Способ определения радиального зазора в подшипнике качения

 

Изобретение относится к технической диагностике машин и механизмов, в частности к способам выявления износа подшипников (П), установленных на валах машин, в том числе и П шпиндельных узлов металлорежущих станков. Цель изобретения - сокращение трудоемкости и повышение качества контроля технического состояния П за счет выявления зазоров без демонтажа П. Устанавливают неуравновешенную массу , центробежная сила от которой по модулю больше радиальной статической силы, действующей на вал. Вращают вал с заданной постоянной скоростью и измеряют радиальное смещение вала относительно Изобретение относится к технической диагностике машин и механизмов, в частности к способам выявления износа подшипников , установленных на валах машины, в том числе и подшипников шпиндельных узлов металлорежущих станков. Известен способ определения радиального зазора в подшипнике машины, заключающийся в том, что о величине зазора судят по результатам контроля линейной вибрации , измеренной на корпусе подшипниковой опоры. фиксированной точки неподвижного кольца в момент совпадения направления равнодействующей статической и центробежной силы с радиальным направлением нефиксированную точку. После этого останавливают вал, перемещают неуравновешенную массу на угол, при котором в момент измерения равнодействующая статической и центробежной сил направлена диаметрально противоположно радиальному направлению на фиксированную точку, вращают вал с заданной постоянной скоростью и измеряют его радиальное смещение относительно фиксированной точки. По разности смещений определяют величину радиального зазора. Кроме того, для выявления дефектов беговых дорожек последовательно заданной дискретностью изменяют соответственно угловое положение места измерения радиального смещения вала или начальную форму дисбаланса в диапазоне от 0 до 180° и по закону изменения величины зазора в функции угла места измерения или начальной фазы дисбаланса судят о погрешностях беговых дорожек П. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. Известен способ определения радиального зазора в подшипнике качения, заключающийся в том, что на неподвижном валу устройства закрепляют внутреннее кольцо и сепаратор подшипника, а к его подвижному наружному кольцу прикладывают постоянную по величине и переменную по направлению радиальную силу и измеряют угловое смещение наружного кольца относительно внутреннего, по которому судят о величине зазора в подшипнике. Недостатки способа заключаются в том, что он, во-первых, не позволяет выявлять У fe Vj Ч 00 J g о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,, Ж,„1723479 А1 (51)5 G 01 M 13/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к технической . - Известен способ определения радиальдиагностике машин и механизмов, в частно- ного зазора в подшипнике качения, заклюсти к способам выявления износа подшип- чающийся в том, что на неподвижном валу ников, установленных на валах машины, в устройствазакрепляютвнутреннеекольцои том числе и подшипников шпиндельйых уз- . сепаратор подшипника, а к его подвижному лов металлорежущих станков. наружному кольцу прикладывает постоянную по величине и переменную по направИзвестен способ определения радиаль- - лению радиальную силу и измеряют угловое ного зазора в подшипнике машины. заклю- смещение наружного кольца относительно чающийся в том, что о величине зазора судят внутреннего, по которому судят о величине по результатам контроля линейной вибра- зазора в подшипнике. ции, измеренной на корпусе подшипнико- . Недостатки способа заключаются етом, вой опоры. что он, во-первых, не-позволяет выявлять (21) 4680685/27 (22) 16.01.89 (46) 30.03.92. Бюл. hh 12 (71) Научно-производственное объединение

"Индикатор" (72) В.Д.Фельдман (53) 658.562.012.7(088 8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1051404, кл. G 01 М.13/04, 1983. (54) СПОСОБ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА В ПОДШИПНИКЕ КАЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к технической диагностике машин и механизмов; в частности к способам выявления износа подшипников (П), установленных на валах машин, в том числе и П шпиндельных узлов. металлорежущих станков.. Цель изобретения — сокращение трудоемкости и повышение качества контроля технического состояния . П за счет выявления зазоров без демонтажа

