Устройство для диагностики подшипников качения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения технического состояния подшипниковых узлов. Цель изобретения - повышение точности диагностики подшипников за счет учетафазовых изменений вибрационного сигнала во времени, а также повышение точности определения предотказного состояния подшипников. Устройство содержит вибропреобразователь с усилителем-корректором и каналы измерения частоты вращения подшипника и частоты вращения сепаратора. Входы каналов связаны с выходом усилителя-корректора, а выходы через интерфейс - с входом микроЭВМ, синтезатора и двух параллельных каналов косинусной и синусной составляющих вибросигнала. Первый канал содержит последовательно соединенные первый перемножитель и первый фильтр нижних частот. Второй канал содержит последовательно соединенные второй перемножитель , второй фильтр нижних частот и второй АЦП. Совокупность этих элементов позволяет осуществлять синхронное детектирование , т.е. определять амплитуду и фазу вибросигнала на каждой информационной частоте. По амплитуде вибросигнала можно с высокой точностью определять дефекты изготовления и сборки подшипника, а по фазе судить об интенсивности локальных дефектов, оценивать интенсивность износа и определять предотказное состояние подшипника . 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 M 13/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4636674/27 (22) 12.01,89 (46) 15.01.91. Бюл. М 2 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) В.А. Голубков, А.А. Кутищев, Л.В. Михайлов, А.В. Робертов, Т.Т. Шарафудинов и С.А. Быстрова (53) 658.562,012.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1326935, кл. G 01 М 13/04, 1987, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ

ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения технического состояния подшипниковых узлов. Цель изобретения — повышение точности диагностики подшипников за счет учета фазовых изменений вибрационного сигнала во времени, а также повышение точности определения предотказного состояния подшипников. Устройство содержит вибропреобразователь с

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения технического состояния подшипниковых узлов.

Цель изобретения — повышение точности диагностики дефектов подшипников за счет учета фазовых изменений вибрационного сигнала во времени, а также повышение точности определения предотказного состояния подшипников.

На чертеже показана схема предложенного устройства.

Устройство содержит вибропреобраэователь 1, устанавливаемый на корпусе объ,. Ы 1620881 А1 усилителем-корректором и каналы измерения частоты вращения подшипника и частоты вращения сепаратора, Входы каналов связаны с выходом усилителя-корректора, а выходы через интерфейс — с входом микроЭВМ, синтезатора и двух параллельных каналов косинусной и синусной составляющих вибросигнала. Первый канал содержит последовательно соединенные первый перемножитель и первый фильтр нижних частот, Второй канал содержит последовательно соединенные второй перемножитель, второй фильтр нижних частот и второй

АЦП. Совокупность этих элементов позволяет осуществлять синхронное детектирование, т.е. определять амплитуду и фазу вибросигнала на каждой информационной частоте. По амплитуде вибросигнала можно с высокой точностью определять дефекты изготовления- и сборки подшипника, а по фазе судить об интенсивности локальных дефектов, оценивать интенсивность износа и определять предотказное состояние подшипника. 1 ил. екта над исследуемым подшипниковым узлом, и подключенный к его выходу усилитель-корректор 2, два канала измерения, первый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра 3 частоты вращения и первого частотомера 4, а второй— из последовательно соединенных фильтра 5 частоты вращения сепаратора и второго частотомера 6, два канала формирования К0; синусной и синусной составляющих, первый из которых включает последовательно соединенные первый перемножйтель 7, первый фильтр 8 нижних частот и первый АЦП 9, а второй канал — последова1620881

10

Ai = тельно соединенные второй перемножитель 10, второй фильтр 11 нижних частот и второй АЦП 12, а также интерфейс 13, микроЭВМ 14, печатающее устройство 15, синтезатор 16 и дисплей 17, Входы фильтров 3 и 5 и вторые входы перемножителей 7 и 10 соединены соответственно с косинусным и синусным выходами синтезатора 16, вход которого подключен к выходу интерфейса

13, первый — четвертый входы которого соединены с выходом АЦП 9, с выходами частотомеров 4, 6 и с выходом АЦП 12 соответственно, а его вход-выход соединен с первым входом-выходом микроЭ ВМ 14, второй вход-выход которой соединен с входомвыходом дисплея, а ее выход соединен с печатающим устройством 15.

Устройство работает следующим образом.

