ИНДИКАТОР НЕИСПРАВНОСТЕЙ ПОДШИПНИКА
DETECTION OF BEARING DEFECT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству индикации неисправностей подшипника или снижения работоспособности подшипника. Более конкретно, хотя и не исключительно, изобретение относится к устройству индикации неисправностей подшипника для использования в поверхностях управления воздушного судна, например, в элеронах, закрылках и интерцепторах.
Уровень техники
Оценка состояния или работоспособности подшипников традиционно осуществляется путем проверки люфта подшипника, состояния смазочного материала, или путем измерения коэффициента трения в подшипнике. Однако многие подшипники, установленные в рабочей среде, препятствуют или снижают возможность эффективной оценки этих показателей работоспособности.
Например, бывает трудно определить коэффициент трения в подшипнике, если он установлен как часть механизма, в котором отдельный вклад этого подшипника в работу сложной системы нелегко различить.
Более того, бывает нелегко оценить состояние смазочного материала, поскольку подшипник может быть установлен в недоступной среде. Также бывает очень трудно обнаружить люфт в условиях собранного механизма, или он может быть полностью скрыт в случае заклинивания подшипника при вращении внутри корпуса или относительно вала.
Эти вопросы особенно остро стоят применительно к конструкциям воздушного судна. В отношении воздушного судна действуют более жесткие требования к надежности и эксплуатационные ограничения, чем в отношении большинства других сложных механизмов. Таким образом, надежные и точные механизмы мониторинга работоспособности подшипников имеют существенное значение.
Некоторые подшипники, участвующие в работе поверхностей управления воздушного судна, часто становятся недоступными из-за других компонентов воздушного судна, а также могут являться частью более сложных конструкций, которые делают неясным поведение отдельного подшипника. Например, шарнир в сложном устройстве механизации крыла может являться частью конструкции, включающей несколько подшипников, и признаки неисправности или начальной стадии неисправности подшипника могут быть скрыты за работой всего устройства. Кроме того, поведение неисправных подшипников может также зависеть от физических условий, в которых они работают. Так, дефектный подшипник может вести себя иначе, когда воздушное судно находится в рабочей среде и подшипники нагружены.
Поэтому, как правило, необходимо частично или полностью разобрать узел, содержащий подшипник, чтобы определить его состояние.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение имеет целью преодолеть вышеизложенные проблемы или внести улучшения.
В одном из аспектов изобретение предусматривает устройство индикации неисправностей подшипника, включающее:
(а) подшипник, имеющий внутреннее и наружное кольца;
(б) первую деталь, установленную с фиксацией относительно внутреннего или наружного кольца подшипника;
(в) индикатор неисправностей, установленный с фиксацией относительно первой детали и внутреннего или наружного кольца подшипника, причем индикатор неисправностей выполнен таким образом, что при возникновении относительного движения между первой деталью и кольцом подшипника, к которому он прикреплен, индикатор реагирует на это относительное движение, тем самым указывая на неисправность подшипника, при этом индикатор неисправностей включает в себя указатель, выполненный с возможностью смещения относительно кольца подшипника, относительно которого он зафиксирован, когда индикатор неисправностей деформируется или приходит в движение.
Такая конструкция позволяет осуществлять контроль подшипника «на месте» с целью обнаружения его износа или неисправности. Если коэффициент трения между частями подшипника, т.е. внутренним и наружным кольцами, увеличивается, или подшипник заклинивает, индикатор позволяет обнаружить подобную неисправность или начальную стадию неисправности без необходимости разбирать конструкцию, окружающую подшипник.
В предпочтительном варианте индикатор неисправностей реагирует на относительное движение первой детали и внутреннего или наружного кольца подшипника, к которому он прикреплен, в виде перемещения относительно первой детали и/или кольца подшипника, к которому прикреплена первая деталь. Это движение может быть обнаружено по движению индикатора неисправностей относительно реперной отметки, посредством указателя, или по деформированию индикатора неисправностей.
Предпочтительно, чтобы индикатор неисправностей был выполнен в форме кольца, выполненного с возможностью сцепления с внутренним или наружным кольцом подшипника.