П. Устанавливают неуравновешенную массу, центробежная сила от которой по модулю больше радиальной статической силы, действующей на вал. Вращают вал с заданной постоянной скоростью и измеряют радиальное смещение вала относительно

2 фиксированной точки неподвижного кольца в момент совпадения направления равнодействующей статической и центробежной силы с радиальным направлением на фикси. рованную точку. После этого останавливают вал, перемещают неуравновешенную массу на угол, при котором в момент измерения равнодействующая статической и центробежной сил направлена. диаметрально противоположно радиальному направлению на фиксированную точку. вращают вал с заданной постоянной скоростью и измеряют его радиальное смещение относительно фиксированной точки. По разности смещений определяют величину радиального зазора.

Кроме того, для выявления дефектов беговых дорожек последовательно заданной дискретностью изменяют соответственно угловое положение места. измерения радиального смещения Вала или начальную формудисбаланса в диапазоне от Одо180 и по закону изменения величины зазора в функции угла места измерения или начальной фазы дисбаланса судят о погрешностях беговых дорожек П. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1723479

10 зазор в подшипнике непосредСтвенно на месте его установки в машине, так как для своей реализации требует демонтажа подшипника и установку его в специальное устройство, обеспечивающее возможность фиксации от поворота внутреннего кольца и сепаратора подшипника и нагружения наружного кольца постоянной по величине и переменной по направлению радиальной силой, а во-вторых, дает только интегральную оценку величины зазора и не позволяет дифференцировать влияние на величину зазора погрешностей внутреннего и наружного колец подшипника, Цель изобретения — сокращение трудоемкости и повышение качества контроля за счет выявления зазора без демонтажа подшипника с места его установки в изделии и диагностирования дефектов беговых дорожек.

Поставленная цель достигается тем, что определяют величину радиальной статической силы, действующей в плоскости подшипника, устанавливают на валу неуравновешенную массу, центробежная сила от которой по модулю больше радиальной статической силы при вращении вала, вращают вал с заданной постоянной скоростью, измеряют радиальное смещение вала относительно фиксированной точки неподвижного кольца в момент совпадения направления равнодействующей статической и центробежной сил с радиальным направлением на фиксированную точку, останавливают вал, перемещают неуравновешенную массу на угол, при котором равнодействующая статической и центробежной сил направлена диаметрально противоположно радиальному направлению на фиксированную точку, вращают вал с заданной постоянной скоростью, измеряют радиальное смещение вала относительно фиксированной точки и по разности смещений определяют величину радиального зазора, а также тем, что, с целью выявления переменной составляющей зазора, вызванной погрешностью беговой дорожки подвижного кольца, последовательно с заданной дискретностью в диапазоне от О до

180 изменяют угловое положение неуравновешенной массы, для каждого углового положения определяют величину зазора и по изменению величины зазора в функции угла положения неуравновешенной массы определяют переменную составляющую зазора, зависящую от качества беговой дорожки подвижного кольца, а также тем, что, с целью выявления переменной составляющей зазора, связанной с погрешностью беговой дорожки неподвижного кольца, 15

5 последовательно с заданной дискретностью в диапазоне от 0 до 180 выбирают фиксированные точки неподвижного кольца подшипника, в которых определяют величину зазора и по изменению величины зазора в функции углового положения фиксированной точки определяют переменную составляющую зазора, зависящую от качества беговой дорожки неподвижного кольца.

На фиг.1 приведена схема устройства для реализации способа; на фиг.2 и 3 — схемы, характеризующие относительное положение подвижного и неподвижного колец подшипника соответственно на первом и втором этапах измерения; на фиг.4 — кривые, соответственно характеризующие законы изменения радиального смещения вала 8 в функции поворота вала на первом (кривая I) и втором (кривая II) этапах измерения; на фиг,5 — график изменения зазора в подшипнике в функции угла между неуравновешенной массой и меткой опорного сигнала; на фиг.6 — график изменения зазора в подшинике в функции угла между направлением измерения и вектором статической силы.

