Способ контроля качества подшипников качения

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества поверхностей деталей. Способ заключается в том, что вращают одно из колец смазанного подшипника с рабочей частотой, нагружают подшипник постоянной по величине радиальной силой, направление действия которой изменяют в направлении вращения кольца вначале с частотой, равной частоте вращения кольца, а затем с частотой, равной нулю, при каждой частоте измеряют среднеквадратическое значение переменной составляющей и среднее значение нормированного интегрального времени электрического контактирования в подшипнике, а о качестве подшипника судят по значениям квадрата отношения среднеквадратического значения переменной составляющей к среднему значению указанного параметра при каждой частоте изменения направления действия радиальной нагрузки. Технический результат - повышение чувствительности к отклонениям от круглости реальных дорожек качения колец работающего подшипника при комплексной оценке его качества. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть преимущественно использовано для усредненного комплексного контроля качества рабочих поверхностей деталей установленных в узлы подшипников при выполнении механосборочных работ в процессе изготовления и ремонта машин и механизмов.

Известен способ контроля качества подшипников качения, заключающийся в том, что вращают одно из колец подшипника и оценивают легкость вращения. При этом о качестве рабочих поверхностей судят по характерным заеданиям, хрусту, щелканью /1/. Недостатком способа является то, что легкость вращения определяет оператор, поэтому такой контроль носит субъективный характер.

Известен способ контроля качества подшипников качения, заключающийся в том, что вращают одно из колец смазанного подшипника с рабочей частотой, нагружают подшипник постоянной по величине и направлению радиальной силой и измеряют нормированное интегральное время электрического контактирования в подшипнике, по значению которого комплексно оценивают качество подшипника /2/. Недостатком известного способа является то, что при его реализации не все участки рабочих поверхностей колец подшипника оказывают влияние на значение измеряемого параметра и, следовательно, достоверность способа ограничена.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу того же назначения является способ, заключающийся в том, что вращают одно из колец смазанного подшипника с рабочей частотой, нагружают подшипник постоянной по величине радиальной силой, направление действия которой изменяют в направлении вращения кольца, и измеряют нормированное интегральное время электрического контактирования в подшипнике, по значению которого комплексно оценивают качество подшипника. В известном способе изменение направления действия радиальной нагрузки производят с постоянной угловой скоростью, соответствующей частоте F_H = n/T, где T - время измерения нормированного интегрального времени электрического контактирования в подшипнике, а n - целое число циклов нагружения за время измерения. При реализации известного способа фактически измеряют среднее значение диагностического параметра за время, в течение которого вектор радиальной нагрузки осуществляет целое число (n) оборотов. При этом в зону нагружения попадают различные участки дорожек качения обоих колец, и осуществляется комплексная оценка качества подшипника /3/. Данный способ принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного, принятого за прототип способа, относится следующее. Изменение технического состояния рабочих поверхностей деталей подшипника приводит к изменению характера взаимодействия тел качения с кольцами, следствием чего является изменение вероятности разрушения смазочной пленки в зонах трения и соответственно флуктуации значения параметра - нормированное интегральное время электрического контактирования в подшипнике, оценивающего эту вероятность. Ухудшение технического состояния подшипника вызывает изменение характера флуктуации диагностического параметра. При этом, однако, большинство технологических погрешностей изготовления и сборки подшипниковых узлов, приводящих, в частности, к отклонениям от круглости реальных дорожек качения колец в виде овальности, огранки или эксцентричности, существенно изменяя характер флуктуации нормированного интегрального времени электрического контактирования в подшипнике, не приводят к существенным изменениям его среднего значения. Таким образом, достоверность известного и принятого за прототип способа при контроле установленного в узле подшипника в процессе проведения механосборочных работ ограничена.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения достоверности контроля качества установленного в узле подшипника при проведении механосборочных работ. Технический результат - повышение чувствительности к отклонениям от круглости реальных дорожек качения колец работающего подшипника при комплексной оценке его качества.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе контроля качества подшипников качения, заключающемся в том, что вращают одно из колец смазанного подшипника с рабочей частотой, нагружают подшипник постоянной по величине радиальной силой и измеряют среднее значение нормированного интегрального времени электрического контактирования в подшипнике, с учетом которого комплексно оценивают качество подшипника, согласно изобретению частоту изменения направления действия нагрузки в направлении вращения кольца задают вначале равной частоте вращения кольца, а затем равной нулю, при каждой частоте измеряют дополнительно среднеквадратическое значение переменной составляющей нормированного интегрального времени электрического контактирования, а о качестве подшипника судят по значениям квадрата отношения среднеквадратического значения переменной составляющей к среднему значению нормированного интегрального времени электрического контактирования при каждой частоте изменения направления действия радиальной нагрузки.

