Спосіб оцінювання стану шарикопідшипника за допомогою його безконтактного обертання і безконтактного навантаження

Реферат: Спосіб оцінювання стану шарикопідшипника за допомогою його безконтактного обертання і безконтактного навантаження полягає у встановленні підшипника на модуль розігнання та обертання, осьового та радіального навантаження одного з кілець шарикопідшипника, розігнання його до визначеної швидкості обертання і подальшого обертання за допомогою модуля розігнання та обертання, проведенні оцінювання стану шарикопідшипника на визначених частотах обертання і обертання і на вибігу при відключенні електропривода, до повної зупинки шарикопідшипника. Розігнання та обертання одного з кілець шарикопідшипника здійснюють біжучим магнітним полем, яке створюють багатополюсними електромагнітними індукторами будь-якої конфігурації, безконтактне осьове навантаження шарикопідшипника створюють навантаженням одного з кілець шарикопідшипника за допомогою електромагнітного пристрою, безконтактне радіальне навантаження шарикопідшипника здійснюють зміщенням того ж кільця шарикопідшипника відносно його осі обертання за допомогою іншого електромагнітного пристрою, причому вимірювання швидкості обертання проводять оптодатчиком швидкості обертання, при тому, що вимірювання вібраційних та/або акустичних характеристик проводять при визначеній швидкості обертання шарикопідшипника та при його вибігу, при тому, що вимірювання характеристик проводять одночасно одним або більше вібраційними та/або акустичними датчиками. UA 107913 U (12) UA 107913 U UA 107913 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів оцінювання стану шарикопідшипників різного типу і може бути застосована у машинобудуванні на етапі підготовки підшипників до експлуатації, а також під час міжремонтного обслуговування машин, механізмів та агрегатів, що використовують підшипники, у машинобудівельних галузях промисловості, зокрема у авіа-, двигуно- та енергобудуванні, при проведенні експрес-оцінювання підшипників після очищення їх будь-яким способом, вхідного контролю або випробувань підшипників. Відомий спосіб проведення вхідного контролю підшипників, що реалізований у стенді вхідного контролю підшипників СКВ-4, який полягає у встановленні підшипника на шпиндель, встановлення та притискання притискної планки для фіксації зовнішнього кільця підшипника, його розігнанні та обертанні за допомогою електроприводу, вимірюванні за допомогою магнітного датчика та стетоскопа [1]. Недоліками відомого способу є відсутність пристрою радіального навантаження, осьове навантаження підшипника є нерегульованим, наявність електропривода, обмежений діапазон внутрішніх діаметрів контрольованих підшипників - від 20 до 150 мм, вимірювання вібрації на «слух», що не може служити об'єктивним фактором оцінки якості підшипника. Наявність електропривода та відсутність систем навантажування не дає можливості повною мірою оцінити технічний стан підшипників. Відомий спосіб має дуже обмежене застосування та використовується при незначних обсягах підшипників, що перевіряються, при тому в основному відкритих підшипників. Найбільш близьким технічним рішенням як по суті, так і по результату, що досягається, та яке вибрано за найближчий аналог (прототип), є спосіб вимірювання вібрації підшипників, що полягає у встановленні підшипника на шпиндель з оправкою, навантаженні зовнішнього кільця підшипника зовнішнім навантаженням, розігнанні внутрішнього кільця підшипника до номінальної швидкості обертання та проведенні вимірювання віброхарактеристик підшипника на номінальній частоті його обертання [2]. Найбільш суттєвими недоліками технічного рішення, яке вибрано за найближчий аналог (прототип), є необхідність встановлення підшипника на шпиндель з оправкою, з чого випливає наявність електродвигуна або іншого засобу розігнання підшипника з використанням внутрішніх вузлів та деталей, які вміщують підшипники, що викликає необхідність усунення завад, які виникають при розігнанні підшипника та подальшому підтримуванні номінальної швидкості обертання при вимірюваннях віброхарактеристик підшипника, яке не може дати остаточного висновку про технічний стан підшипника: сучасні машини та механізми працюють у різноманітних режимах обертання рухомих частин, не тільки при номінальній частоті обертання підшипників, а при зміні швидкості обертання змінюються і траєкторії переміщення тіл кочення по трактам кочення шарикопідшипника. Крім того, найчастіше за все, зовнішнє навантаження діє якраз на внутрішнє кільце підшипника, яке обертається, саме тому при розрахунках та вибиранні підшипника використовують визначені значення коефіцієнта обертання V, який використовують при розрахунках еквівалентного динамічного навантаження, номінальної довговічності тощо [3]. В основу корисної моделі поставлена технічна