Способ виброакустической диагностики подшипников качения

 

Изобретение относится к способам диагностики подшипников качения и подшипниковых узлов, преимущественно буксовых узлов железнодорожного подвижного со- cfaBa, и может быть использовано при техническом обслуживании и ремонте машин, механизмов и транспортных средств. Сущность изобретения: регистрируют сигнал вибрации испытуемого вращающегося нагружённого подшипника, измеряют амплитудный спектр вибрации, выделяют составляющие спектра вибрации элементов подшипника, измеряют диапазон частот выделенных составляющих и сдвиг этих частот и по их величинам судят о состоянии элементов подшипника, затем меняют направление вращения подшипника на противоположное и, сравнивая наибольшие амплитуды составляющих спектра, принадлежащих соответствующим элементам подшипника , с первоначальными значениями, заключают, что дефект расположен в элементе со стороны направления движений подшипника, если при этом сравниваемые амплитуды составляющих больше первоначальных , и со стороны противоположногЬ направления движения, если сравниваемые амплитуды составляющих меньше первоначальных , и по значению результата сравнения оценивают параметры дефекта, 1 табл., 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5LJ„„1787269 А3 (51)5 G 01 М 13/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ ч !

,Ь3 (лЭ

Изобретение относится к диагностике элементов механизма, измеряют диапазон подшипников каченйя и подшипниковых уз- частот выделенных составляющих и по его лов, преимущественно буксовых узлов же- величине судят о состоянии подшипнйков. лезнодорожного подвижного состава, и Однако известный способ не позволяет может быть использовано при техническом производить диагностику с локализацией обслужйвайии и ремонте машин, механиз- дефектов в собранном подшипнике, так как

-мов и транспортных средств. " спектр-вибрации подшипников представляИзвестен способ диагностики подшип-:: ет собой высокочастотные-модулированные ников качения, по которому измеряют амп- сигналы с большим числом гармоник и сублитудный спектр вибрации механизма с гармойик,что атрудняетосущвствлять.койдиагностируемыми подшйпниками, выделя- троль технйческого.состояния подшипника ют составляющие спектра вибрации под- по величине измеренного диапазона частот шип ников, не совпадающие с . выделенных составляющих и определять составляющими спектра вибрации других . место дефекта и его величину. Указанные. (21) 4836888/08 (22) 11.06.90 (46) 07.01.93. Бюл. № 1 (71) Омский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) А,А.Богданов, P.À.Axìåäæàíoâ и

О.Б. Потейко (73) Омский ийститут инженеров железнодорожного транспортэ (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 890110, кл. С 01 М 13/04, 1981. (54) СПОСОБ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к способам диагностики подшипников качения и подшипниковых узлов, преимущественно буксовых узйов железнодорожного подвижного состава, и может быть использовано при техническом обслуживании и ремонте машин, механизмов и транспортйых средств. Сущность изобретения: регистрируют сигнал вибрации испытуемого вращающегося нагруженного подшипника, измеряют амплитудный спектр вибрации, выделяют составляющие спектра вибрации элементов подшипника, измеряют диапазон частот выделенных составляющих и сдвиг этих частот и по их величинам судят о состоянии элементов подшипника, затем меняют направление вращения подшипника на противоположное и, сравнивая наибольшие амплитуды составляющих спектра; принадлежащих соответствующим элементам подшипника, с первоначальными значениями, заключают, что дефект расположен в элементе со стороны направления движения подшипника, если при этом сравниваемые амплитуды составляющих больше первоначальных, и со стороны противоположного направления движения, если сравниваемые амплитуды составляющих мейьше первоначальных, и по значению результата сравнения оценивают параметры дефекта, 1 табл., 4 ил.

