Способ контроля качества сборки подшипникового узла

Авторы патента:

G01N29/14 - с использованием акустической эмиссии (G01N 29/06 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2790276:

Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля подшипников и подшипниковых узлов и может быть использовано для контроля правильности сборки подшипникового узла. Способ заключается в регистрации собственных частот элементов подшипников акустико-эмиссионной системой, измерения осуществляют при отсутствии вращения подшипника. При этом источником акустико-эмиссионных сигналов будут являться колебания шариков подшипника, которые возбуждаются пропусканием ультразвуковой волны через контролируемый подшипник. Источник ультразвуковых колебаний размещают на валу ротора со стороны внутреннего кольца подшипника, датчики акустико-эмиссионной системы размещают со стороны внешнего кольца подшипника на маховике ротора. Качество сборки подшипникового узла оценивают по критериям поджатия подшипника и его перекоса, величину поджатия определяют по значениям частоты собственных колебаний шариков, величину перекоса определяют по разности данных частот. Технический результат заключается в возможности определения правильности сборки подшипникового узла по критериям допустимых значений перекосов при установке подшипника и усилия его поджатия. 3 ил.

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля подшипников и подшипниковых узлов.

Известны способы диагностики подшипников, основанные на анализе акустических шумов и вибраций, возникающих в процессе их вращения (см. Шубов И.Г. Шум и вибрация электрических машин. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1986, 208 с). Суть данных технических решений заключается в идентификации дефектов и износа подшипников по косвенным признакам, выявляемым на основе анализа амплитудно-частотного спектра акустических шумов и вибраций.

Основным недостатком при этом является то, что на результаты подобного анализа могут оказывать существенное влияние шумы и вибрации от других элементов механизма, связанных акустически с диагностируемым подшипником. Кроме этого, данные способы не позволяет оценить правильность сборки подшипникового узла. Критериями правильности сборки являются допустимые значения перекосов при установке подшипника и усилия его поджатия.

Известен способ ультразвукового контроля вращающихся деталей, заключающийся в том, что возбуждаемое ультразвуковое колебание проходит через контролируемую вращающуюся деталь (ротор) и принимается на выходе из этой детали (на статоре), при этом о наличии или отсутствии дефектов судят по изменениям параметров ультразвуковых колебаний (см. патент РФ №2085935, 31.01.1995 г., МПК G01N 29/04).

Недостатком данного способа является то, что они позволяют выявить дефекты только в виде несплошностей (трещин) и определить наличие или отсутствие зазора в подшипнике, но при этом оценить качество сборки не представляется возможным.

Наиболее близким по технической сути (прототипом) к предлагаемому изобретению является способ ультразвукового контроля вращающихся подшипников качения путем возбуждения ультразвуковых колебаний излучателем, размещаемым на валу, на котором устанавливается внутреннее кольцо подшипника, приема ультразвуковых сигналов датчиком - приемником, устанавливаемым на внешнем кольце подшипника, и анализа их распространения в изделии в зависимости от наличия или отсутствия дефектов (см. патент РФ №2213336, 25.06.2001 г., МПК G01M 13/04, G01N 29/00).

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет оценивать уровень поджатия подшипника (когда зазоров нет) и перекосы подшипника при установке в корпус.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа контроля качества сборки подшипникового узла, при котором техническим результатом будет являться определение правильности сборки подшипникового узла по критериям допустимых значений перекосов при установке подшипника и усилия его поджатия.

Этот технический результат в способе контроля качества сборки подшипникового узла, заключающемся в регистрации собственных частот элементов подшипников акустико-эмиссионной системой, достигается тем, что измерения осуществляют при отсутствии вращения подшипника, при этом источником акустико-эмиссионных сигналов будут являться колебания шариков подшипника, которые возбуждаются пропусканием ультразвуковой волны через контролируемый подшипник, источник ультразвуковых колебаний размещают на валу ротора со стороны внутреннего кольца подшипника, датчики акустико-эмиссионной системы размещают со стороны внешнего кольца подшипника на маховике ротора, качество сборки подшипникового узла оценивают по критериям поджатия подшипника и его перекоса, величину поджатия определяют по значениям частоты собственных колебаний шариков, величину перекоса определяют по разности данных частот.

