способ контроля качества колец подшипника качения

Формула изобретения

Способ контроля качества колец подшипника качения, заключающийся в том, что вращают одно из колец смазанного подшипника с рабочей частотой, создают радиальное циркуляционное нагружение контролируемого кольца с рабочей частотой и местное нагружение неконтролируемого кольца, измеряют частоту вращения сепаратора и среднеквадратические значения гармонических составляющих диагностического параметра на частотах F_и=F_c·Z+F_к·M·L, где F_к - частота вращения кольца; F_c - частота вращения сепаратора; Z - число тел качения в подшипнике; М - числовой коэффициент, значение которого выбирают равным 2 при оценке овальности и равным 3, 4,... - при оценке огранки соответствующего порядка; L - числовой коэффициент, отличающийся тем, что в качестве диагностического параметра используют электрическое сопротивление подшипника (R), при этом среднеквадратические значения гармонических составляющих диагностического параметра (R _и) измеряют на частотах F_и при значении числового коэффициента L, равном трем, дополнительно измеряют среднеквадратическое значение гармонической составляющей диагностического параметра (R_и) на частоте F_н=F_с·Z, а об отклонениях от круглости дорожки качения контролируемого кольца судят по отношению .

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть преимущественно использовано для контроля качества дорожек качения подшипников, установленных в узлы, при выполнении механосборочных работ в процессе изготовления и ремонта машин и механизмов.

Известны способы контроля качества подшипника, заключающиеся в том, что нагружают смазанный подшипник, вращают одно из его колец и измеряют параметры флуктуирующей проводимости подшипника, по значениям которых оценивают его качество, в частности качество дорожек качения колец. В известном способе [1] измеряют значения мощностей флуктуации электрического тока, протекающего через подшипник при подключении его колец к источнику электрического напряжения, в двух одинаковых по ширине диапазонах частот с различными начальными частотами, а о качестве подшипника судят по разности измеренных значений мощностей. В известном способе [2] для контроля качества измеряют среднее значение нормированного интегрального времени (НИВ) электрического контактирования в подшипнике.

Недостатком известных способов является то, что они обеспечивают получение лишь усредненной комплексной оценки качества подшипника в целом, но не дают возможности выделения информации о состоянии его отдельных деталей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу того же назначения является способ, заключающийся в том, что вращают одно из колец смазанного подшипника с рабочей частотой, создают радиальное циркуляционное нагружение контролируемого кольца с рабочей частотой и местное нагружение неконтролируемого кольца, измеряют частоту вращения сепаратора и среднеквадратические значения гармонических составляющих диагностического параметра на частотах F_и=F_c·Z+F _к·M·L, где F_к - частота вращения кольца; F_c - частота вращения сепаратора; Z - число тел качения в подшипнике; М - числовой коэффициент, значение которого выбирают равным 2 при оценке овальности и равным 3, 4,... при оценке огранки соответствующего порядка; L - числовой коэффициент [3].

В известном способе в качестве диагностического параметра используют нормированное интегральное время (НИВ) электрического контактирования в подшипнике (К), среднеквадратические значения гармонических составляющих диагностического параметра (К_F) измеряют при значениях коэффициента L, равных 1 или 2, в зависимости от требуемого диапазона оцениваемого отклонения от круглости, измеряют также среднеквадратическое значение переменной составляющей диагностического параметра (К_о), а об отклонениях от круглости дорожки качения контролируемого кольца судят по отношению . Данный способ принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного, принятого за прототип способа, относится следующее. Нормированное интегральное время электрического контактирования является эффективным диагностическим параметром только при работе подшипника в условиях смешанной (полужидкостной) смазки. Независимо от состояния подшипника при его работе в условиях жидкостной смазки (характерно для высококачественных высокоскоростных опор) значение НИВ становится равным нулю, а в условиях граничной смазки (характерно для низкооборотных опор) НИВ становится равным единице. В обоих случаях метод контроля неработоспособен. Таким образом, область использования, принятого за прототип известного способа контроля и его достоверность при проведении механосборочных работ ограничены.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения области применения и повышения достоверности контроля качества колец установленного в узле подшипника при проведении механосборочных работ. Технический результат - оценка реальных, сформировавшихся при сборке подшипникового узла регулярных отклонений от круглости дорожек качения колец подшипника, работающего при любом режиме смазки.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе контроля качества дорожек качения колец подшипника качания, заключающемся в том, что вращают одно из колец смазанного подшипника с рабочей частотой, создают радиальное циркуляционное нагружение контролируемого кольца с рабочей частотой и местное нагружение неконтролируемого кольца, измеряют частоту вращения сепаратора и среднеквадратические значения гармонических составляющих диагностического параметра на частотах F_и =F_c·Z+F_к·M·L, где F _к - частота вращения кольца; F_c - частота вращения сепаратора; Z - число тел качения в подшипнике; М - числовой коэффициент, значение которого выбирают равным 2 при оценке овальности и равным 3, 4,... при оценке огранки соответствующего порядка; L - числовой коэффициент, согласно изобретению в качестве диагностического параметра используют электрическое сопротивление подшипника (R), среднеквадратические значения гармонических составляющих диагностического параметра (R_и) измеряют на частотах F_и при значении числового коэффициента L, равном трем, дополнительно измеряют среднеквадратическое значение гармонической составляющей диагностического параметра (R_н) на частоте F_н =F_c·Z, а об отклонениях от круглости дорожки качения контролируемого кольца судят по отношению .