1787269

10 .второй выход которого соединен с входом

20

30

50 причины снижают эффективность .диагностирования подшипников, Целью изобретения является повышение эффективности диагностирования, Цель достигается тем, что по способу 5 виброакустической диагностики подшипников качения, основанному на измерении амплитудного спектра вибрации элементов поДшипнЫа йри вращении его под нагрузкой и выделении составляющих спектра вибрации в заданных дйапазонах частот, дополнительно измеряют амплитудный спектр вибрации элементов подшипника при обратном вращении, выделяют составляющие этого спектра в заданном диапазоне частот, определяют сдвиг частот составляющих относительно эталонного значения и по величине сдвига частот судят о наличии дефекта, по величине сравнения .максимальных значений амплитуд состав ляющих спектра вибрации подшипника при прямом и обратном вращении определяют место дефекта и его величину, На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 показан сепаратор с трещинами в уголках с одной стороны перемычки; на фиг. 3 — спектрограммы вибрации подшипника, соответствующие. (снизу — вверх) эталонному подшипнику с трещинами в сепараторе на одной поверхности его перемычки при прямом вращении и подшипнику с тем же дефектом, но при обратном вращении; на фиг.

4 — график зависимости разности макси мальных амплитуд при прямом и обратном вращении оТ величины дефекта.

Устройство содержит объект 1 диагностирования, вибродатчик 2, усилитель 3. анализатор 4 спектра, задатчик 5 амплитудного спектра эталонного подшипника, блок

6 измерения сдвига частот, пороговое устройство 7, индикатор 8, блок 9 управления, ячейку 10 памяти, коммутатор 11, блок 12 вычитания, блок 13 определения знака, блок 14 выделения модуля. Объект 1 диагностирования включает в себя подшипник с приводом вращения. При этом объект 1 диагностирования, вибродатчик 2, усилитель . 3, анализатор 4 спектра, блок 6 измерения сдвига частот и пороговое устройство 7 соединены последовательно. Выход задатчика 5 амплитудного спектра эталонного подшипника подключен к опорному входу блока 6, Выходы порогового устройства 7, 5 блока 13 определения знака. и блока 14 выделения модуля присоединены к соответствующим входам индикатора 8, Входы блоков 13 и 14 объединены и подключены к выходу блока 12 вычитания, два входа которого соединены с соответствующими выходами коммутатора 11. Последний управляющим входом связан с первым выходом блока

9 управления, первым информационным входом подключен к выходу ячейки 10 памяти, вторым — к выходу анализатора 4 спектра. Ячейка 10 памяти подключена первым входом к выходу анализатора 4 спектра, вторым к первому выходу блока 9 управления, объекта 1 диагностирования.

Способ осуществляется следующим образом, Подшипник приводят во вращение, вибродатчик 2 преобразует вибрацию в электрический сигнал, который после усиления в усилителе 3 разлагают анализатором 4 спектра на амплитудные спектры, соответствующие каждому элементу подшипника, и запоминают их в ячейки 10 памяти, Затем эти амплитудные спектры в блоке 6 измерения сдвига частот сравнивают с амплитудными спектрами эталонного подшипника от задатчика 5 и измеряют сдвиги частот выделенных составляющих для каждого элемента подшипника, По величинам этих сдвигов с помощью порогового устройства 7 и индикатора 8 судят о дефектном или бездефектном состоянии подшипника, Затем осуществляют локализацию дефекта. Для этого изменяют направление вращения на обратное с помощью блока 9 управления и анализатором 4 спектра разлагают амплитудные спектры вибрации элементов диагностируемого подшипника, Используя блок

9 управления, осуществляют одновременное включение ячейки 10 памяти и коммутатора 11, который подключает блок 12 вычитания, на первый вход которого подают амплитудные спектры, принадлежащие соответствующим элементам подшипника при вращении его в обратном направлении, а на второй — эти же спектры при прямом направлении вращения, Результат сравнения поступает одновременно в блок 13 определения знака и в блок 14 выделения модуля. Блок 13 определяет знак результата сравнения, а блок 14 выделяет результат сравнения без учета знака. В итоге, если знак результата сравнения положительный, то дефект расположен в элементе подшипника со стороны направления движения обратного вращения подшипника, а если знак результата отрицательный, то дефект расположен со стороны противоположного направления движения обратного вращения подшипника.