Актуальность данной задачи обусловлена особенностями функционирования автономных устройств, например, силовых гироскопических систем космических аппаратов к которым предъявляются высокие требования к их ресурсу (требуемое значение ресурса может составлять 5-ть лет). Автономность функционирования не позволяет проводить техническое обслуживание данного устройства, одними из наиболее нагруженных элементов которого, являются подшипники качения. Поскольку функционирование подшипников качения зависит от правильности их сборки, то для обеспечения требуемого ресурса в условиях автономного функционирования роторов силовых гироскопических систем, при их изготовлении применяется технология ресурсной сборки подшипникового узла, что подразумевает одноразовую сборку (без возможности регулировки) на весь ресурс устройства.

Критерием правильности данной сборки является обеспечение требуемого контактного взаимодействия элементов подшипника как трибологической системы. При этом основными контролируемыми параметрами при этом являются усилие, которое подшипник воспринимает после сборки ротора, а также перекосы подшипника (параметры упругого деформирования в системе шарик - кольцо подшипника). Учитывая конструкцию ротора, технологию его сборки, определить прямыми измерениями данные параметры не представляется возможным. Используются косвенные методы контроля. Сегодня правильность такой сборки определяется по сбегу ротора, однако практика показывает, что данный критерий не обеспечивает достаточную чувствительность этого метода.

Для достижения заявленного технического результата изобретения предлагается способ контроля качества сборки подшипникового узла, суть которого заключается в регистрации собственных частот элементов подшипников акустико-эмиссионной системой. Зная значения собственных частот и их зависимость от параметров контактного взаимодействия элементов подшипника как трибологической системы, косвенно определяются значения этих параметров. Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что для повышения чувствительности контроль акустико-эмиссионной системой собственных частот колебаний элементов подшипника осуществляется в условиях, когда подшипник не вращается, при этом источником акустико-эмиссионных сигналов будут являться колебания шариков подшипника. Данные колебания возбуждаются пропусканием ультразвуковой волны через контролируемый подшипник. Источник ультразвуковых колебаний размещается на валу ротора, со стороны внутреннего кольца подшипника, а датчики акустико-эмиссионной системы со стороны внешнего кольца подшипника - на маховике ротора.

Установлено, что собственная частота колебания шарика подшипника, упруго зажатого между кольцами подшипника пропорциональна значению этого поджатия в степени 0,5. Таким образом, регистрируя значение собственной частоты колебания шарика подшипника можно судить о значении усилия, действующего на подшипник. При наличии перекосов, усилия, действующие на шарики подшипника, будут разные. В этом случае колебания шариков будут осуществляться с разной собственной частотой, что будет регистрироваться акустико-эмиссионной системой. При отсутствии перекосов, разницы между наблюдаемыми частотами при регистрации акустико-эмиссионных сигналов от колебания шариков наблюдаться не будет.

На фигуре 1 приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа. Устройство для реализации способа содержит генератор ультразвуковых волн 1, излучатель ультразвуковых волн 2, вал 3, внутреннее кольцо шарикоподшипника 4, наружное кольцо шарикоподшипника 5, шарик шарикоподшипника 6, маховик ротора 7, преобразователь акустической эмиссии 8, акустико-эмиссионная система 9.

Способ осуществляется следующим образом.

Излучатель ультразвуковых колебаний 2, установленный на валу 1, вырабатывает ультразвуковые импульсы, которые, проходя через вал 1, воздействуют на подшипник, состоящий из внутреннего кольца 4, шарика 6 и наружного кольца 5. В результате данного воздействия возникают упругие колебания в шарикоподшипнике, сопровождаемые акустико-эмиссионными сигналами, которые, проходя через маховик ротора 7, принимаются преобразователями акустической эмиссии 8, связанными с акустико-эмиссионной системой 9. В зависимости от силы поджатия подшипника, собственная частота колебаний изменяется, следствием чего является изменение параметров регистрируемых акустических сигналов.