Механические колебания подшипникового узла, появляющиеся, вследствие имеющихся в нем дефектов изготовления и сборки, фиксируются на корпусе объекта вибропреобразователем 1, который преобразует их в пропорциональный электрический сигнал. С усилителя-корректора 2, предназначенного для согласования высокого выходного сопротивления вибропреобразователя с последующими элементами и усиления, сигнал поступает на входы полосовых фильтров 3 и 5, настроенных соответ. ственно на частоту вращения внутреннего кольца подшипника и его сепаратора. Ширина полосы пропускания этих фильтров выбирается в зависимости от возможных отклонений частоты вращения в процессе эксплуатации объекта от своего номинального значения. Выделенные фильтрами 3 и

5 из спектра вибрации частоты вращения внутреннего кольца и сепаратора подшипника измеряются соответственно частотомерами 4 и 6 и величины этих частот в двоично-десятичном коде через второй и третий входы интерфейса 13 поступают в оперативную память микроЭВМ 14. По введенной с дисплея 17 в память микроЭВМ 14 программе производится расчет:

P — угла контакта, равного

p=arccos ((1 -2 — )) . (1) где D< — диаметр окружности, проходящей через центры шариков,"

D> — диаметр шариков; а - частота вращения сепаратора; ав- частота вращения внутреннего кольца подшипника;

4к — ряда информационных частот дефектов наружного кольца, определяемого по зависимости

55 нк= I (Z Р K) (fc fs)VK с (2) где Z — число шариков в шарикоподшипнике (ш/и);

Р— определенный набор целых чисел;

К вЂ” номер гармоники дефекта;

fc — частота вращения сепаратора;

4 — частота вращения внутреннего кольца ш/п;

4к — ряда информационных частот для дефектов внутреннего кольца, определяемого вк=1(- P K) fc+K(fc fs)1, (3)

fpm — ряда информационных частот для дефекта типа разноразмерность шариков, определяемого

fp =Pfg, P(fc-fg) (4)

После расчета К-й информационной частоты для n-ro вида дефекта микроЭВМ 14 пересылает значение рассчитанной информационной частоты в двоично-десятичном коде через интерфейс 13 на вход синтезатора 16, Синтезатор 16 формирует аналоговые косинусоидальный и синусоидальный сигналы данной информационной частоты, которые поступают с соответствующих его выходов на первые входы перемножителей

7 и 10, на вторые входы которых подается сигнал с выхода усилителя-корректора 2. Результаты перемножения электрического сигнала, пропорционального вибрации подшипникового узла, и косинусного и синусного сигналов конкретной информационной частоты проходят через соответствующие фильтры 8 и 11 нижних частот, параметры которых выбираются так, чтобы подавить образовавшиеся в результате перемножения высшие гармоники информационных частот (суммарные, удвоенные и т.д.). Такая обработка информационного вибросигнала, известная под названием "синхронное детектирование", позволяет получить сигнал в комплексной форме. Таким образом, с выхода АЦП 9 считывается мнимая часть В обрабатываемого сигнала, а с выхода АЦП

12 вещественная часть А, По величинам амплитуд гармонических сигналов, полученных в результате перемножения и представляющих собой мнимую и вещественную части сигнала информационной частоты, преобразованных в двоично-десятичную форму АЦП 9 и 12, производится расчет амплитуды Аь составляющей спектра вибрации на данной информационной частоте и текущей фазы р этой составляющей, которые накапливаются за заданный интервал времени.

Формулы для расчета Ai и у :

1620881 о

r„= g G„,А, К где Q весовой коэффициент К-й информациЬнной частоты и-го вида дефекта:

Алк — амплитуда составляющей спектра вибрации на К-й информационной частоте для диагностики и-го вида дефекта, гп — значения дефекта п-го вида (п=1 — 35 дефект наружного кольца, и= 2 — дефект внутреннего кольца и= 3 — разноразмерность шариков).

Затем микроЭВМ 1 . по заданному алгоритму производит оценку наличия и величины локальных дефектов, а также делает вывод о интенсивности износа, которые ха-. рактеризуют момент tn.o выхода подшипника из строя, так как предотказному состоянию соответствует питинговый износ, Для этого анализируются мгновенные значения фаз, записанных в память микроЭ ВМ 14 для каждой информационной частоты. Для подшипника, не обладающего локальными дефектами, изменения фазы сигнала на информационной частоте представляют собой колебательный процесс около некоторого среднего значения фазы.

Среднее значение фазы определяется геометрическим расположением дефекта, проявляющегося на данной информационной частоте относительно измерительного вибропреобразователя и величиной этой информационной частоты (длиной волны).

