Способ контроля вязких жидкостей

 

Изобретение относится к способам контроля вязких жидкостей. Цельповьппение точности измерений вяэкос - ти жидкостей. Промывают и смазьгоают шарикоподшипник контролируемой вязкой жидкостью. Вращают с постоянной скоростью ротор с внутренним кольцом шарикоподшипника.Измеряют разность частот одноименных гармонических составляющих спектра вибрации шарикоподшипника частотами, кратными частотам вращения сепаратора относительно вращающегося и неподвижного колец подшипника, и по отношению измеренной разности частот к частоте вращения подшипника определяют вязкость жидкости . 1 ИЛ-. Q S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (51) 4 G 01 N 11/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТИЙ (21) 4173682/24-25 (22) 04.01.87 (46) 23.06.88.Бюл. Ф 23 (72) Г.В.Дорофеев, И.С.Камалов, 3.Я.Ефимова, О.Н.Перова

И.А.Баранов (53) 532.137 (088.8) (56) Определение вязкости вискореметром РЭ-36. ГОСТ 2699-69.

Авторское свидетельство СССР

Р 365612, кл. G 01 M 13/04, 1967. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВЯЗКИХ )1(ИДКОСТЕЙ (57) Изобретение относится к способам контроля вязких жидкостей. Цельповышение точности измерений вязкости жидкостей. Промывают и смазывают шарикоподшипник контролируемой вязкой жидкостью. Вращают с постоянной скоростью ротор с внутренним кольцом шарикоподшипника. Измеряют разность частот одноименных гармонических составляющих спектра вибрации шарикоподшипника частотами, кратными частотам вращения сепаратора относительно вращающегося и неподвижного колец подшипника, и по отношению измеренной разности частот к частоте вращения подшипника определяют вязкость жидкости. 1 ил;

1404899

Изобретение относится к реологичес-! ким измерениям и может быть использовано; для контроля вязкости жидкостей.

Целью изобретения является повьппение точности измерения вязкости жидкости.

На чертеже изображено устройство. реализующее предлагаемый способ. 10

Устройство содержит шарикоподшипник 1, подпятник 2, ось 3 ротора, гаэодинамический подшипник с пятой 4 и подпятником 5, закрепленным в корпусе 6, упор 7, плоские пружины 8, 15 груз 9 и 10, гайки 11 и 12, статор

13 электродвигателя, вибродатчик 14, анализатор 15 частот, генератор 1 6 звуковой частоты и частотомер 17.

Способ осуществляется следующим 20 образом.

Шарикоподшипник l, выбранный в качестве чувствительного элемента, промывают и смазывают контролируемой вязкой жидкостью в количестве 2-3 25 объемов шарика. Монтируют шарикоподшипник 1, подпятник 2 и на ось 3 ротора, нижней опорой которого служит гаэодинамический сферический подшипник с пятой 4 и подпятником 5, зак- 30 репленным в корпусе 6. Верхней опорой ротора служит шарикоподшипник 1, подпятник 2 которого фиксируется в корпусе 6 упором 7, плоскими пружина-. ми 8, грузом 1О и гайками 11 и 12.

Упор 7, пружины 8, груз 9 с индикатором 10 и гайками 11 и 12 представляют собой динамометр для создания осевой нагрузки на шарикоподшипник

1. Перемещая гайками 11 и 12 груз 9, 40 по индикатору 10, тарированному в единицах нагрузки (l мкм соответствует нагрузке 100 г), создают постоянную осеву;. нагрузку на шарикоподшипник l и подают напряжение питания на статор 13 электродвигателя, который приводит во вращение с постоянной частотой ротор с внутренним кольцом радиально-упорного шарикоподшипника

1, нагруженного постоянной нагрузкой.