Предлагаемый способ заключается в последовательном выполнении следующих операций:

1. Сборка контролируемого подшипникового узла.

2. Размещение источника ультразвуковых колебаний на валу ротора, со стороны внутреннего кольца подшипника контролируемого подшипникового узла.

3. Размещение датчиков акустической эмиссии на элементе контролируемой конструкции со стороны внешнего кольца подшипника (в случае силового гироскопа - на маховике ротора).

4. Возбуждение ультразвуковых колебаний для генерации колебаний шариков подшипника.

5. Регистрация параметров акустико-эмиссионных сигналов, источником которых являются колебания шариков подшипника. Условием того, что источником акустико-эмиссионных сигналов являются только колебания шариков, является то, что контроль осуществляется в стационарных условиях (подшипник не вращается).

6. Определить значения усилия нагрузки (поджатия), действующей на подшипник по значению зарегистрированной частоты акустико-эмиссионных сигналов, по заранее установленной зависимости. При необходимости усилия поджатия изменить и повторить операции 4, 5.

7. Определить значения перекоса по разности собственных частот колебания шариков, регистрируемых акустико-эмиссионной системой. При наличии данной разницы провести корректировку сборки подшипникового узла и повторить операции 4, 5.

Пример результата регистрации акустико-эмиссионных сигналов при контроле правильности сборки подшипникового узла показан на фигуре 2 и 3.

Согласно представленным зависимостям видно, что частота колебания шариков зависит от усилия поджатия подшипника (фигура 2 и 3), что позволяет косвенно оценивать значение данного поджатия. Также показано, что при наличии перекоса наблюдается разница собственных частот колебаний шариков с различным поджатием (фигура 2), а при отсутствии перекоса данная разница уменьшается фигура 3, что позволяет контролировать наличие перекоса.

Таким образом, предлагаемый способ объединяет акустико-эмиссионный и ультразвуковые способы контроля, не требует вращения подшипника и позволяет осуществлять контроль правильности сборки подшипникового узла по критериям поджатия подшипника и его перекоса.

Способ контроля качества сборки подшипникового узла, заключающийся в регистрации собственных частот элементов подшипников акустико-эмиссионной системой, отличающийся тем, что измерения осуществляют при отсутствии вращения подшипника, при этом источником акустико-эмиссионных сигналов будут являться колебания шариков подшипника, которые возбуждаются пропусканием ультразвуковой волны через контролируемый подшипник, источник ультразвуковых колебаний размещают на валу ротора со стороны внутреннего кольца подшипника, датчики акустико-эмиссионной системы размещают со стороны внешнего кольца подшипника на маховике ротора, качество сборки подшипникового узла оценивают по критериям поджатия подшипника и его перекоса, величину поджатия определяют по значениям частоты собственных колебаний шариков, величину перекоса определяют по разности данных частот.

Использование: для оценки и прогнозирования ресурса при акустико-эмиссионной диагностике конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что устройство оценки и прогнозирования ресурса при акустико-эмиссионной диагностике конструкций, включающее преобразователи акустической эмиссии, устанавливаемые на места контроля объекта контроля, подвергаемого механической нагрузке, с помощью которых преобразуют упругие механические волны в электрические сигналы, которые подают на аналого-цифровой преобразователь, с помощью которого формируют выходной код, затем вычисляют информативные параметры сигналов акустической эмиссии с помощью блоков вычисления, значения информативных параметров регистрируют и оценивают с помощью устройства отображения информации, при этом дополнительно включают два блока вычисления, входы которых соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы этих блоков соединены с входом блока объединения «свертки» информативных параметров, первый из которых вычисляет суммарное количество импульсов акустической эмиссии, а второй блок определяет интенсивность потока импульсов акустической эмиссии, также дополнительно включают блок оценки и прогнозирования ресурса, который оценивает ресурс конструкции, вход этого блока соединен с выходом блока объединения «свертки» информативных параметров, а выход подключают к устройству отображения информации.