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 - пример конструктивного исполнения устройства нагружения; на фиг.3 - полученная зависимость от значения овальности дорожки качения контролируемого наружного кольца подшипника типа 306, иллюстрирующая пример реализации способа; на фиг.4 - зависимости и от значения овальности дорожки качения контролируемого наружного кольца подшипника типа 306, иллюстрирующие наибольшую чувствительность предложенного метода по сравнению с прототипом.

Внутреннее кольцо контролируемого подшипника 1, нагруженного радиальной силой с помощью устройства нагружения 2, установлено на валу 3 сборочного узла, наружное кольцо - в корпусе 4. Устройство содержит источник 5 электрического напряжения, один полюс которого через преобразователь 6 сопротивления в напряжение и токосъемник 7, вал 3 подключен к внутреннему кольцу подшипника 1, а другой полюс подключен к наружному кольцу подшипника 1. К выходу преобразователя 6 сопротивления в напряжение подключен усилитель 8, выход которого через узкополосные фильтры 9 и 10 связан со входами квадратичных детекторов 11 и 12. Выходы детекторов 11 и 12 подключены ко входам преобразователя 13 отношений, выходной сигнал которого поступает на вход устройства 14 индикации. Первичный преобразователь измерителя частоты вращения 15 расположен в непосредственной близости от сепаратора подшипника 1. Устройство нагружения 2 может быть выполнено, например, в виде устройства дисбаланса, представляющего собой груз 16, закрепленный на диске 17, который, в свою очередь, установлен с помощью муфты 18 на валу 3.

Способ осуществляют следующим образом. С помощью вала 3 вращают внутреннее кольцо испытуемого подшипника 1 с рабочей частотой F_к, а устройством нагружения 2 создают радиальное циркуляционное нагружение контролируемого кольца с рабочей частотой и местное нагружение неконтролируемого кольца. При контроле вращающегося внутреннего кольца муфту 18 отключают и устройством дисбаланса, не находящимся в зацеплении с валом 3, создают постоянную по величине и направлению радиальную силу. В этом случае контролируемое внутреннее кольцо испытывает циркуляционное нагружение с частотой F_к, а неконтролируемое наружное - местное. При контроле неподвижного наружного кольца включением муфты 18 обеспечивают зацепление диска 17 устройства дисбаланса с валом 3. Диск 17, вращаясь вместе с грузом 16, создает циркуляционное нагружение контролируемого наружного кольца с рабочей частотой F_к и местное нагружение неконтролируемого внутреннего кольца испытуемого подшипника 1.

Измерителем частоты вращения 15 измеряют частоту вращения сепаратора F _c подшипника. В зависимости от вида оцениваемого отклонения от круглости дорожки качения контролируемого кольца выбирают значения числового коэффициента М: М=2 при оценке овальности; М=3, 4,... при оценке огранки соответствующего порядка. Затем определяют требуемые значения частот F_и и F_н из выражений: F_и=F_c·Z+F_к ·M·L; F_н=F_c·Z, принимая L=3. Настраивают узкополосный фильтр 9 на частоту F_н , а узкополосный фильтр 10 на частоту F_и и измеряют с помощью измерительной цепи, состоящей из блоков 5-12, среднеквадратические значения гармонических составляющих электрического сопротивления подшипника R_н и R_и на частотах соответственно F_н и F_и. При этом о качестве дорожки качения контролируемого кольца судят по отношению , определяемому преобразователем отношений 13 и индицируемому устройством 14 индикации.

Рассмотрим процесс измерения среднеквадратических значений гармонических составляющих электрического сопротивления подшипника R_н и R_и и отношения . При вращении кольца подшипника, дорожка качения которого имеет отклонение от круглости, электрическое сопротивление между кольцами подшипника непрерывно изменяется. При этом функция изменения электрического сопротивления подшипника во времени содержит гармонические составляющие, частоты которых определяются периодом отклонений от круглости дорожки качения контролируемого кольца подшипника. Преобразователь 6 сопротивления в напряжение формирует электрический сигнал, пропорциональный электрическому сопротивлению подшипника 1, который масштабируется в усилителе 8 в соответствии с диапазонами входных сигналов последующих блоков. Выходной сигнал усилителя 8 поступает через настроенный на частоту F_н узкополосный фильтр 9 на вход квадратичного детектора 11, выходной сигнал которого пропорционален квадрату среднеквадратического значения гармонической составляющей с частотой F_н электрического сигнала, формируемого усилителем 8, и, соответственно, пропорционален квадрату среднеквадратического значения гармонической составляющей электрического сопротивления подшипника 1. Сигнал с выхода усилителя 8 поступает также через настроенный на частоту F_и узкополосный фильтр 10 на вход квадратичного детектора 12, выходной сигнал которого пропорционален квадрату среднеквадратического значения гармонической составляющей с частотой F_и электрического сигнала формируемого усилителем 8, и, соответственно, пропорционален квадрату среднеквадратического значения гармонической составляющей электрического сопротивления подшипника 1.

