Устройство для измерения неравномерности скорости вращения валов в опорах качения

 

Мт . :":;, ((" . : «:.1

«".1к.;: «-у:.о 1 1)=.- /, ои71 !

Союз Советски к

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) За я влено 09.12.77 (21) 2552262/18-10 с присоединением заявки,% (23) Приоритет— (5! )М. Кл.

G 01 Р 3/54!

Ьаударстеекнмй комитет

СССР до делам изобретений и открьпий

Опубликовано 25.01.80. Бюллетень М 3

Дата опубликования описания 25.01.80 (53) УДК S».768 (088.8) А. A. Белоусов, Н. П. Скафтымова, А. К. Явленский и К. Н. Явленский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Ленинградский институт авиационного приборостроения (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ

СКОРОСТИ BPAlllANMHXCH ВАЛОВ В ОПОРАХ КАЧЕНИЯ

Изобретение касается измерительной техники и используется для контроля неравномерности хода вращающихся валов, роторов, осей, установленных в подшипниковых опорах качения.

Известны устройства для измерения нестабильности мгновенной скорости вращения, содержащие датчик, преобразователь и блок ре"истрации,которые предполагают насадку на исследуемый вал подвижного элемента датчика (1)., Однако применение этих устроиств воз10 можно только для валов, доступ к которым открыт, снижение точности измерения из-за изменения момента инерции вращающейся системы и внесения дополнительных моментов, делает эти устройства непригодными для

15 измерения малоинерционных валов. Система требует дополнительной балансировки после. установки датчика. Измерение нельзя проводить в рабочих условиях при работе объекта

20 исследования вместе с другими элементами системы.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является датчик инерцион! ного типа, содержащий два диска. Один легкий, измерительный диск насажен на исследуемый вал. Второй тяжелый, инерционный диск развязан относительно вала за счет высоких шарикоподшипников и вращается со средней скоростью вращения вала, Угловые колебания дисков один относительно друтого с помощью фотодатчика преобразуются в электрический сигнал, который поступает в электронный преобразователь. Преобразователь включает в себя последовательно соединенные дифференцирующее звено, делитель, первый и второй усилитель, выходной сумматор, третий усилитель и блок регистрации. Прибор имеет вспомогательную цепь из фотодатчика синхронирующих импульсов, выход которого соединен через импульсный усилитель с входом сумматора, служащую для обозначения на экране блока регистрации длительности оборота, а также фильтр,вклюЪ чаемый в цепь обратной связи второго усилителя с помощью .переключателя. Прибор

М позволяет измерять мгновенное значение неравномерности хода вращающихся валов Р3.

711474

Цель изобретения — увеличение диапазона и повышение точности измерения малоинерционных валов.

Это достигается тем, что устройство, содержащее дифференцирующее звено, три усилителя, выходной сумматор, фильтр и блок регистрации, снабжено закрепленными на корпусе объекта измерения в трех взаимно перпендикулярных направлениях осевым вибропреобра4ователем, ось чувствительности которого па-раллельна оси вала, и двумя радиальными виб. ропреобразователями, первым и вторым блоками умножения, подкшоченными через усилители к выходам радиальных вибропреобразователей, последовательно соединенные генератор базовой частоты и фазосдвигаюшее звено, выходы которых подключены к вторым входам блоков умножения, задатчиком дефектов опор качения, блоком перестройки частот, входы которого пбдключены к выходам генератора базовой частоты и задатчика дефектов опор качения, третьим блоком умножения, входы которого подключены к выходам блока перестройки частоты и задатчика дефектов опор качения, эадатчиком нагрузок опоры, сумматором дефор- 25 мации, каждый из четырех входов которого подключен к выходам блоков умножения и к выходу эадатчика нагрузок опоры, а пятый вход сумматора подключен к выходу осевого вибропреобразователя через усилитель, многоотвод- 39 ной схемой задержки с числом отводов по числу тел качения опоры, однотипными цепями, каждая из которых содержит последовательно

- соединенные пороговый элемент, вход которого подключен к соответствующему отводу схе- 35 мы задер>хки, а выход соединен с дополнительно введенными, последовательно, включенными квадратором и вторым нормирующим усилителем, степенной преобразователь и первый нормирующий усилитель. Соответствующие выходы 40 первого и второго нормируюших усилителей соединены с входами выходного сумматора.

На чертеже изображена структурная схема предложенного устройства.

Схема устройства включает объект 1 исследования, осевой вибропреобразователь 2, радиальные вибропреобразователи 3, 4, усилители S, 6, 7, первый и второй блоки 8, 9 умножения, сумматор 10 деформации, схему 11 задержки с числом отводов по числу тел качения опоры, по- у роговый элемент 12, степенной преобразователь

13, квадратор 14, первый и второй нормирующие усилители 15, 16, выходной сумматор 17, фильтр 18, дифференцирующее звено 19, блок

20 регистрации, генератор 21 базовой частоты, 55 фазосдвигающее звено 22, блок 23 перестройки частоты, третий блок 24 умножения, датчик 25 дефектов опор качения и задатчик 26 нагрузок опоры.