задача удосконалення та доповнення відомого способу з метою усунення завад, які виникають при використанні електроприводу шляхом використання іншого способу обертання вільного кільця шарикопідшипника та його осьового та радіального (в межах сумарного проміжку між кільцями та сепаратором підшипника) навантаження, розширення експлуатаційних можливостей способу за рахунок обертання будьякого кільця (внутрішнього або зовнішнього) шарикопідшипника, підвищення точності вимірювання вібрації та/або шуму за рахунок одночасного зняття показників з кількох незалежних датчиків вібрації/шуму, безконтактного вимірювання швидкості обертання та розширення технологічних можливостей способу за рахунок вимірювання вібраційних та акустичних характеристик на вибігу підшипника. Поставлена задача вирішується тим, що для розігнання та обертання одного з кілець шарикопідшипника використовують електромагнітний спосіб, тобто використовують біжуче електромагнітне поле, яке створюють електромагнітними багатополюсними індукторами різної конфігурації. Навантаження шарикопідшипника відбувається через його кільце, яке обертається, а не через нерухоме кільце (як у прототипі), що відповідає реальному положенню. Для осьового та радіального навантаження робочого кільця шарикопідшипника використовують електромагнітні пристрої. Вимірювання вібраційних та/або акустичних характеристик можна проводити не тільки при номінальній швидкості обертання, але і при вибігу підшипника. В залежності від необхідності можливе розігнання та навантаження будь-якого кільця підшипника (внутрішнього або зовнішнього). 1 UA 107913 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Технічний результат корисної моделі полягає у підвищенні точності вимірювання за рахунок відсутності віброзавад при роботі електропривода і пневмоприводів та можливості проводити оцінювання стану шарикопідшипників незалежно від їх типу та типорозміру. Суть корисної моделі у способі оцінювання стану шарикопідшипника за допомогою його безконтактного обертання і безконтактного навантаження, що полягає у встановленні підшипника на модуль розігнання та обертання, його осьового та радіального навантаження, розігнання до визначеної швидкості обертання і подальшого обертання за допомогою модуля розігнання та обертання, проведенні оцінювання стану шарикопідшипника на визначених частотах обертання і на вибігу при відключенні електропривода, до повної зупинки шарикопідшипника. Новим у корисній моделі є те, що розігнання та обертання одного з кілець шарикопідшипника здійснюють біжучим магнітним полем, яке створюють багатополюсними електромагнітними індукторами будь-якої конфігурації, безконтактне осьове навантаження шарикопідшипника створюють навантаженням одного з кілець шарикопідшипника за допомогою електромагнітного пристрою, безконтактне радіальне навантаження шарикопідшипника здійснюють зміщенням того ж кільця шарикопідшипника відносно його осі обертання за допомогою іншого електромагнітного пристрою, причому вимірювання швидкості обертання проводять оптодатчиком швидкості обертання, при тому, що вимірювання вібраційних та/або акустичних характеристик проводять при визначеній швидкості обертання шарикопідшипника та при його вибігу, при тому, що вимірювання характеристик проводять одночасно одним або більше вібраційними та акустичними датчиками. Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що спосіб оцінювання стану шарикопідшипника за допомогою його безконтактного обертання і безконтактного навантаження, що заявляється, повністю відповідають критерію корисної моделі «новизна». Як можна бачити з наведених аналогів [1, 2], жодний спосіб перевірки, випробувань або вхідного контролю підшипників не визначає повною мірою характеристик підшипника. Це пов'язано з тим, що траєкторії переміщення тіл кочення по тракту кочення (бігових доріжках обох кілець підшипника) змінюються при зміні навантаження та швидкості обертання робочого кільця шарикопідшипника, а об'єкт встановлення шарикопідшипника може працювати з будьякою швидкістю обертання, а не тільки номінальною. Тому визначення віброхарактеристик підшипника не тільки на номінальній частоті обертання, а і на вибігу дає значно більше інформації про стан бігових доріжок та тіл кочення. Крім того, вхідний контроль нових підшипників (частіше за все) проводять зовнішнім оглядом, перевіркою геометричних розмірів та визначенням радіального проміжку, які не можна визначити як достатні. При проведенні перевірок або випробувань шарикопідшипників одним із важливих факторів є усунення завад від роботи технологічного та вимірювального обладнання, до якого відносять привод обертання шарикопідшипника, пристрої навантаження та пристрої вимірювання його характеристик. При роботі електропривода неодмінно виникають віброзавади від роботи електродвигуна, усунення