Вибрацию шарикоподшипника измеряют с помощью вибродатчика 14. Сигнал с вибродатчика 14 подают на анализатор 15 частот, с помощью которого измеряют разность частот одноименных гармонических составляющих спектра вибрации шарикоподшипника 1 с частотами, кратными частотам вращения сепаратора относительно вращающегося и где

36 и и (2 в + 3(в ) в

36Т и

К (2 н + 3(н) 7н вязкость жидкости; ю и --- (--- — — --) и =* — — (— -" — -). в . 2 г r, сн 2 r r„

1 1 совР— — -(—— ) в в 2 r Râ

В н

1 cos

1н 2 радиус шарика подшипника; радиусы кривизны желобов внутреннего и наружного колец; угол контакта, радиусы внутренней поверхности желоба наружного кольца и наружной поверхности желоба внутреннего кольца; — скорость продольного передвижения точки касания при качении шарика по наружному и внутреннему кольцам.

При неподвижном наружном цеV.=K í и

1 при неподвижном внутреннем

Кчв и !

r—

Гв 9Г„Rü Rè

Кн Кв

Ун 60 (R„- r cosp/cosp

Rhi Rn

У,в 60 (R + z сов(З) соиЯ

n — число оборотов вращающегося кольца; неподвижного колец шарикоподшипника 1 и по отношению измеренной разности частот к частоте вращения подшипника определяют вязкость жидкости.

При вращении подшипника 1 между шариками и кольцами возникает гидродинамическая пленка испытуемой жидкости, толщина которой в точках контакта шариков с кольцами соответственно для внутреннего h и наружного

h колец равна

2 2

h К вЂ” — h К-- — p (1) е sN2 н нд*

1404899

D,+ d cosP

f о

2D в о

Roc

z ° s1пР

П.-d cos P с о сн 20о (7) 1о 2(R R (2) t5

cos — ° (3) + I — Й

Гидродинамическая пгенка жидкости вызывает уменьшение начального радиального зазора 1 подшипника на ве- 20 личину Ь 1, которая с учетом (11 равна (4) 2(®â + пн) 25

Таким образом, формулы () ) (6) и (10) устанавливают связь между .вязкостью 1 жидкости и коэффициентом вязкости жидкости К ; . Для из40 мерения коэффициента достаточно измерить частоты fн, fz> и йсн

I 1

Сигнал с вибродатчика )4 поступает на анализатор 15 частот, с по45 мощью которого производится выделение иэ общего спектра вибрации составляющих с частотами Йв, Йсв, и f Ä..

l \

Для увеличения точности измерения частот применены генератор ) 6 звуко50 вой частоты и частотомер )7.. При использовании генератора и частотомера измерение частот произвоцят следующим образом. Известно ) 6), что если частоты двух гармонических составляющих вибрации отличаются незначительно друг от друга, то возникают периодические изменения амйлитуды суммарной вибрации, которые называются биениями.

N — нагрузка на шарик, при действии осевой нагрузки R г — число шариков в подшипнике.

К основным комплектовочным параметрам, характеризующим радиальноупорные шарикоподшипники, относятся начальный радиальный зазор 1, и начальный угол контакта

Подставин (4) в (2), получим реальный радиальный зазор во вращающемся подшипнике

1о а1- = 2(RH R> d "в "н) (5)

Уменьшение радиального зазора приводит к уменьшению начального угла контакта, на величину а Р . В этом случае реальный угол контакта 5 с учетом (53 и (3 ) определяется соотношением

cos P = cos(f3,— h P) гв+ гв d ЯН Rp d в h<) (6) Гн+ re Д

Иэ (13 и 6) следует, что с увеличением вязкости жидкости происходит уменьшение угла контакта (увеличение cosP) шарикоподшипника. Формула (6) справедлива при условии P †в О.

Спектр вибрации быстровращающегося шарикоподшипника содержит четыре группы гармонических составляющих с частотами, кратными соответственно частоте вращения подшипника, частоте вращения шариков и частотам вращения сепаратора относительно внутреннего и наружного колец (5)

Частоты вращения сепаратора относительно ннутреннего f и наружного

f колец определяются соответствен сн но по формулам (5) rge D0 — диаметр окружности центров шариков; — частота вращения ннутреннев го кольца подшипника.