Д

Ус1ройство для измерения нестабильности мгновенной скорости вращения вала в опорах качения содержит объект 1 исследования,осевой вибропреобразователь 2 и два радиальных вибропреобразователя 3, 4, последовательно соединенные соответственно с первым, вторым и третьим усилителями 5 — 7. Выходы второго и третьего усилителя 6. 7 соединены с входами первого и второго блока умножения 8, 9. Входы первого и второго блоков умножения 8, 9 соединены с выходом генератора 21 базовой частоты, что на вход первого блока умножения сигнал с генератора 21 поступает через фазосдвигаюшее звено 22. Выходы первого усилителя 5, первого, второго, третьего блоков 8, 9 и 24 умножения,задатчика 26 нагрузок опоры соединены с входами сумматора 10 деформации. Входы третьего блока 24 умножения соединены с выходом блока 23 перестройки частоты и первым выходом задатчика

25 дефектов опор качения. Первый вход блока перестройки частоты 23 соединен с вторым выходом задатчика дефектов 25, а второй вход — с выходом генератора 21, сумматор 10 последовательно соединен со схемой задержки

11, Схема 11 задержки имеет m отводов, где

m — число тел качения подшипника опор исследуемого вала, Каждый из выходов схемы

11 задержки соединен с входом одной из однотипных цепей. Входным элементом каждой из однотипных цепей является пороговый элемент 12. Выход порогового элемента 12 соединен с объединенными входами степенного преобразователя 13 и квадратора 14. Степенной преобразователь 13 и квадратор 14 последовательно соединены с первым и вторым нормирующими усилителями 15, 16. Выходы нормирующих усилителей 15, 16, являющиеся выходами однотипных цепей, соединены с входами выходного сумматора 17. Выходной сумматор

17 последовательно соединен с фильтром 18, дифференцирующим звеном 19 и блоком регистрации 20.

Устройство работает следующим образом.

Вибропреобразователи 2 — 4 устанавливаются на корпусе исследуемого объекта. Электрические сигналы с выходов вибропреобразователей 2 — 4 проходят через усилители 5 — 7. Соотношения между коэффициентами усиления усилителей 5 — 7 определяются конструктивными параметрами шарикоподшипниковых опор. Множительные звенья 8 и 9 осуществляют операцию перемножения сигналов, пропорциональных е вибрации объекта, 1 исследования в радиальных направлениях и синусоидального базового сигнала с генератора 21, изменяющегося с частотой вращения сепаратора подшипников опор исследуемого вала. Фазосдвигаюшее звено 22, 711474 стоящее между выходом генератора 21 базового сигнала и входом первого блока 8 умножения, обеспечивзст подачу сигналов с генератора 21 на входы блоков умножения 8, 9 со сдвигом по фазе тт/2. Чтобы учесть влияние условий нагружения опор вала, в устройство введен задатчик 26 нагрузок опоры, постоянное напряжение на выходе которого пропорцнонзльно постоянной составляющей деформации тел качения подшипников, Для учета влияния тцефектов базовой дорожки колец подшипников в схему введен задзтчик дефектов 25 опор качения. Информация о дефектах подшипников является. априорной и может быть получена после диагностических исследований или ста. тистической обработки результатов исследования дефектов E подшипников. Общепринятым методом исследования является представление отклонений формы беговой дорожки от идеаль. ной в виде рядов Фурье. Преобладающий дефект беговой дорожки характеризуется его амплитудой и индексом формы. Так. для пресблядаютцей овальности беговых дорожек индекс формы равен двум, для трехгранности — трем и тд.

Напряжение электрического сигнала нз первом выходе зздатчика 25 дефектов опор качения пропорционален амплитуде преобладятошего дефекта беговых дорожек колец подшипника, Напряжение электрического сигналз на втором выходе задатчика пропорционально индексу формы преобладающего дефекта. На вход третьего блока 24 умножения поступает сигнал с зздатчика 25 с напряжением пропорциональным амплитуде преобляданицего дефекта и переменный сигнал с блока 23 перестройки частот, изменяющийся с частотой кратной частоте вращения сепараторов подшипников опор исследуемого вала и индексу формы преобладающего дефекта. На входы т блока 23 перестройки частот поступает синусоидзльный сигнал, изменяюшийся с частотой вращения сепаратора, и напряжение пропорциональное индексу формы беговой дорожки. Синусоицзльный сигнал с выхода блока 23 перемножения, связанный с преобладающим дефектом беговых дорожек колец подшипников, поступает на вход сумматора деформации. Сигнзл на выходе сумматора деформации пропорционален вибрации исследуемого вяла относительно корпуса в направлении линии контакта одного из тел качения подшипниковой опоры с беговыми дорожками колец, определяюшей переменные составляющие деформагцпт рассматривавмого тела качения. Чтобы учесть, что динамические процессы для каждого из тел качения подшипника сдвинуты по фазе, введена схема задерж- ки, имеющая m отводов, соответствующих числу тел качения подшипниковых опор. Сиптальт, Фсрмутта изобретения