яких викликає необхідність застосування як технічних, так і програмних засобів. Вимірювання характеристик шарикопідшипників проводять при впливі на нього осьового, радіального або комбінованого навантаження. Навантаження при випробуваннях повинно бути таким, щоб виключити проковзування тіл кочення та не викликати деформації, яка може вплинути на результати вимірювань [2]. Зміщення радіальним навантаженням осі обертання одного з кілець підшипника відносно повздовжньої осі пристрою на величину, що дорівнює максимальному радіальному проміжку підшипника при одночасному впливі осьового навантаження вимушує тіла кочення переміщуватись по тракту кочення по траєкторіям, близьким до траєкторій, по яких вони переміщуються при повному осьовому та радіальному навантаженнях. Вимірювання характеристик вібрації та/або шуму при вибігу шарикопідшипника допомагає визначенню чистоти та якості обробки всієї бігової доріжки, адже при зміні швидкості обертання шарикопідшипника траєкторії переміщення тіл кочення змінюються, відповідно - змінюються і віброхарактеристики шарикопідшипника. Застосування не одного, а щонайменше двох датчиків (вібрації та шуму) дозволяє більш точно визначити вібраційні та акустичні параметри шарикопідшипника. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на яких, як варіант конструктивного виконання, показано на кресленні функціональну схему способу оцінювання стану шарикопідшипника за допомогою його безконтактного обертання і безконтактного навантаження зовнішнього кільця підшипника. На кресленні цифрами позначено підшипник 1 з зовнішнім кільцем 2, внутрішнім кільцем 3 та сепаратором 4 з вмонтованими тілами кочення (у даному разі - кульками), джерела біжучого електромагнітного поля електромагнітні багатополюсні індуктори 5, осьовий навантажувальний електромагніт 6, встановлений на верхній нерухомій 2 UA 107913 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 основі 7, осьовий навантажувальний постійний магніт 8, встановлений на верхньому ложементі 9, нижній ложемент 10, встановлений на нижній нерухомій основі 11, радіальний навантажувальний електромагніт 12, встановлений на боковій нерухомій основі 13, радіальний навантажувальний постійний магніт 14, виконаний у вигляді тора. Нижній ложемент 10 жорстко встановлюють на вимірювальну деталь грибок 15, з'єднану з датчиками 16 вібрації/шуму. Контроль швидкості обертання рухомої частини пристрою (верхнього ложемента 9 із внутрішнім кільцем 3 підшипника 1) здійснюється оптодатчиком 17 швидкості обертання, наприклад лазерним. Спосіб працює таким чином. Підшипник 1, що підлягає контролю або перевірці, розміщують на нижньому ложементі 10 посадочною поверхнею зовнішнього кільця 2, а сам ложемент 10 нерухомо розміщують на грибку 15, який механічно не контактує з нижньою основою 11. На посадочну поверхню внутрішнього кільця 3 встановлюють верхній ложемент 9 з нерухомо закріпленим на ньому постійним магнітом 8. Таким чином забезпечується безперешкодне взаємне обертання кілець 2, 3 (з верхнім ложементом 9) та сепаратора 4 з тілами кочення. Над постійним магнітом 8 на верхній основі 7 нерухомо встановлюють електромагніт 6. Орієнтацію полярностей постійного магніту 8 та електромагніта 6 виконують таким чином, щоб при включенні напруги Uем полюса постійного магніту 8 та електромагніта 6 співпадали, наприклад полюси N були звернені один до другого, тоді однойменні полюси обох магнітів будуть відштовхуватись один від другого. Таким чином забезпечують осьове навантаження F он внутрішнього кільця 3. Під нижньою основою 11 розміщують джерела біжучих електромагнітних полів - електромагнітні багатополюсні індуктори 5. При подаванні напруги UІ до входів індукторів 5, в них буде генеруватися біжуче магнітне поле, яке буде взаємодіяти з горизонтальною нижньою поверхнею верхнього ложемента 9, приводячи його у обертання. Швидкість обертання шарикопідшипника 1 (з верхнім ложементом 9) буде визначатися величиною напруги та частотою коливання напруги Ui, та контролюється оптодатчиком 17. На зовнішній поверхні верхнього ложемента 9 розміщують постійний магніт 14, виконаний у формі тора, причому намагніченість постійного магніту 14 виконують таким чином: зовнішня поверхня є полюсом N, а внутрішня - полюсом S. Навпроти нього на боковій нерухомій опорі 13 встановлюють радіальний навантажувальний електромагніт 12. При поданні напруги на радіальний навантажувальний електромагніт 12 полярність його повинна бути виконана таким чином, щоб до постійного магніту 14 звернутий полюс N радіального навантажувального електромагніта 12, Таким чином, на кільце шарикопідшипника, що обертається, буде діяти сила відштовхування, тобто сила радіального навантаження Fpн, і кільце зміститься на величину максимального сумарного радіального проміжку. Зміщення кільця шарикопідшипника на величину