УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ РОЛИКОВЫХ КОНИЧЕСКИХ ПОДШИПНИКОВ

Полезная модель относится к области подшипниковой промышленности и может быть использована для контроля качества выпускаемой продукции путем анализа вибрационных характеристик подшипников.
Известно устройство для диагностики подшипников (авторское свидетельство СССР №1620881, МКИ G 01 М 13/04, оп. 1991 г.), включающее аналого-цифровые преобразователи, блоки обработки вибрационного сигнала и ЭВМ. Устройство позволяет проводить анализ качества подшипника путем оценки короткого вибрационного сигнала, возникающего при взаимодействии поверхностей элементов подшипника с дефектами. Однако, ограниченные технологические возможности известного устройства и низкая производительность процесса контроля не позволяют использовать его для проведения комплексной диагностики всех деталей подшипника без его разборки, а потому известное устройство не нашло широкого применения в условиях массового производства
подшипников.
Наиболее близким к описываемой полезной модели является устройство для диагностики подшипников (Патент РФ №2104510, МКИ 01 М 13/04, оп. 1997 г.), содержащее датчик вибросигнала, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок быстрого преобразования Фурье, определитель частоты вращения внутреннего кольца подшипника, устройство управления, блоки обработки данных и регистрации результатов.
Известное устройство осуществляет измерение сигнала вибрации подшипника, его преобразование в цифровую форму, после чего реализацию вибросигнала подвергают быстрому преобразованию Фурье (БПФ) и проводят анализ полученного амплитудного спектра посредством разделения его на составляющие, обусловленные отдельными свойствами деталей подшипника и сравнения их с заданными характеристиками.
Однако известное устройство не позволяет с достаточной степенью точности диагностировать качество изготовления роликовых конических подшипников из-за отсутствия средств, учитывающих особенности их формы и размеров.
Таким образом, технический результат, получаемый при реализации описываемой полезной модели, состоит в повышении объективности оценки качества изготовления роликовых конических подшипников и точности проведения анализа.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для диагностики роликовых конических подшипников, включающее датчик вибросигнала, усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь, блок быстрого преобразования Фурье, подключенный к его выходу определитель частоты вращения внутреннего кольца подшипника, устройство управления, а также блоки обработки данных и регистрации результатов, содержит блок перемножения и формирователи частотного спектра вращения сепаратора относительно наружного кольца, частотного спектра вращения сепаратора относительно внутреннего кольца и частотного спектра вращения ролика
вокруг собственной оси, первые входы которых подключены к определителю частоты вращения внутреннего кольца подшипника, вторые входы - к выходам задатчика конструктивных параметров, а выходы - через переключатель ко входу блока перемножения, второй вход которого соединен с выходом блока быстрого преобразования Фурье, а выход - с блоками обработки данных и регистрации результатов, при этом устройство управления соединено с управляющими входами формирователей, переключателя, блока перемножения и блока обработки данных, блока регистрации результатов, блока преобразования Фурье и аналого-цифрового преобразователя.
Устройство для диагностики подшипников согласно полезной модели осуществляет преобразование электрического сигнала на выходе датчика вибросигнала и пропорционального вибрации подшипника при его вращении под нагрузкой в цифровую форму, после чего полученную временную последовательность подвергают быстрому преобразованию Фурье и анализируют амплитудный спектр сигнала вибрации подшипника.
с\н
с\в
p
При этом первоначально по амплитудному спектру вибросигнала определяют действительную частоту вращения внутреннего кольца подшипника. На основе данных о действительной частоте вращения внутреннего кольца и о заданных конструктивных параметрах роликового конического подшипника - угла контакта и угла конуса ролика -определяют частоту вращения сепаратора относительно наружного кольца(f), частоту вращения сепаратора относительно внутреннего кольца (f) и частоту вращения ролика вокруг собственной оси (f) по следующим формулам:
где α - угол между осью ролика и осью подшипника, а γ - половина угла конуса ролика.
н
в
в
Исходя из этих частот формируют сигналы с расчетными наборами характерных частот возбуждения («частотные маски») от наружного кольца (f), от внутреннего кольца (f) и от комплекта роликов (f) (черта сверху означает набор частот) по следующим формулам:
где z - количество роликов в подшипнике,
k - любое натуральное число (1, 2, 3...),
n - любое натуральное число или ноль (0, 1, 2, 3)
Путем последовательного перемножения полученного в результате БПФ сигнала вибрации с «частотными масками» в измеренном амплитудном спектре вибросигнала выделяют группы гармоник, соответствующие частотным характеристикам отдельных элементов подшипника, а также обусловленные отдельными свойствами и погрешностями элементов подшипника. После чего определяют долевой вклад каждой из выделенных групп гармоник в общую мощность вибросигнала. Таким образом, накладывая на спектр вибрации всего подшипника соответствующие «частотные маски», устройство вычисляет вклад в вибрацию конического подшипника его отдельных деталей (наружного и внутреннего колец и роликов) и позволяет с высокой точностью проводить оперативную диагностику деталей роликовых конических подшипников без разборки самого
подшипника
На чертеже фиг.1 представлена блок-схема описываемого устройства для диагностики подшипников.