Предпочтительно, чтобы индикатор неисправностей был сцеплен с внутренним или наружным кольцом подшипника посредством фиксатора.
Индикатор неисправностей может быть изготовлен из материала с физическими свойствами, выбранными так, чтобы индикатор неисправностей реагировал на определенный момент, передающийся между внутренним и наружным кольцами подшипника.
Изобретение далее предусматривает шарнир, включающий, по меньшей мере, одно описанное выше устройство индикации неисправностей подшипника.
Изобретение также предусматривает поверхность управления воздушного судна, включающую этот шарнир.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение далее будет описано в виде примера со ссылкой на чертежи, где:
Фигура 1 иллюстрирует устройство индикации неисправностей подшипника в частично разобранном виде согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
Фигура 2 иллюстрирует горизонтальную проекцию устройства индикации неисправностей подшипника, показанного на фигуре 1;
Фигура 3 иллюстрирует вид устройства индикации неисправностей подшипника, показанного на фигурах 1 и 2, в поперечном сечении; и
Фигура 4 иллюстрирует детальный вид индикатора неисправностей, показанного на фигуре 3.
Осуществление изобретения
В последующем описании следует понимать, что под «неисправностью подшипника» также имеется в виду сниженная работоспособность подшипника. С учетом этого настоящее изобретение может быть использовано не только для обнаружения полной неисправности подшипника, но также для обнаружения частичной неисправности или снижения работоспособности подшипника. Такое состояние обычно проявляется в постепенном увеличении коэффициента трения между рабочими частями подшипника и, следовательно, увеличении приложенного момента между внутренним и наружным кольцами подшипника.
Фигуры 1, 2 и 3 иллюстрируют устройство 10 индикации неисправностей подшипника согласно одному из вариантов осуществления изобретения, включающее подшипник 61, имеющий внутреннее кольцо 32 и наружное кольцо 16. Согласно приведенному примеру, первая деталь в форме оси 42 шарнира зафиксирована относительно внутреннего кольца 32 подшипника. Традиционно это достигается за счет сил трения. Ось 42 зажата в неподвижной конструктивной детали 12 при помощи втулок 101 и 30. Механизм 70, 71 предотвращает вращение оси относительно неподвижной конструктивной детали 12. Таким образом, ось 42 не может вращаться относительно втулки 101.
Согласно варианту, показанному на фигуре 3, ось 42 шарнира, внутреннее кольцо 32 и конструктивная деталь 12 зафиксированы при нормальной работе подшипника. Следует обратить внимание, что в альтернативных вариантах наружное кольцо может быть зафиксировано относительно какой-либо детали конструкции, и относительное движение между этой деталью и наружным кольцом будет указывать на неисправность подшипника. Этот альтернативный вариант будет рассмотрен более подробно ниже.
Устройство индикации неисправностей подшипника включает индикатор неисправностей в виде пластины 15 индикации неисправностей подшипника, показанной детально на фигуре 4. Эта деталь условно обозначена как ПИНП 15. Согласно фигуре 1, ПИНП 15 зафиксирована относительно оси 42 шарнира и внутреннего кольца 32 подшипника. ПИНП 15 установлена на оси 42 и прикреплена к внутреннему кольцу 32 таким образом, что при возникновении относительного движения между осью 42 шарнира, которая в нормальном состоянии относительно неподвижна, и внутренним кольцом 32 подшипника, которые в нормальном состоянии зафиксированы друг относительно друга, ПИНП 15 будет показывать это движение, предпочтительно, видимым способом.
Относительное движение между кольцом подшипника и деталью, к которой оно в нормальном состоянии прикреплено неподвижно, может возникнуть только при превышении определенной нагрузки в виде момента между этими деталями.