Устройство (фиг.1) содержит датчик 1 линейного перемещения и датчик 2 опорного сигнала, подключенные к соответствующим входам регистрирующего устройства 3. неуравновешенную массу 4 и метку 5 опор-. ного сигнала.

Датчики 1 и,2 жестко закреплены на неподвижном корпусе 6 машины, в котором жестко закреплено неподвижное кольцо 7 контролируемого подшипника, и ориентированы по нормали к поверхности вала 8, на котором жестко закреплено подвижное кольцо 9 подшипника, Плоскость установки датчиков по возможности приближена к плоскости подшипника.

Угол а между вектором действующей на вал статической силы P (обычно силы веса) и направлением измерения радиального смещения вага характеризует место установки датчика 1.

Угол t между вектором статической силы P и датчиком 2 опорного сигнала характеризует место установки датчика опорного сигнала.

Неуравновешенная масса 4 закреплена на валу 8 с известным эксцентриситетом. На том же валу установлена метка 5 опорного сигнала, Взаимное положение неуравновешенной массы 4 и метки 5 характеризуется углом у.

Способ осуществляют следующим образом..1723479

Расчетным путем определяют величину Величина угла О зависит от соотношерадиальной статической силы Р, возникаю- ния абсолютных величин сил Г и Р, а также щей в плоскости контролируемого подшип- от величины угла а и определяется (фиг.2) ника под действием силы веса вала 8. исходя из теоремы синусов по формуле

На валу 8 с известным эксцентрисите- 5 „ Р, том устанавливают неуравновешенную.мас- (Р (2) су 4, величину которой выбирают такой. Радиальное смещение цилиндрической чтобы возникающая в подшипнике при вра- . поверхности вала 8, измеренное. в момент щении вала с известной скоростью постоян- его поворота на угол р(фиг.2), характеризуная по величине и переменная по t0 ется зазором b> между измерительным эленаправлению составляющая силы дисба- ментом датчика 1 и точкой цилиндрической ланса F превышала йо модулю величину си-- поверхности вала С, лежащей в плоскости, лы P. Приводят вал во вращение. проходящей через сечениес —.d. На практике

Под действием силы R, являющейся величина зазора определяется по графику равнодействующей сил P и F, подвижное 1.5 на фиг.4. кольцо 9 подшипника, вращающееся sMe- далее производят остановку вала 8 и, сте с валом 8, смещено в зазоре и все время . сохраняя неизменным эксцентриситет, пеприжато (через тела качения) к наружному ремещают неуравновешенную массу 4 отнокольцу. подшипника одной стороной. При- сительно. исходного положения на угол фи чем точка подвижного кольца 9, в которой 20 вновь закрепляют ее на валу 8. Величину осуществляется контакт с неподвижным угла перемещения неуравновешенной маскольцом 7, лежит на линии действия силы R. сы Р определяют по формуле

С помощью датчика 1 в плоскости, про-. о . p ходящей через диаметральное сечение а-Ь 180 arcsln (F неподвижного кольца 7(фиг.2), контролиру- 25 После этого вновь приводят вал 8 во ют радиальное смещение цилиндрической вращение с первоначальной. скоростью и поверхности вала 8. Датчик 2 опорного сиг- повторно определяют величину радиальнонала в момент прохождения мимо него мет- го смещения цилиндрической поверхности ки 5. формирует опорный сигнал, вала 8 в момент его поворота на угол относительно которого осуществляется от-. 30 у(фиг..3), счет углового поворота вала 8. В этот момент сечение -d подвижного