Устройство для ранней диагностики образования и развития микротрещин в деталях машин и конструкциях // 2788311

Использование: для диагностики образования и развития микротрещин в деталях машин и конструкциях. Сущность изобретения заключается в том, что акустико-эмиссионный преобразователь выполнен в виде акустической ячейки, выход которой через коаксиальный ВЧ-кабель подключен к первому входу анализатора спектра сигналов акустической эмиссии, выполненного в виде трех смесителей частоты инфрадинного типа, с совмещенными ВЧ - полосовыми LC - фильтрами, обеспечивающими перенос спектра принимаемых сигналов акустической эмиссии из области низкочастотного ультразвукового диапазона частот ΔfC в три высокочастотные области электромагнитного спектра, с полосой промежуточных частот: ΔfП1, ΔfП2, ΔfП3, без изменения параметров частотного спектра акустических сигналов, второй вход анализатора – вторые входы смесителей частоты подключены к выходу генератора высокой частоты – гетеродину, частота которого выше частотного спектра сигналов акустической эмиссии и составляет fГ, а выходы смесителей частоты подключены к трем частотно-избирательным резонансным узкополосным усилителям ВЧ-сигналов, с полосой частот: ΔfП3, ΔfП2, ΔfП1, соответственно для высоких частот ΔfC3, средних частот ΔfC2 и низких частот ΔfC1 первичных акустических сигналов принимаемых акустико-эмиссионным преобразователем, которые соответствуют образованию и подрастанию микротрещин, развитию микротрещин и на последней стадии - образованию сквозной трещины, соответственно, а выходы резонансных усилителей подключены к трем отдельным блокам измерения амплитуды одиночных импульсов, а также к трем отдельным блокам формирования прямоугольных импульсов, выходы которых подключены к входам трех отдельных цифровых счетчиков импульсов.

Способ мониторинга несущей способности изделий // 2787964

Использование: для мониторинга несущей прочности изделий с применением акустико-эмиссионной диагностики. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют кластерную селекцию регистрируемых локационных импульсов в поле дескрипторов относительной энергии (Eи) и усредненной частоты выбросов (Nи/tи, где Nи - количество выбросов, tи - длительность импульса) на кластеры нижнего (Н), среднего (С) и верхнего (В) энергетического уровня, и вычисление весового содержания локационных импульсов (WH, WC, WB) в указанных кластерах (Wi = (Ni/N∑)⋅100%, где N∑ - суммарное количество локационных импульсов, Ni=H,C,B - их количество в i-том кластере), при этом дополнительно подсчитывают текущий уровень несущей способности изделий по соответствующим формулам, которые включают такие параметры, как WH и WC - ежесекундно регистрируемое весовое содержание локационных импульсов в нижнем и среднем энергетических кластерах, [WH] и [WC] - их пороговые значения при разрушении конструкционного материала, (WH)max ≥ 80%, (WC)min ≤ 20%, (WB)min < 1% - экстремальные значения параметров, регистрируемые при переходе от рассеянного к локальному накоплению повреждений.

Способ определения подверженности металлопроката изгибу и устройство для его осуществления // 2780147

Группа изобретений относится к определению подверженности металлопроката изгибу. Способ состоит в том, что осуществляют возбуждение сдвиговой поперечной поляризованной акустической волны и запуск ее в металлопрокат посредством устройства электромагнитно-акустического преобразователя в виде плоской катушки индуктивности, выполненной с возможностью запуска и приема волн, размещенного под углом 45 градусов по отношению к направлению проката.