Для подтверждения эффективности предложенного способа рассмотрим подшипник с наиболее опасным и труднорас1787269 познаваемым дефектом — трещинами в сепараторе на одной поверхности era перемычки (фиг. 2), При движении вагона в одном направлении за один оборот сепаратора его перемычка последовательно испытывает два удара F< и F2 со стороны ролика, При одном ударе сила инерции ролика и сила его тяжести складываются, а при другом вычитаются. Примем, что F1 Fg. Очевидно, что вероятность появления трещины со стороны действия силы F1 значительно больше. Статистический анализ длительно эксплуатируемых подшипников подтверждает, что трещины в перемычках сепараторов, как правило, располагаются в углах окон на одной поверхности перемычки.

Можно утверждать, что этой поверхностью является набегающая, т.е. та, на которую действует сила F>, При ударе ролика о перемычку сепаратора возникают акустические колебания, энергия W которых определяется по формуле

К А

2 где К вЂ” коэффициент жесткости материала в зоне контакта;.

А — амплитуда колебаний перемычки сепаратораа.

Появление трещины в перемычке сепаратора уменьшает жесткость перемычки, причем (фиг. 2) жесткость Kj перемычки со стороны ее поверхности, на которую действует сила F>, уменьшается в большей степени, чем жесткость К с противоположной поверхности перемычки, т.е. К1 Кг.

Предполагая в первом приближении; что энергия удара силой F> полностью переходит в энергию W колебаний, а также, учитывая, что при прямом и обратном .. вращении энергия удара силой F> одинако ва, можно написать

К1 А 1

2 и

Кр А

Следовательно

Ад1 К Ар

2 где Ajl, Ар — амплитуды j-й перемычки при обратном и прямом вращении подшипника соответственно.

Но так как К1< J

15 правления движения обратного вращения

35

5

Таким образом, при обратном вращении амплитуда колебаний А > больше амплиа туДы Ар колебаний при прямом вращении, Из графиков на фиг. 3 видно, что максимальные амплитуды спектральных составляющих подшипника с трещиной сепаратора сдвигаются вправо íà b,f относительно максимальной амплитудй эталонного подшипника, что говорит о дефектности подшипника, Причем при враподшипника, Разность максимальных амплитуд Л А при прямом и обратном вращении показывает величину дефекта подшипников качения и прямо пропорционально зависит от нее (фиг. 4), Аналогйчно получается и с другими дефектами элементов подшипников, что видно из таблицы экспериментальных данных.

Из таблицы видно, что "рост" трещины, например. сепаратора (увеличение степени дефектности — величины дефекта) дает изменение амплитуд колебаний при смене направления вращения для малой трещины

0,7, а для большой 1, что подтверждает правдоподобие фиг. 4 и что имеет место положительный эффект. Из таблицы также . видно, что приведенные виды дефектов од- . нозначно связаны со сдвигами Л f частот максимальных амплитуд по отношению к максимальным амплитудам колебаний эталонного подшипника. Например, трещина сепаратора дает Л f 150 — 300 Гц, трещина ролика — Л f = 900 Гц и т.д., что является доказательством локализации дефектов с точностью до "детали" внутри подшипника.

Дальнейшее увеличение точности локализации дефекта "в пределах одной детали" достигается по данному способу за счет смены направления вращения. Например, место расположения трещины в сепараторе обнаруживается с точностью до "одной поверхности перемычки".

Таким образом, данный способ повышает эффективность диагностирования подшипников качения, так как позволяет не только выявлять дефект, но и определять место дефекта-и его величину.

Формула изобретения

Способ виброакустической диагностики подшипников качения, заключающийся в том; что измеряют амплитудный спектр виб-. рации элементов подшипников при вращении его под нагрузкой, выделяют. составляющие спектра вибрации в задан1787269

7 ных диапазонах частот и судят о состоянии элементов подшипника, отличающийся тем, что; с целью повышения эффективности диагностирования, дополнительно измеряют амплитудный спектр вибрации 5 элементов подшипника при обратном вра-щении, выделяют составляющие этого спек.тра в заданном диапазоне частот, определяют сдвиг частот составляющих относительно эталонного значения, по сдвигу частот судят о наличии дефекта, по сравнению максимальных, значений амплитуд составляющих спектра вибрации подшипника при прямом и обратном вращениях определяют место дефекта и его параметры.

1787269 жо щи

Составитель А.Богданов

Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар

Редактор

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

Заказ 273 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„415