Сигнал датчика 1 поступает на измери- кольца так же, как и в первом случае, совпательный вход регистрирующего устройства . дает с сечением а-Ь неподвижного кольца, 3, а опорный сигнал датчика 2 — на вход а контакт между кольцами(через сепаратор) отметчика того же устройства, Это позволя- 35 осуществляется в точках d и b, так как равет регистрировать радиальное смеЩение нодействующая сила R имеет направление, цилиндрической поверхности вала 8 в фун- противоположное тому, которое имела на кции угла поворота вала (фиг.4, кривая I) угле поворота вала rp на первом этапе измеИз всей совокупности мгновенных зна-, рения. Радиальное смещение цилиндричечений радиального смещения вала, эареги- 40 ской поверхности вала 8 в этом случае стрированных на кривой 1, используют. характеризуется зазоромдцмеждуизмеритолько одно, которое определяют в момент, тельным элементом датчика 1 и точкой ци. когда вектор равнодействующейсилыпопа- линдрической поверхности С и дает в плоскость измерения датчика 1 ли- определяется графически на фиг.4. нейного перемещения. В этот. момент 45 Таким образом, на обоих этапах измесечение с-d подвижного кольца 9 совпадает .. рения радиальное смещение цилиндричес лежащим в плоскости измерения датчика ской поверхности вала 8 измеряют

1 сечением а-Ь неподвижного кольца 7. а относительно одной и той же точки поверхточка с подвижного кольца контактирует че-. ности вала. рез тела качения с точкой а неподвижного 50.: В результате погрешность цилиндричекольца. Указанныймоментхарактеризуется . ской поверхности вала 8, относительно коуглом поворота.p вала 8. - . торой производят измерения, не влияет на

Отсчет угла р начинают от момента точность определения величины: зазора в прохождения метки 5 относительно датчика: подшипнике, а сам зазор, обозначенный на опорного сигнала 2, а его величину опреде- 55 фиг.4 символом h, определяют как модуль ляют расчетным путем по формуле разности результатов обоих измерений. (>) . С целью выявления переменной составгде д-угол между вектором силы дисбалан- ляющей зазора, связанной с погрешностью са Ри равнодействующей силы R. изготовления или износом подвижного

1723479

35

50 кольца 9 подшипника, последовательно с заданной дискретностью путем. перестановки неуравновешенной массы 4 изменяют угол у между неуравновешенной массой 4 и меткой 5 от О до 180О. При этом для каждого нового положения неуравновешенной массы выполняют оба рассмотренных выше этапа измерения и по совокупности всех измерений определяют закон изменения зазора в функции изменения угла у(фиг.5).

Переменная составляющая зазора в этом случае будет характеризовать погрешность подвижного кольца подшипника Ьл.

С целью выявления переменной составляющей зазора, связанной с погрешностью изготовления или износом неподвижного кольца 7, последовательно с заданной дискретностью путем перемещения датчика 1 изменяют угол а между направлением изменения радиального смещения и вектором статической силы P от 0 до 180О. При этом для каждого нового положения датчика 1 выполняют оба рассмотренных выше этапа измерения и по совокупности всех измере. ний определяют закон изменения зазора в функции изменения угла й. ПереМенная составляющая зазора (фиг.6) в этом случае будет характеризовать погрешность неподвижного кольца подшипника Ьн,. . Способ опробовался при контроле радиального зазора подшипника %3182120, установленного на шпинделе токарного станка мод. 16К20Т1. При этом в качестве. датчика линейного перемещения использовался вихретоковый датчик типа $Ч101 фирмы "Шенк" (Ясйеп3с), ФРГ, а в качестве датчика опорного сигнала — фотоэлектрический датчик типа Р67 той же формы. Оба датчика закреплялись на шпиндельной бабке станка, В качестве регистрирующего устройства использовался временной самописец мод Н3031, имеющий измерительный вход и вход отметчика для подключения датчика опорного сигнала.

Неуравновешенная масса m = 0,35 кг закреплялась на фланце шпинделя, там же .устанавливалась и метка опорного сигнала.

При вращении шпинделя со скоростью

2000 об/мин сила дисбаланса F, создаваемая в плоскости подшипника неуравновешенной массой m, составляла 837 H u превышала по модулю величину статической силы Р = 635 Н.