На фиг. 1 представлена схема устройства для осуществления способа, а на фиг. 2 - графики зависимостей, иллюстрирующие пример реализации способа.

Внутреннее кольцо испытуемого подшипника 1 (фиг. 1), нагруженного радиальной силой с помощью устройства 2 нагружения, установлено на валу 3 сборочного узла, наружное кольцо - в корпусе 4. Устройство содержит источник 5 электрического напряжения, один полюс которого через формирователь 6 импульсов и токосъемник 7 подключен к валу 3, а другой полюс подключен к наружному кольцу подшипника 1. К выходу формирователя 6 импульсов подключен первый вход временного селектора 8, второй вход которого соединен с генератором 9 опорной частоты, а выход со счетчиком 10. К выходу счетчика 10 подключен вход цифроаналогового преобразователя 11, выход которого связан со входами детектора 12 и квадратичного детектора 13, выходы которых подключены ко входам преобразователя 14 отношений.

Способ осуществляют следующим образом. С помощью вала 3 вращают внутреннее кольцо испытуемого подшипника 1 с рабочей частотой F_к, а устройством 2 нагружения создают постоянную по величине радиальную силу, частоту изменения направления действия которой в направлении вращения кольца задают вначале равной частоте вращения кольца, а затем равной нулю. Устройство 2 нагружения, реализующее изменение направления действия радиальной нагрузки с заданной частотой, может быть выполнено, например, по принципу, описанному в /4/. Требуемый характер нагружения также может быть реализован для первого случая путем создания дисбаланса вращающихся деталей, например вала, а для второго случая путем создания постоянной по величине и направлению радиальной нагрузки.

С помощью измерительной цепи, состоящей из блоков 5-13, измеряют среднее значение и среднеквадратическое значение переменной составляющей нормированного интегрального времени электрического контактирования в подшипнике при каждой частоте изменения направления действия радиальной нагрузки. О качестве подшипника качения судят по квадратам отношения среднеквадратического значения переменной составляющей к среднему значению нормированного интегрального времени электрического контактирования при каждой частоте изменения направления действия радиальной нагрузки, определяемым преобразователем 14 отношений.

Рассмотрим процесс измерения среднеквадратических и средних значений нормированного интегрального времени электрического контактирования, а также квадрата их отношений. При разрушении смазочной пленки в контактных зонах какого-либо тела качения испытуемого подшипника с обоими кольцами (при электрическом контактировании в подшипнике) электрическое сопротивление между кольцами резко уменьшается, следствием чего является импульс тока в цепи, составленной последовательно соединенными источником 5 электрического напряжения (фиг. 1), формирователем 6 импульсов и токосъемником 7. Длительность этого импульса равняется времени разрушения пленки. Формирователь 6 импульсов выдает на выходе импульс напряжения прямоугольной формы той же длительности с амплитудой, соответствующей логической единице. Каждый отдельный импульс с выхода формирователя 6 поступает на временной селектор 8, где заполняется высокочастотными импульсами генератора 9 опорной частоты, прошедшими через второй вход селектора 8.

Счетчик 10 определяет общее число N_и импульсов, поступивших с генератора 9 за время измерения T, при этом его показания однозначно характеризуют параметр - нормированное интегральное время электрического контактирования в подшипнике (K): K = N_и T_г/T, где T_г - период импульсов генератора 9 опорной частоты. Время измерения T выбирают существенно меньше периода вращения кольца [T = 1/(20...40)F_к], таким образом, за один оборот кольца осуществляется ряд определений текущих значений диагностического параметра.

После цифроаналогового преобразователя 11 напряжение, пропорциональное значению параметра K, поступает на детектор 12 и квадратичный детектор 13, которые формируют на своих выходах напряжения, пропорциональные соответственно среднему значению и среднеквадратическому значению переменной составляющей K. Сигналы с выходов блоков 12 и 13 поступают на преобразователь 14 отношений, формирующий сигнал, пропорциональный квадрату отношения среднеквадратического значения переменной составляющей к среднему значению нормированного интегрального времени электрического контактирования.

При работе подшипника в зону нагружения попадают различные участки дорожек качения колец, поэтому функция флуктуации значений указанного выше параметра носит сложный характер. Наличие регулярных отклонений от круглости реальной дорожки качения кольца, испытывающего циркуляционное нагружение, приводит, как показали исследования, к возникновению периодических изменений вероятности разрушения смазочной пленки в зонах трения и соответственно значений параметра K, который фактически оценивает эту вероятность. При этом возрастание значений отклонений от круглости приводит к некоторому незначительному повышению среднего значения и к существенному увеличению ряда гармонических составляющих указанного диагностического параметра, что, в свою очередь, вызывает рост среднеквадратического значения его переменной составляющей.