Устроттствс для измерения неравномерности скорости врашзюшпхся валов в опорах качения, содержащее три усилителя, соединенные

50 последовательно выходной сумматор, фильтр, дифференцирующее звено и блок регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения диапазона и повышения точности измерения мзлоинерциснных валов, в устройство введены ззкреплелные на корпусе сбъетста измерения осевой вибропреобрззовзтель, ось чувствительности которого пзрзллельна оси вя.ля, и два радиальных вибрспрссбразсвателя, первый и второй блоки умножения, лсдклюснимаемые с соседних выходов схс т залсржт<и, имеют сдвиг пс фазе равны;-E 2 ù гсвьттт элеат нт 1 срезает стритт;ттеттьтт го та;ть сигняла, ноступающегс пз него с выходя схе5 мт,т эяцержки Снг1тзл с Выходя ex(.11û 1 1 а. держки Возводится в степень 3/2 и квадратнч у;о степень, для «его в схему ввсдетта цепочка из параллельных стеленного преобразователя 13 н квядрзторя 14. Коэффициенты усиления нормируюших усилителей 15 н 16 определяются конструктивными параметрами объекта исследования и коэффициентами трения качения и вращения. CHI.E!;UI с BE..Eõîëîâ устглнтелсй

16, 15 поступает на входы Выходного сумматора т5

17, частотный состав сигнала ня вт.тхсде ныхсштого сумматора 17 соответствует частотному составу нестябильнсстп мгнсветтнстт сксросги вращения.

Передаточная функция фильтря 18 обратно пропорциональна разности между собственной тастотой угловых кзчслнй исследуемого валя, ня которую нзстроен фильтр. и частотой(электрического сигналя ня входе. Электрический сигнал ня Выходе фильтря 18, прспорцисттяльттьтй угловым качениям исследуемого Вялз, днффе25

РепциРУетсЯ диффеРеттцнРУющнм згтеттс.;т 1ст и поступает на вход блока 20 регистрации. Измерение проводится В работях условиях для сбгьектсв, имеющих Вращаюштт::ся Взл в спорах, Вклю«а". сбьектьт, доступ к валу у кото30 рых невозможен.

Отсутствие подвижного элемента дзт«пка на В1тятцятсцтттхся элементах сб.ьекта исслсдсвялля исключает вносимые ими ттст", слтт ссттт нзмеренля и нссбхоцнмссть дополнительной бзлзнсирсвки системы.

Предлсжетшсе устройство может может быть

I псльзсвянс В приборостроении для измеретшя нестабильности мгновенной скорости вращения герметнэирсвянных гирсмотсрсв, применяемых

1 в гирсинтегратсрзх, сссбенностыс которых являтстся малые габариты, а также для контроля привода аппаратуры магнитной записи и т.д.

711474 ченные через усилители к выходам радиальных вибропреобразователей, последовательно соединенные генератор базовой частоты и фазосдвигающее звено, выходы которых подключены к вторым входам блоков умножения, задатчик дефектов опор качения, блок перестройки частоты, входы-которого подключены к выходам генератора базовой частоты и задатчика дефектов опор качения, третий блок умножения, входы которого подключены к выходам бло- . о ка перестройки частоты и задатчика дефектов опор качения, задатчик нагрузок опоры, сум матор деформации, каждый иэ четырех входов которого подключен к выходам .блоков умножения и к выходу задатчика нагрузок опоры, 15 а пятый вход подключен к выходу осевого вибропреобразователя через усилитель, многоотводная схема задержки с числом отводов по числу тел качения опоры, однотипные цепи, каждая из которых содержит последователыВ соединенные пороговый элемент, вход которого подключен к соответствующему отводу схемы задержки, а выход соединен с дополнительно введенными, последовательно включенными . квадратором и вторым нормирующим усилителем, степенной преобразователь, первый нормирующий усилитель, ° причем соответствующие выходы первого и второго нормирующих усилителей соединены с входами выходного сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Потапов Л. А. Измерение. вращающих моментов и скоростей вращения микроэлектродвигателей. М., "Энергия", 1974, с. 72 — 75.

2. Сборник. Вопросы автоматизации измерения неэлектрических величин. Труды ВПИ, Воронеж, с. 22 — 25.