То есть, согласно фигуре 3, при нормальной работе внутреннее кольцо 32 и наружное кольцо 16 свободно вращаются друг относительно друга как при нормальном функционировании подшипника. Однако, если подшипник 61 начинает заклинивать, движение подвижной детали 11 создаст усилие, которое будет передаваться через наружное кольцо 16 на внутреннее кольцо 32. Внутреннее кольцо 32 и ось 42 шарнира зажаты втулкой 101, а вращение оси 42 предотвращает механизм 70, 71. В зависимости от предварительной нагрузки, приложенной к втулке 101 посредством зажимного усилия, созданного моментом затяжки оси, в определенный момент времени усилие реакции втулки 101 превысит зажимное усилие. В этой ситуации вращательное движение, которое в нормальном состоянии относилось бы к свободному движению колец подшипника, проявится в виде момента между осью 42 шарнира и внутренним кольцом 32. При превышении этой нагрузки в виде момента возникает движение между осью 42 и внутренним кольцом 32. ПИНП 15, которая зафиксирована относительно внутреннего кольца 32, реагирует на этот момент, тем самым указывая на неисправность подшипника или на начальную стадию неисправности.
В проиллюстрированном варианте ПИНП 15 установлена на оси 42 шарнира и удерживается в неподвижном положении при помощи фиксатора или лепестка 40 (смотри фигуру 4). Когда ПИНП установлена на оси 42, лепесток 40 входит в соответствующей формы паз 19, видимый на фигуре 1, выполненный на наружной поверхности внутреннего кольца 32. Это удерживает ПИНП 15 в фиксированном положении относительно внутреннего кольца 32 и, при нормальной работе подшипника, относительно оси 42 шарнира.
Согласно данному варианту, если подшипник полностью заклинивает, внутреннее кольцо 32 становится неподвижным относительно наружного кольца 16. Если усилие вращения впоследствии приложено к детали 11 шарнира, момент будет передаваться от наружного кольца 16 к внутреннему кольцу 32 и может вызвать скольжение внутреннего кольца относительно оси 42 шарнира. Так как ПИНП 15 соединена с внутренним кольцом по типу шпоночного соединения, она будет двигаться относительно оси 42 шарнира. Это движение может быть обнаружено по движению плеча 41 ПИНП относительно реперной отметки (не показана) на зафиксированной конструктивной детали 12 шарнира. Если наблюдается подобное движение, это свидетельствует о скольжении между внутренним кольцом 32 и осью 42 шарнира и, следовательно, о неисправности подшипника 61.
В альтернативном варианте ПИНП 15 может иметь особую внутреннюю периметральную форму 51, которая совпадает с формой наружной поверхности оси 42 шарнира. В этой ситуации скольжение между осью 42 и внутренним кольцом 32 снова проявится в движении плеча 41 ПИНП относительно конструктивной детали 12, а также в потенциальной деформации ПИНП 15.
В зависимости от формы ПИНП, при неисправности подшипника ПИНП 15 может как деформироваться, так и двигаться относительно реперной отметки, указывая тем самым на неисправность подшипника.
Лепесток 40 и/или «втулочное» соединение ПИНП 15 с осью 42 гарантирует эффективное сцепление ПИНП с внутренним кольцом 32 подшипника 61 и осью 42, так что любое вращательное движение внутреннего кольца 32 подшипника относительно оси шарнира 42 становится заметным по соответствующему движению ПИНП 15.
ПИНП может изготавливаться из материала с физическими свойствами, выбранными таким образом, что ПИНП становится «активной» или реагирует на определенный избыточный момент, передаваемый между внутренним 32 и наружным 16 кольцами подшипника и, следовательно, между внутренним кольцом 32 и осью 42. Кроме того, может быть использован материал, который обеспечивает низкий коэффициент трения между ПИНП 15 и поверхностью втулки. Например, ПИНП 15 может быть изготовлена из алюминия/бронзы, а втулка - из стали. Подобное сочетание обеспечивает дополнительное преимущество, предохраняя индикатор и втулку от сваривания.
Таким образом, изобретение предусматривает визуальный неинтрузивный метод обнаружения неисправностей подшипника. Больше нет необходимости разбирать установку подшипника для проверки или анализа его состояния. Это обеспечивает явное преимущество там, где используется система подшипников, установленных в воздушном судне, где подобный анализ «на месте» затруднен.
Несмотря на то что изобретение описано на примере и со ссылкой на частные варианты, должно быть понятно, что допускаются модификации и/или улучшения без отклонения от объема прилагаемой формулы изобретения.
Там, где в последующем описании упоминаются числа или элементы, имеющие известные эквиваленты, подобные эквиваленты включены в данный документ в качестве самостоятельных.