Значение нормированного интегрального времени электрического контактирования зависит как от качества установленного в узле подшипника, так и от рядя других факторов, не имеющих непосредственной связи с его качеством, например от режимов работы подшипника и реологических свойств смазочного материала. Данные факторы оказывают влияние как на среднее значение параметра, так и на степень его флуктуации. Поэтому оценка качества подшипника по величине квадрата отношения среднеквадратического значения переменной составляющей К к его среднему значению позволяет существенно снизить влияние указанных выше факторов.

При контроле в первом случае, когда частоту изменения направления действия радиальной нагрузки задают равной частоте вращения кольца, циркуляционное нагружение испытывает наружное кольцо, и качество дорожки качения этого кольца вносит основной вклад в определяемое при контроле отношение составляющих диагностического параметра. Во втором случае, когда частоту изменения направления действия нагрузки задают равной нулю, циркуляционное нагружение испытывает внутреннее кольцо, и его дорожка качения оказывает доминирующее влияние на отношение составляющих нормированного интегрального времени электрического контактирования в подшипнике.

Таким образом, задавая согласно предлагаемому способу соответствующие частоты изменения направления действия радиальной нагрузки и определяя при каждой частоте квадрат отношения среднеквадратического значения переменной составляющей к среднему значению нормированного интегрального времени электрического контактирования, обеспечивают достоверную комплексную оценку качества подшипника качения при повышенной чувствительности к отклонениям от круглости реальных дорожек качения колец работающего подшипника.

Пример.

Проводили контроль подшипника типа 306 (ГОСТ 8338-75), смазанного трансформаторным маслом. С помощью устройства, построенного по принципу, изложенному в /5/, моделировали отклонения от круглости дорожки качения наружного кольца в виде овальности различных значений. Вращали внутреннее кольцо с частотой 900 мин^-1, что соответствует F_к = 15 Гц. За счет дисбаланса вала изменяли направления действия радиальной нагрузки в 100 H с частотой F_н, равной частоте вращения кольца (F_н=F_к). Измеряли среднее значение (K_ср) и среднеквадратическое значение переменной составляющей (К₀) нормированного интегрального времени электрического контактирования в подшипнике. О качестве подшипника судили по квадрату отношения среднеквадратического значения переменной составляющей к среднему значению параметра (К₀/К_ср)². Затем за счет постоянной радиальной силы обеспечивали частоту изменения направления действия радиальной нагрузки, равную нулю (F_н=0), и повторяли указанные выше измерения.

На фиг. 2 представлены графики полученных зависимостей (К₀/К_ср)² от овальности наружного кольца подшипника (кривые 1 и 2). Там же для сравнения представлены графики зависимостей от овальности средних значений K_ср нормированного интегрального времени электрического контактирования (кривые 3 и 4). Видно, что наличие овальности наружного кольца при незначительном увеличении К_ср вызвало существенный рост (К₀/К_ср)², в особенности на первом этапе контроля (кривая 1), что подтверждает работоспособность предложенного способа контроля качества подшипников качения и достижение заявленного выше технического результата.

Источники информации 1. Руководство по эксплуатации и ремонту авиационных подшипников качения. - М.: Воздушный транспорт, 1981. - 70 с.

2. Корндорф С.Ф., Подмастерьев К.В. О возможности дефектации неразборных подшипников качения электрическим методом. // Дефектоскопия, 1985.- N 5.- С. 88-90.

3. Авторское свидетельство СССР N 1174809, кл. G 01 M 13/04. Способ оценки работоспособности подшипников качения. / К.В. Подмастерьев, 1985 - прототип.

4. Патент РФ N 2093810, кл. G 01 M 13/04. Устройство для контроля подшипников качения. / К.В. Подмастерьев, Е.В. Пахолкин, В.В. Мишин, 1997.

5. Патент РФ N 2110055, кл. G 01 M 13/04. Установка для исследования подшипников качения. / К.В. Подмастерьев, В.В. Мишин, 1998.

Формула изобретения

Способ контроля качества подшипников качения, заключающийся в том, что вращают одно из колец смазанного подшипника с рабочей частотой, нагружают подшипник постоянной по величине радиальной силой и измеряют среднее значение нормированного интегрального времени электрического контактирования в подшипнике, с учетом которого комплексно оценивают качество подшипника, отличающийся тем, что частоту изменения направления действия нагрузки в направлении вращения кольца задают вначале равной частоте вращения кольца, а затем равной нулю, при каждой частоте измеряют дополнительно среднеквадратическое значение переменной составляющей нормированного интегрального времени электрического контактирования, а о качестве подшипника судят по значениям квадрата отношения среднеквадратического значения переменной составляющей к среднему значению нормированного интегрального времени электрического контактирования при каждой частоте изменения направления действия радиальной нагрузки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2