СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОСЕВОГО НАТЯГА ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР РОТОРА
METHOD OF DETERMINING PRELIMINARY AXIAL PRELOAD OF BEARING SUPPORTS OF ROTOR

Изобретение относится к приборостроению, в частности к способам испытания подшипниковых опор ротора, и может быть преимущественно использовано при определении предварительного осевого натяга подшипников качения ротора.
Известен способ определения предварительного осевого натяга шарикоподшипников гиродвигателя путем приложения внешней осевой нагрузки на гиродвигатель и измерения ее величины, при которой разгружается один из шарикоподшипников (а.с. СССР №777430, опубл. 07.11.1980 г.).
Создается два значения внешней осевой нагрузки на гиродвигатель, заведомо превышающих величину нагрузки, при которой разгружается один из шарикоподшипников, и производят при этих значениях нагрузки и без нее измерение моментов трения вращения ротора гиродвигателя.
Однако известный способ не обладает достаточной точностью из-за низкой точности измерения момента трения. Большая погрешность в измерении предварительного осевого натяга отрицательно сказывается на точности и долговечности гиродвигателя, так как большой натяг вызывает интенсивный износ опор, а малый приводит к недопустимому смещению центра тяжести.
Известен также способ измерения осевого натяга шарикоподшипников узла ротора динамически настраиваемого гироскопа (патент РФ №2058535, опубл. 20.04.1996 г.).
Предварительно датчик момента гироскопа преобразуется в датчик силы, который прикладывает к ротору гироскопа переменную силу в осевом направлении. С помощью вибродатчика определяют одну из собственных частот гироскопа и сравнивают эту величину с паспортным значением.
Недостатком способа является недостаточная точность в измерении натяга из-за наличия уровня возмущающих воздействий на чувствительный элемент динамически настраиваемого гироскопа и сложность способа контроля предварительного натяга.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения предварительного осевого натяга подшипников качения ротора и упрощение аппаратной реализации измерения.
Технический результат достигается путем возбуждения собственных колебаний вала ротора и измерения параметров колебаний. Для каждого типа роторов, имеющих в опорах подшипники качения, выводятся экспериментальным путем зависимости относительной частоты пика от установки предварительного натяга. В качестве объекта исследования используется высокоскоростной шлифовальный мотор-шпиндель отечественного производства, жестко закрепленный на массивном чугунном столе. Шпиндельный узел сконструирован таким образом, что наименьшее значение величины предварительного натяга чуть больше нуля, т.е. зазор в подшипниковых опорах отсутствует. В его передней и задней опорах установлены одинаковые одиночные радиально-упорные подшипники 76101Е. Общая схема экспериментального стенда приведена на фиг. 1. Эксперимент проводят следующим образом: на вал шпинделя 1 в радиальном направлении воздействуют силовым импульсом малой длительности (т.е. упругим ударом), создаваемым стальным шариком 2, подвешенным на плече штатива 3. Направляющей для траектории движения шарика и одновременно устройством для обеспечения одинаковой силы удара служит обычная линейка 4 (т.е. шарик отклоняют на строго определенное расстояние при каждом повторном ударе). Информационно-измерительная система состоит из датчика виброускорения 5, контроллера и программного обеспечения 6.
Для измерения и контроля силы предварительного натяга в конструкцию шпиндельного узла предварительно внесены следующие изменения: вдоль оси вала шпинделя между регулировочным винтом установки предварительного натяга и пружиной при минимуме вмешательства в конструкцию узла, устанавливается датчик силы, а на корпус шпинделя в области передней опоры на одной оси с направлением приложенной силы удара крепится датчик виброускорения.
Воздействуя силовым импульсом малой длительности (т.е. упругим ударом), получают отклик виброускорения, что позволяет вычислить относительную частоту пика и сопоставить ее с показаниями датчика силы.
Визуальный анализ амплитудно-частотной характеристики шпиндельного узла, приведенный на графике 1, показывает, что с увеличением значения установки предварительного натяга спектр начинает смещаться в область более высоких частот, а при значениях предварительного натяга ≥80 Н происходит заметное сужение «эффективной ширины» спектра.
Таким образом, критерием для определения величины предварительного натяга выбрано значение относительной частоты пика, которая будет вычисляться как абсцисса центра тяжести спектрограммы выбранного частотного диапазона [a, b].
Проделав эксперимент для всего рабочего диапазона установки предварительного осевого натяга, получаем зависимость относительной частоты пика от величины установки предварительного натяга.
c
Полученные в результате эксперимента значения предварительного натяга и соответствующие им найденные значения относительных пиковых частот f приведены в таблице.
c
Зависимость относительных пиковых частот f от величины установки предварительного натяга приведена на графике 2. Из графика видно, что в области малых значений предварительного натяга разрешающая способность (т.е. точность) определения значения предварительного натяга выше.
Анализируя частотный состав амплитудных спектров, можно определить пики собственных частот шпиндельного узла при различных значениях предварительного натяга, определить их вклад в суммарную вибрацию и соответственно выбирать режимы работы шпиндельного узла, которые позволят снизить его виброактивность и повысить точность обработки.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволит повысить точность определения предварительного осевого натяга подшипниковых опор роторов и упростить аппаратную реализацию измерений.