Выходные сигналы квадратичных детекторов 11 и 12 поступают на входы преобразователя 13 отношений, который формирует электрический сигнал, пропорциональный Выходной сигнал преобразователя 13 отношений поступает на вход устройства 14 индикации, где отображается в форме, удобной для восприятия оператором.

При создании циркуляционного радиального нагружения контролируемого кольца и местного нагружения неконтролируемого кольца в зону нагружения при работе подшипника попадают различные участки дорожки качения контролируемого кольца и один и тот же участок дорожки качения неконтролируемого кольца. Наличие регулярных отклонений от круглости реальной дорожки качения контролируемого кольца приводит к тому, что характер взаимодействия тел качения с кольцами непрерывно изменяется. Следствием этого являются периодические изменения толщины смазочной пленки в зонах трения и, соответственно, вида функции изменения электрического сопротивления подшипника во времени и ее числовых характеристик, позволяющих оценить вид и количественные значения отклонений от круглости реальной дорожки качения контролируемого кольца подшипника.

Функция изменения электрического сопротивления подшипника во времени носит сложный характер. При этом, как показали исследования, при отсутствии регулярных макроотклонений дорожек качения эта функция содержит практически только одну существенную гармоническую составляющую с частотой F_н=F_c ·Z. В зависимости от вида отклонения от круглости дорожки качения контролируемого кольца в функции сопротивления возникают характерные гармонические составляющие на частотах F_и , определяемые по вышеприведенной формуле. Весомость характерных гармонических составляющих в общем спектре функции электрического сопротивления подшипника с увеличением значения отклонения от круглости значительно возрастает (в несколько раз). Это позволяет путем соответствующего задания частоты F_и и определения согласно изобретению значения установить наличие и оценить величину конкретного отклонения от круглости дорожки качения контролируемого кольца установленного в узле подшипника.

Пример. Проводили контроль наружного кольца подшипника качения типа 306 (ГОСТ 8338-75), смазанного пластичным смазочным материалом Литол-24 (ГОСТ 21125-87). С помощью устройства, построенного по принципу, изложенному в [4], моделировали отклонения от круглости дорожки качения наружного кольца в виде овальности различных значений. Вращали внутреннее кольцо с частотой 900 мин^-1, что соответствует F _к=15 Гц. За счет дисбаланса вала создавали радиальное циркуляционное нагружение в 3000 Н контролируемого наружного кольца и местное нагружение неконтролируемого внутреннего кольца. Измеряли частоту вращения сепаратора F_c=5,7 Гц. Для оценки овальности в широком диапазоне с учетом Z=8 выбрали значения числовых коэффициентов М=2, L=3 и рассчитали значения частот F_и=135,6 Гц, F_н=45,6 Гц. Затем моделировали различные значения овальности наружного кольца, для каждого значения измеряли среднеквадратические значения гармонических составляющих электрического сопротивления подшипника на частотах F_н=45,6 Гц и F_и=135,6 Гц и определяли значение отношения , по которому судили об овальности дорожки качения контролируемого кольца.

Полученный график зависимости (коэффициента К_n) от овальности наружного кольца контролируемого подшипника подтверждает возможность и эффективность оценки отклонений от круглости дорожек качения колец установленных в узле подшипников предложенным способом. Для сравнения приведены графики зависимостей отношения (получены по предлагаемому способу) и отношения (получены по способу-прототипу при L=1 и L=2) от значения овальности дорожки качения контролируемого наружного кольца подшипника, иллюстрирующие наибольшую чувствительность предложенного способа по сравнению с прототипом.

Предложенный способ, таким образом, обеспечивает возможность оценки регулярных отклонений от круглости реальных дорожек качения подшипника при высокой чувствительности. При этом, в отличие от диагностического параметра НИВ, электрическое сопротивление не теряет чувствительности к значениям отклонений от круглости дорожки качения контролируемого кольца при жидкостной и граничной смазках в подшипнике, что расширяет области применения и повышает достоверность контроля качества колец установленного в узле подшипника качения при проведении механосборочных работ в процессе изготовления и ремонта механизмов машин.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1176197, МКИ G 01 М 13/04. Способ контроля качества подшипников [Текст] / И.С.Ледовской и др., 1984.

2. Корндорф С.Ф. О возможности дефектации неразборных подшипников качения электрическим методом [Текст] / С.Ф.Корндорф, К.В.Подмастерьев // Дефектоскопия, 1985. - N5. - С.88-90.

3. Патент 2154264 РФ, МКИ G 01 М 13/04. Способ контроля качества колец подшипников качения [Текст] / К.В.Подмастерьев, В.В.Мишин. - Опубл. 10.08.2000, БИПМ №22. - прототип.

4. Подмастерьев К.В. Электрофлуктуационные методы комплексного диагностирования опор качения [Текст]. - М.: Машиностроение-1, 2001. - С.243.