соответствующая установка коэффи1384932

1О циентов передачи по напряжению согласующих усилителей 39 и 40 для корректировки формы исходной (установочной) диаграммы и вписание ее в окружность соответствующего радиуса на накладной радиально-круговой прозрачной шкале электронно-лучево го индикатора 30 (не показан).

Разрешающая способность и дискретность воспроизведения индикаторными диаграммами по фиг. 3 закономерностей девиации величины момента трения за период вращения у исследуемых объектов различного типа могут в широких пределах изменяться путем варьирования угловой дистанции между контрольными метками, нанесенными на оба кольца 12 и 13.

Устройство позволяет повысить точность центровки, балансировки и окончательной доводки подвижных элементов вращающихся объектов, что обусловило возможность значительного увеличения эксплуатационного ресурса и КПД этих объектов при существенном сокращении их аварийности (на 30—

35О;).

Расширенные функциональные и оперативно-технические возможности графического исследования устройством характеристик распределения по фазам вращения и во времени крутящего момента активных и тормозящего момента пассивных вращающихся объектов могут оказаться полезными на моторостроительных предприятиях, в производственных объединениях по выпуску специальных видов подшипников, электромеханических преобразовательных установок и других вращающихся объектов.

Формула изобретения

Устройство для контроля угловых деформаций валов вращающихся объектов, содержащее два диамагнитных диска с закрепленными на периферии кольцами из намагничивающего материала, предназначенные для установки на вал, две магнитные головки стационарно устанавливаемые против колец, стабилизированный блок питания, триггер, дифференцирующий блок, инвертирующий усилитель с прямым и инверсным выходами, вход которого соединен с выходом дифференцирующего блока, электронно-лучевой индикатор с модулятором яркости и пластинами горизонтального и вертикального отклонения луча, и два согласующих усилителя, выходы которых соединены соответственно с пластинами горизонтального и вертикального отклонения луча, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства для исследования временной и фазовой неравномерности деформаций валов с оперативным отображением результатов контроля, оно снабжено стабилизированным по частоте вращения электромеханическим приводом с источником питания, торсионным валом с утолщенными окончаниями, предназначенным для установки между валом электромеханического привода и валом исследуемого вращающегося объекта, двумя муфтами, устанавливаемыми на утолщенных окончаниях торсионного вала и соединяемыми соответст10 венно с валами привода и объекта синуснокосинусным потенциометрическим преобразователем угла поворота вала, установленным на утолщенном окончании торсионного вала, обращенном к приводу, и соединенным своими выходами .соответственно с входами согласующих усилителей, двумя импульсными усилителями с трехпозиционными переключателями записи — воспроизведения на входе и выходе каждого усилителя, импульсным генератором стабилизированной часто20 ты, генератором напряжения стирания, ключевым элементом, вход которого соединен с выходом триггера, стабилизатором зарядного тока, соединенным своим входом со стабилизированным блоком питания, емкостным накопителем, вход которого соединен

2 с выходами ключевого элемента и стабилизатора зарядного тока, оконечным усилителем, вход которого соединен с выходом ключевого элемента, а выход — с входом дифференцирующего блока, переключателем режима подсветки, входы которого соединены с выходами инвертирующего усилителя, и резистивно-емкостным делителем, входы которого соединены соответственно с блоком литания и общим выходом переключателя режима подсветки, а выход — с модулятором яркости электронно-лучевого индикатора, электронно-лучевой индикатор выполнен с дополнительным электродом радиального отклонения луча, соединенным с выходом оконечного усилителя, подвижные контакты всех четырех переключателей записи — вос40 произведения механически соединены между собой, неподвижные контакты первой позиции переключателей на входах импульсных усилителей соединены соответственно с магнитными головками, а переключателей на

5 выходах импульсных усилителей — с входами триггера, неподвижные контакты второй и третьей позиции каждого переключателя на входе импульсного усилителя соединены соответственно с импульсным генератором и генератором стирающего напряжения, 50 те же контакты каждого переключателя на выходе импульсного усилителя соединены между собой и подключены к соответствующей магнитной головке, а диамагнитные диски установлены на утолщенных основаниях торсионного вала.

1384932

Составитель Н. Тимошенко

Редактор О. Спесивых Техред И. Верес Корректор М. Максимишннец

Заказ 1119/36 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4