Контроль подшипников качения на выбеге в процессе ультразвуковой приработки

Пыльнова. А.В., Батищева О.М. КОНТРОЛЬ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ НА ВЫБЕГЕ В ПРОЦЕССЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРИРАБОТКИ

Рассматриваются вопросы повышения надежности и эксплуатационных характеристик подшипников качения путем направленного введения ультразвуковых колебаний в процессе приработки с последующей оценкой качества методами вибрационной диагностики, проводимой в режиме выбега.

Для большого числа высокопроизводительных вращающихся машин, работающих на высоких частотах вращения, используются подшипники качения. Такие машины часто работают продолжительное время в неблагоприятных условиях и, когда их подшипники выходят из строя, стоимость простоя может быть очень высокой. Контроль, анализ и решение проблем, связанных с подшипниками, имеют в современной промышленности большое значение. Одним из путей повышения работоспособности подшипников качения является применение ультразвуковых технологий при сборке и приработке подшипников [1, 2].

Ультразвуковая приработка отличается высокой производительностью, значительным снижением сил и моментов, повышением эксплутационных характеристик подшипников качения, а также возможностью механизации и автоматизации технологического цикла. Введением ультразвуковых колебаний при сборке подшипников качения возможно целенаправленно управлять формированием контактных связей и процессом приработки подшипников, тем самым перенося режим приработки из этапа эксплуатации на стадию сборки. Управляющими параметрами при этом будут являться амплитуда, частота, и схема введения ультразвуковых колебаний, а также время их действия на узлы подшипника качения.

Проводимые в СамГТУ совместные с ОАО «Авиаагрегат» исследования по ультразвуковой запрессовке подшипников качения в деталь типа «корпус-муфта» привода автомобиля УАЗ показали значительное снижение (практически двукратное) усилия запрессовки и времени выполнения операции при следующих параметрах дополнительных тангенциальных колебаний: частота - 19 кГц, амплитуда - 10 мкм, время

воздействия - (5-7) секунд. Причем необходимо отметить, что представленная для исследований пар-

тия подшипников была забракована специалистами предприятия из-за повышенного момента трения. После ультразвуковой запрессовки и приработки все детали прошли контроль в условиях предприятия.

Контактные связи, формируемые при приработке деталей, определяют, с одной стороны, силовые и точностные параметры самого технологического процесса прирабатывания деталей, а с другой - эксплуатационные показатели приработанных узлов. Изменение характера взаимодействия поверхностей контакта, обусловленных физико-химическими процессами, которые сопровождают введение в зону сопряжения ультразвуковых колебаний, оказывает существенное влияние, как на сам процесс сборки, так и на выходные параметры соединений. В этих условиях важное значение приобретает исследование воздействия ультразвукового поля на формирование контактных связей на микро- и макроуровнях, а также реакции указанных связей на изменение основных параметров приработки. Общеизвестно, что одним из наиболее информативных показателей, характеризующих нормальный режим работы, является шероховатость поверхности. От шероховатости поверхности зависят величина силы трения, износостойкость подвижных сочленений. При одинаковых условиях изнашивания поверхностей трения после приработки создается некоторая оптимальная шероховатость (рис. 1) , не зависящая от первоначальной шероховатости [3].

Рис. 1. Схематическое представление формирования равновесной шероховатости: I - зона схватывания; II - зона преимущественно молекулярного изнашивания; III - оптимальная зона молекулярномеханического изнашивания; IV - зона преимущественно механического изнашивания; V - зона микрорезания; ^ - интенсивность изнашивания

Приработка и изнашивание идеально гладких поверхностей приводит к их схватыванию и вырыву частиц материала (зона III) и как следствие - к огрублению поверхности и росту высоты неровностей вплоть до перехода в зону III (зону равновесной шероховатости). Грубые поверхности (зона V) в процессе микрорезания прирабатываются, высота неровности уменьшается и также наблюдается постепенный переход в зону III. В том случае, если исходная шероховатость близка к равновесной, то износ поверхностных слоев в процессе приработки незначителен.