С помощью самописца регистрировалось радиальное смещение шпинделя в функции угла поворота вала на первом и втором этапах измерения (фиг.4).

Величина радиального смещения Л1, определенная на первом этапе измерения по кривой! фиг.4 при угле поворота вала у

=69 . равна 12 мкм. Перед выполнением второго mana измерения неуравновешенная масса перемещена относительно первоначального положения на угол Р= 58О. Величина радиального смещения hz. определенная на втором этапе измерения по кривой И фиг,4 при угле поворота вала у 69, равна 20 мкм. В результате величина зазора в подшипнике,. определяемая как разность результатов измерений на первом и втором этапах, равна 8 мкм. Величина переменной составляющей зазора Ь, связанная с дефектами подвижного кольца подшипника (фиг.4); равна 1,5 мкм. Величина переменной составляющей зазора Ьн, связанная с дефектами неподвижного кольца (фиг.5), равна 3 мкм.

Предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает воэможность определения радиального зазора непосредственно на месте установки подшипника в машине и не требует для своей реализации применения специального нагружающего устройства. В результате значительно сокращается трудоемкость работ и время простоя машины при диагностировании зазора.

Способ обеспечивает также возможность дифференциации дефектов внутреннего и наружного колец подшипника, влияющих на формирование зазора.

Формула изобретения

1. Способ определения радиального зазора в подшипнике качения, эаключающийся в том, что подвижное кольцо подшипника, установленного на валу с горизонтальным расположением оси вращения, нагружают постоянной по величине и переменной по направлению радиальной силой и измеряют параметр подшипника. зависящий от радиального зазора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сокращения трудоемкости и повышения качества контроля за счет выявления зазора без демонтажа подшипника с места его установки в изделии и диагностирования дефектов беговых дорожек, определяют величину радиальной статической силы,.действующей в плоскости подшипника, устанавливают на валу неуравновешенную массу, центробежная сила от которой по модулю больше радиальной статической силы при вращении вала, вра цают вал с заданной постоянной скоростью, измеряют радиальное смещение вала относительно фиксированной точки неподвижного кольца в момент совпадения направления равнодействующей статической и центробежной сил с ра10

1723479

Фиг. f диальным направлением на фиксированную точку, останавливают вал, перемещают неуравновешенную массу на угол, при котором равнодействующая статической и центробежной сил направлена диаметрально противоположно радиальному направлению на фиксированную точку, вращают вал с заданной постоянной скоростью, измеряют радиальное смещение вала относительно фиксированной точки и по разности смещений определяют величину радиального зазора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что; с целью выявления переменной составляющей зазора, вызванной погрешностью беговой дорожки подвижного «ольца, последовательно с заданной дискретностью в .диапазоне от 0 до 180 изменяют угловое положение неуравновешенной массы, для каждого углового положения определяют величину зазора и поизменению величины зазора в функции угла положения неуравновешенной массы определяют переменную составляющую зазора, 5 зависящую от качества беговой дорожки подвижного кольца.

3. Способ по п.1, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью выявления переменной составляющей зазора, связанной с погреш10 ность о беговой дорожки неподвижного кольца. последовательно с заданной дискретностью вдиапазонеотОдо180 выбирают фиксированные точки. неподвижного кольца подшипника, в которых определяют

15 величину зазора и по изменению величины зазора в функции углового положения фиксированной .точки определяют переменную составляющую зазора. зависящую от каче-. ства беговой дорожки неподвижного коль20 ца.

1723479

1723479

1723а79

Ь|,й„мкм.Ф

Я ЛО и и о ©

Угол поворота вала

„=45мкМ

Координата места установки неуравновешенной массы

Ю 90 435

Координата места взмеренин зазора

ФИГ. б

Редактор 3. Слиган

Заказ 1060 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

МО

10

М 5

Составитель В, Фельдман

Техред М.Моргентал Корректор Л. Бескид