Датчик 1 вибросигнала через усилитель 2 и фильтр 3 низких частот связан с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 4, на выходе которого установлен цифровой фильтр 5 нижних частот, выход которого подключен к блоку 6 быстрого преобразования Фурье, первый выход которого через блок 7 определения частоты вращения внутреннего кольца соединен с первыми входами блоков 8, 9 и 10 формирования, соответственно, частотного спектра вращения сепаратора относительно наружного кольца, частотного спектра вращения сепаратора относительно внутреннего кольца и частотного спектра вращения ролика вокруг собственной оси, подключенных вторыми входами к выходам 11 задатчика конструктивных параметров, а выходами через переключатель 12 - к первому входу блока 13 перемножения, второй вход которого соединен с выходом блока 6 быстрого преобразования Фурье, а выход - с входом блока 14 обработки данных и с устройством регистрации результатов 15. Устройство управления 16, включающее буферную память, подключено к управляющим входам АЦП 4 и блоков 6, 8-10,12-15, и обеспечивает работу устройства по заданному алгоритму, например, в следующем режиме.
Блок 14 обработки данных выполнен с возможностью осуществлять операцию квадратичного суммирования и вычислять вклад каждого выделенного спектра в общую последовательность.
Устройство для вибродиагностики роликовых конических подшипников работает следующим образом.
Испытуемый подшипник устанавливают на оправке приводной установки и подают осевую нагрузку от приводного механизма через шпиндель, приводящий во
вращение внутреннее кольцо подшипника (на чертеже не показано).
Информационный вибросигнал, поступающий с датчика 1 вибросигнала, размещенного на неподвижном наружном кольце испытуемого подшипника корректируют в усилителе 2, обеспечивая соответствие динамического диапазона значений входного сигнала динамическому диапазону АЦП 4 и посредством фильтра 3 отсекают частоты выше частоты Найквиста. Поступающий на вход АЦП 4 аналоговый сигнал преобразуют в дискретную последовательность и после низкочастотной цифровой фильтрации посредством фильтра 5 нижних частот подвергают быстрому преобразованию Фурье (БПФ) в блоке 6, который может быть выполнен, например, в виде специализированного процессора БПФ. Сигнал на выходе блока 6, представляющий собой амплитудный спектр исследуемого подшипника, поступает на вход блока 7 определения частоты вращения внутреннего кольца подшипника и на вход блока 13 перемножения, а также может быть записан во внешнюю память (на чертеже не показана), отображен на экране дисплея 17 и/или распечатан на бумажном носителе посредством печатающего устройства 18.
с\н
с\в
По каналам 11 в блоки 8, 9 и 10 вводят информацию о расчетных геометрических параметрах роликового подшипника и с использованием данных, полученных с выхода блока 7 о величине частоты вращения внутреннего кольца подшипника определяют по указанным выше формулам (1, 2, 3) и формируют характерные частотные группы для отдельных элементов подшипника, вносящих доминирующий вклад в его вибрацию, возникающую, главным образом за счет неидеальных поверхностей дорожек качения наружного и внутреннего колец подшипника и перемещающихся по ним роликов и неточностей сборки подшипника. Таким образом, на выходе блока 8 получают сигнал, характеризующий частоту вращения сепаратора относительно наружного кольца(f), на входе блока 9 - частоту вращения сепаратора относительно внутреннего кольца (f), а на
p
выходе блока 10 - частоту вращения ролика вокруг собственной оси (f).
с\н
p
Полученные данные о спектрах вибросигнала, соответствующие расчетным частотам наружного кольца, внутреннего кольца и комплекта роликов через переключатель 12 подают на вход блока 13 перемножения, на второй вход которого поступает спектр вибрации подшипника. В результате перемножения сигналов на выходе блока 13 получают сигнал, состоящий из наборов гармоник, соответствующих вибрации от вращения сепаратора относительно наружного кольца(f), от вращения сепаратора относительно внутреннего кольца и отвращения ролика вокруг собственной оси (f).
После квадратичного суммирования в блоке 14 обработки данных определяют вклад каждого спектра в общей последовательности реального вибросигнала роликового конического подшипника.
В качестве управляющего и обрабатывающего устройства может быть использована ЭВМ, обеспечивающая выполнение функций блоков 6-18, включая реализацию алгоритмов цифровой обработки сигналов, статистический анализ результатов исследования и их документирование в «виде виртуального прибора» со специальным программным обеспечением по обработке вибросигнала.
Реализация описываемого устройства для диагностики подшипников в соответствии с настоящей полезной моделью позволяет проводить оперативную диагностику деталей подшипников, влияющих на его вибрацию без разборки самого подшипника, в связи с этим резко повышается быстродействие и снижается трудоемкость процесса диагностики подшипников.