Введение УЗК существенно интенсифицирует процесс приработки с меньшими энергетическими затратами, способствуя ускоренному достижению равновесной шероховатости.

Производя до приработки анализ вибродиагностических сигналов, формируемых при вращении подшипника от максимально допустимой частоты вращения до его полной остановки (на выбеге), можно косвенно оценить качество подшипникового узла. Осуществив аналогичный анализ после ультразвуковой приработки подшипникового узла можно провести диагностику и определить степень увеличения показателей качества подшипника, к которым относятся виброактивность на различных собственных частотах, время выбега, температура подшипникового узла. Спектр вибрации подшипниковых узлов лежит в широ-

ком диапазоне частот (от единиц до 20000 Гц). В связи с этим при использовании прямого спектра вибрации или спектра огибающей (модуляционные характеристики) в диагностических целях необходимо идентифицировать частоты их вибрации.

На рис. 2 показана блок-схема устройства для вибрационной диагностики подшипников.

Рис. 2. Блок-схема устройства вибрационной диагностики подшипников:

1 - датчик вибрации; 2 - усилитель; 3 - блок умножения; 4 - циклическое устройство; 5 - схемы сравнения; 6 - схемы совпадения; 7- датчик вращения; 8 - усилитель;9 - генераторы (перестраиваемые генераторы); 10 - интерфейс; 11 - процессор

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 вибрации преобразует вибрации диагностируемого подшипника в электрический сигнал, который усиливается усилителем 2 и поступает на первый вход блока умножения 3. В циклическом устройстве 4 формируются пилообразные сигналы, эквивалентные мгновенным значениям косинуса (синуса), которые перемножаются в блоке умножения 3 с сигналом вибрации диагностируемого подшипника.

При определении частотных составляющих спектра вибраций деталей проверяемого подшипника перестраиваемые генераторы 9 генерируют импульсы пилообразного напряжения, частоты которых соответствуют контролируемым деталям подшипника, а именно наружному кольцу, внутреннему кольцу и шарикам

Частота следования импульсов пилообразного напряжения, генерируемых циклическим устройством 4 должна быть такой, чтобы по точкам пересечения пилообразных напряжений циклического устройства 4 и пилообразных напряжений перестраиваемых генераторов 9 можно было бы с достаточной точностью представить импульсы пилообразного напряжения, генерируемые генераторами 9. Мгновенным значениям пилообразного напряжения, поступающим с циклического устройства 4 на блок умножения 3, присваивается соответствующий вес и производится его перемножение на текущее значение исследуемого вибрационного процесса. При совпадении значений пилообразных напряжений на циклическом устройстве 4 и каком-либо из перестраиваемых генераторов 9 схема сравнения 5 открывает соответствующую схему совпадения 6 и соответствующее произведение поступает через интерфейс 10 в процессор 11.

При изменении режимов работы подшипника, а именно частоты вращения, датчик вращения 7 через усилитель 8 выдает сигналы управления на входы перестраиваемых генераторов 9, которые соответствующим образом перестраивают частоту, подстраиваясь под режим вращения подшипника.

Частотные составляющие вибрации элементов подшипника определяются, например, в соответствии с методикой, приведенной в [4].

Таким образом, предлагаемый подход позволяет оценивать качество подшипниковых узлов по их виброактивности, как до ультразвуковой приработки, так и после ее проведения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нерубай М.С. Физико-технологические методы обработки и сборки [Текст] / М.С. Нерубай, В.В. Калашников, Б.Л. Штриков, С.И. Яресько.- М: Машиностроение- 1, 2005. - 396 с.- 13БЫ 5-94275-1722.

2. Штриков Б.Л. Информационно-технологическое обеспечение ультразвуковой сборки прессовых соединений [Текст] / Б.Л. Штриков, В.Г. Шуваев// Сборка в машиностроении, приборостроении, М.: Машиностроение. - 2004, № 9, С. 10-13.

3. Сутягин А.Н. Влияние параметров качества поверхностного слоя деталей узлов трения на величину их износостойкости [Текст] / А.Н. Сутягин // Трение и смазка в машинах и механизмах, 2007, № 7, С. 46-48.