Способ оценки качества упрочняющих технологий // 2775855

Использование: для оценки качества упрочняющих технологий. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют нагружение и регистрацию числа импульсов акустической эмиссии, выполняют определение параметра состояния и расчёт величины диагностического параметра с дальнейшим сравнением величин, при этом высокочастотные датчики акустической эмиссии устанавливают с двух сторон на образцы и производят плавное нагружение изделия в области упругих деформаций, нагружение контролируют блоком управления и записывают значения механических напряжений на персональном компьютере, далее прекращают нагружение и строят графики зависимости числа импульсов акустической эмиссии от механических напряжений, затем выделяют этап однородного разрушения, который следует за частичным или полным затуханием сигналов акустической эмиссии и заканчивается резким ростом коэффициента перекрытия сигналов акустической эмиссии, на котором определяют значение параметра состояния, выраженного в виде концентрационно-кинетического показателя прочности YAE как параметра многоуровневой модели временной зависимости числа импульсов акустической эмиссии по заданной формуле, далее рассчитывают допустимое значение углового коэффициента кривой усталости Yr и сравнивают со значением величин концентрационно-кинетического показателя прочности YAE, если YAE /Yr ≤ 1, то упрочняющая технология выполнена качественно, а при YAE /Yr > 1 - некачественно.

Способ определения координат дефектов при акустико-эмиссионном контроле // 2775204

Изобретение относится к неразрушающему контролю металлических конструкций методом акустической эмиссии и может быть использовано для определения координат дефектов в протяженных и крупногабаритных объектах железнодорожной, авиационной, космической, нефтяной и газовой отраслях промышленности при ограниченном доступе к ним.

Акустико-эмиссионный способ контроля изменения устойчивости обработанного твердеющими веществами грунтового массива // 2775159

Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям, в частности к способам определения изменения устойчивости грунтовых оснований, подвергнутых химико-физическому закреплению. В заявленном способе в грунтовом основании размещают излучатели упругих волн и зонды, каждый из которых содержит нагревательный элемент, приемный акустический преобразователь и термометр.

Способ дефектоскопии металлов по акустическим шумам // 2774101

Использование: для дефектоскопии металлов по акустическим шумам. Сущность изобретения заключается в том, что регистрируют на исследуемом участке металла шумовые записи с высокой частотой дискретизации, полученные шумовые записи разбивают на фрагменты, затем делают преобразование Фурье в этих фрагментах, вычисляя их амплитудно-частотные спектры, затем в полученных амплитудно-частотных спектрах для каждой точки регистрации шумовых данных вычисляют мощность зарегистрированного сигнала путем интегрального суммирования его спектра во временном окне, одинаковом по длине записи и меньшем, чем длина самой короткой шумовой записи, и по уменьшению мощности суммарного сигнала относительно общей площади измерения устанавливают наличие участка с внутренним дефектом.

Способ определения стадий циклической усталости и остаточного ресурса металлических изделий // 2772839

Использование: для определения стадий циклической усталости и остаточного ресурса металлических изделий с использованием метода акустической эмиссии и метода магнитной памяти металла. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют определение параметров напряженности магнитного поля методом магнитной памяти металла и параметров сигналов акустической эмиссии в процессе испытаний на циклическую усталость и устанавливают взаимосвязь между этими параметрами.

Устройство сбора и обработки сигналов акустической эмиссии // 2769643

Использование: для сбора и обработки сигналов акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство сбора и обработки сигналов акустической эмиссии содержит датчики акустической эмиссии, платы аналого-цифрового преобразования, при этом платы аналого-цифрового преобразования установлены в PCI разъемы материнских плат двух пользовательских компьютеров, соединенных между собой линией низкочастотной синхронизации, при этом один из компьютеров является ведущим, другой - ведомым, также устройство отличается тем, что датчики акустической эмиссии соединены с блоками согласования, которые подключены к измерительным каналам плат аналого-цифрового преобразования, при этом платы аналого-цифрового преобразования объединены линией высокочастотной синхронизации, подключенной к каналам синхронизации плат аналого-цифрового преобразования.

Способ диагностики подклинки тел качения в подшипнике // 2789616

Изобретение относится к способам диагностики технического состояния подшипников качения, и может найти применение во всех механизмах, имеющих подшипники качения, для выявления наличия подклинки тел качения, которая, если не предпринять превентивных мер, часто приводит к разрушению подшипника и тяжелым последствиям всего механизма.