Соответственно для i-й составляющей спектра вибрации частоты f и f ä,, из (7) ранны l св = fñs i; fcí = fc„

Из (1), (6), (7) и (8) следует, что увеличение вязкости жидкости приводит к увеличению частот f в и уменьшению частот f „, .Разность этих

1 частот 5 f; равна

Ьf = f,— f, = — — if cosP. св; сн, П в о (9) Разность частот Д Г; (9) увеличивается с унеличением вязкости жидкости. Разделив Ьг; (9) на частоту вращения Гв, получим безразмерный коэффициент вязкости жидкости К,, õàðàêтеризующий вязкость жидкостй, изме° ренную ниброаиустическим методом

nf d — cosP. в

1404899

hf = ЬТ+Ьй

» Т 3

Ff - -- — — 3Т + ------ g f (14) 1 Т f

5 4111 1+ТЕ Э ) э э ные погрешности иэмере10 ния;

hT

E) T

Указываемое явление можно использовать для поиска гармонических составляющих и повышения точности измерения А и f „. Поиск составляющих

1Вп осуществляют следующим образом.

В сигнал, несущий информацию о спектре вибрации шарикоподшипника 1, вводится регулируемый заданный сигнал с постоянной амплитудой А и перемен ной частотой f . При сближении частоты f э с частотой гармонической составляющей f возникают периодические биения суммарной амплитуды А. При наличии случайной составляющей такие биения не возникают.

Уточненное значение частоты f я можно получить из зависимости

8х „=Ве (16) 35

1 1

Т

/ай/ f f

1

f = — — +

» э (12) Для получения f „ необходимо задать точное значение f и измерить период биения Т. Для этого анализатор

15 частот настраивают на область частот с предполагаемой гармонической составляющей. Затем, изменяя частоту напряжения Х с генератора 16, в этой 50 области измеряют по анализатору период биений Т, а затем по формуле (12) рассчитывают f»

Рассмотрим инструментальную погрешность измерения f

Применяя разложение функции f» от Т и f> в ряд Тейлора) в первом приближении имеем

1!редположим, что гармоническая составляющая спектра вибрации подшипника имеет амплитуду А „ на частоте

f а какой-то эталонный источник мп соответственно Аэ и f . Если две составляющие с амплитудами Ац„и Аэ имеют разность частот d f f «- f, то суммарная амплитуда вибрации А изменяется следующим образом.

За время Т = ---- амплитуда А

I FfT достигает максимального и минимального значения

Из (11) следует, что

Мшп

3f йо

ып

6Еэ относительные погэ э решности измерения.

Учитывая, что при контроле шарикоподшипников Т >) 1 из (14) имеем э

=- — — +3г

РТ (15)

МП Tiif Э

Из (15) следует, что погрешность измерения 3 и „ уменьшается с увеличением Т и f . Для существующего оборудования 9Т = 5 f . В этом случае, полагая, что Т Х >р 1, из (15) получим

Современные частотомеры в области информационных частот шарикоподшипников позволяют измерять частоту Гэ, с погрешностью 5 f < 0,01%. В этом случае на основании формулы (16) имеем

8 f „0,01%, т.е., например> при fzÄ= 1000 Гц погрешность Sf»= 0,1 Гц. Современные анализаторы частот в этом случае дают погрешность 2- Гц.

Применение предлагаемого способа позволяет для,определения f,„ применять не только анализаторы с широкой полосой пропускания, но и:обычные вольтметры.

Таким образом, предлагаемый способ измерения частот гармонических составляющих спектра вибрации шарикоподшипников не имеет методической погрешности, Инструментальная погрешность значительно меньше соответствующей погрешности .существующих анализаторов.

Формула изобретения

Способ контроля вязких жидкостей, заключающийся в том, что промывают, Составитель В.Крутин

Редактор С.Патрушева Техред А.Кравчук

Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3095/46 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.смазывают контролируемой жидкостью и вращают с постоянной частотой вращения нагруженный постоянной нагрузкой рационально-упорный шарикоподшипник и измеряют его вибрацию, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения вязкости жидкости, измеряют разность частот одноименных гармоничес404899

8 ких составляющих спектра вибрации шарикоподшипника с частотами, кратными частотам вращения сепаратора

5 шарикоподшипника относительно вращающегося и неподвижного колец шарикоподшипника, а вязкоСть определяют по отношению . измеренной разности частот к частоте вращения шарико"

1р подшипника.