BL:os

p = arctg

А !и (6)

Аналогично производится обработка вибрационного сигнала на заданном N< числе информационных частот для Nz.видов дефектов, причем после определения амплитуды и фазы сигнала на конкретной информационной частоте происходит снова считывание мгновенных значений частоты вращения внутреннего кольца и сепаратора ш/и, а затем расчет величины следующей подлежащей обработке частоты соответствующего ряда информационных частот.

После получения амплитуд и фаз всех составляющих спектра вибрации для данного вида дефекта на информационных частотах, количество которых равно N>, цикл измерения повторяется Nz раз по количест. ву диагностируемых дефектов, Следовательно„ после Nz циклов измерения в памяти микроЭВМ 14 для каждой информационной частоты существует ряд записанных в памяти амплитуд и фаз. Затем производится усреднение амплитуд и расчет дефектов колец ш/и и разнораэмеренности шариков по формуле

Колебания фазы около среднего значения возникают из-за перемещения подвижных элементов подшипника и зависят от их конструктивных параметров и частоты вращения. Колебания эти, как процесс, носят монотонный периодический характер, Появление локальных дефектов приводит к нарушению монотонности колебательного процесса иэ-за появления скачкообразных изменений фазы, которые проявляются как конечные разрывы процесса. По количеству таких разрывов и их параметрам судят о интенсивности и величине локальных дефектов, Нарушение монотонности для процесса изменения фазы сигнала на информационных частотах дефектов наружного кольца свидетельствует о появлении локальных дефектов в зоне взаимодействия шариков с наружным кольцом.

Таким же образом обнаруживают локальные дефекты в зоне взаимодействия шариков с внутренним кольцом для частот, кратных частоте вращения, а для наружного кольца кратных частоте вращения сепаратора.

Об интенсивности износа судят по скорости Vp изменения среднего значения фазовых,колебаний, которая зависит от скорости изменения геометрических размеров элементов подшипника и, следовательно, расстояния до вибропреобразователя 1.

Резкое увеличение скорости "ухода" среднего значения фазовых колебаний (Vpc момента tn.o) на фоне возрастания интенсивности скачкообразных изменений фазы свидетельствует о предотказном состоянии подшипника, т.е. о питинговом износе.

Наиболее точную диагностику по фазе можно получить, используя самые высокие информационные частоты, так как они обладают малой длиной волны и даже небольшие изменения геометрических параметров подшипника вызывают значительные изменения фазовых колебаний, Таким образом, предложенное устройство позволяет диагностировать подшипниковый узел, находящийся в реальных условиях экслуатации, При определении дефектов изготовления и сборки подшипника учитываются фазовые изменения вибросигнала, что позволяет значительно повысить точность диагностики.

Устройство позволяет определить предоткаэное состояние подшипника,: так как вывод об 3TQM делается по трем наиболее чувствительным к етому состоянию характеристикам вибросигнала, i также позволяет оценивать интенсивность износа рабочих поверхностей подшипника.

1620881

Формула изобретения

Составитель В, Пучинский

Редактор М. Келемеш Техред М.Моргентал Корректор. Т. Палий

Заказ 4240 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Устройство для диагностики подшипников качения, содержащее вибропреобразователь, к выходу которого подключен усилитель-корректор, канал измерения чюстоты вращения, состоящий из фильтра частоты вращения и первого частотомера, канал измерения частоты вращения сепаратора, состоящий из фильтра частоты вращения сепаратора и второго частотомера. и последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), интерфейс, микроЭВМ и печатающее устройство, а также дисплей, причем входы каналов измерения подключены к выходу усилителя-корректора, а их выходы соответственно — к второму и третьему входам интерфейса,. а второй вход-выход микроЗВМ подключен к дисплею, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с,целью повышения точности диагностики дефектов подшипников за счет учета фазовых изменений вибрационного сигнала во времени, а также повышения точности определения предотказного состояния подшипни5 ков, оно снабжено синтезатором и двумя параллельными каналами косинусной и синусной составляющих вибросигнала, первый из которых содержит последовательно соединенные первый перемножи10 тель и первый фильтр нижних частот, а второй канал — последовательно соединенные второй перемножитель, второй фильтр нижних частот и второй АЦП, выход которого подключен к четвертому входу интерфей15 са, при этом вход синтезатора подключен к выходу интерфейса, а косинусный и синусный его выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго, перемножителей, вторые входы которых со20 единены с выходом усилителя-корректора, а выход первого фильтра нижних частот подключен к входу первого АЦП.