максимального сумарного радіального проміжку у шарикопідшипнику 1 вимушує тіла кочення переміщуватись по тракту кочення по траєкторіях, близьких до траєкторій, по яких вони і повинні переміщуватися при комбінованому впливі осьового та радіального навантаження. Для того, щоб при обертанні відцентрова сила Fвц не змогла повернути кільце підшипника у первісне положення, сила радіального навантаження Fpн, повинна бути більше: Fрн>Fвц. При обертанні підшипника 1 вібраційні/акустичні характеристики фіксуються датчиками 15 вібрації/шуму. При необхідності можливе навантаження та обертання зовнішнього кільця 2 підшипника 1 або верхнього кільця упорного підшипника 1, причому технологічний процес підготовки підшипника 1 до перевірки або випробування та безпосередньо перевірки (випробування) не змінюється. Завдяки використанню для вимірювання кількох (наприклад - двох) датчиків 16 вібрації/шуму точність вимірювання збільшиться. Технічний результат впровадження способу оцінювання стану шарикопідшипника за допомогою його безконтактного обертання і безконтактного навантаження для його реалізації у технологічний процес очищення підшипників з наступною їх перевіркою підтверджується відповідним актом [4]. При проведенні випробувань у ході технологічного процесу оцінювалась ефективність очищення нових нерозбірних авіаційних шарикопідшипників 1-ї категорії від мікрозабруднень на макеті стенда по рівню вібрації. Схема макета стенда виконана на основі технічних рішень, закладених у основу корисної моделі, що заявляється. Результати вимірювань та досліджень показали, що використання безконтактного обертання та безконтактного навантаження підшипників на стенді, покращує віброхарактеристики: 2 2 віброприскорення зменшилось з 5,2 м/с до 1,7 м/с , віброшвидкість зменшилась з 3,4 мм/с до 1,1 мм/с. Треба звернути увагу на те, що випробуванням були піддані нові нерозбірні авіаційні підшипники після їх розконсервації та очищення, а частина фрагментів забруднення була залишками процесу зношування обробного абразивного інструмента у ході фінішної доводки поверхонь підшипників. 3 UA 107913 U 5 10 15 Проведені дослідження свідчать, що технічний результат запропонованого способу оцінювання стану шарикопідшипника за допомогою його безконтактного обертання і безконтактного навантаження, що пропонуються, забезпечує підвищення точності вимірювання за рахунок відсутності вібраційних та акустичних завад при роботі електропривода та дає можливість проводити порівняльне оцінювання та випробування підшипників незалежно від їх типу та типорозміру. Джерела інформації 1. Сидоров В.А., Сотников О.Л., Сушко А.Є. Стенди для вхідного контролю підшипників кочення. Вісник Приазовського державного університету, №2, 2011 р, стор. 227 - аналог. 2. ІСО 15242-1:2004. Підшипники кочення. Методи вимірювання вібрації. Частина 1. Основні положення. М.: ИПК видавництво стандартів, 2005 - прототип. 3. Анурьєв В.І. Довідник інженера-конструктора, т.2. М.: Машинобудування, 1978, глава II. 4. АКТ сумісних порівняльних випробувань технології безконтактного імпульсно-магнітнотурбулентного очищення нерозбірних кулькових підшипників по рівню вібрації на макеті стенда з метою оцінки її ефективності у заводських умовах - ГП «Завод 410 ГА», Київ, 2015. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 Спосіб оцінювання стану шарикопідшипника за допомогою його безконтактного обертання і безконтактного навантаження, що полягає у встановленні підшипника на модуль розігнання та обертання, осьового та радіального навантаження одного з кілець шарикопідшипника, розігнання його до визначеної швидкості обертання і подальшого обертання за допомогою модуля розігнання та обертання, проведенні оцінювання стану шарикопідшипника на визначених частотах обертання і обертання і на вибігу при відключенні електропривода, до повної зупинки шарикопідшипника, який відрізняється тим, що розігнання та обертання одного з кілець шарикопідшипника здійснюють біжучим магнітним полем, яке створюють багатополюсними електромагнітними індукторами будь-якої конфігурації, безконтактне осьове навантаження шарикопідшипника створюють навантаженням одного з кілець шарикопідшипника за допомогою електромагнітного пристрою, безконтактне радіальне навантаження шарикопідшипника здійснюють зміщенням того ж кільця шарикопідшипника відносно його осі обертання за допомогою іншого електромагнітного пристрою, причому вимірювання швидкості обертання проводять оптодатчиком швидкості обертання, при тому, що вимірювання вібраційних та/або акустичних характеристик проводять при визначеній швидкості обертання шарикопідшипника та при його вибігу, при тому, що вимірювання характеристик проводять одночасно одним або більше вібраційними та/або акустичними датчиками. 4 UA 107913 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5