Диссертация (1024744), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Измерительная технология контроля технического состоянияподшипников качения в процессе эксплуатацииДля получения достоверной информации о работе подшипниканеобходим системный подход, включающий:- разработку методов испытаний, построенных на единых научныхпринципах для всех этапов жизненного цикла объекта;- применение минимальной номенклатуры измеряемых физическихвеличин;199- создание единого методологического подхода к оценке текущеготехнического состояния опор качения.Проблемойявляютсядорогостоящиеиспытанияподшипников,особенно для крупногабаритных, берущихся от промышленной партии.
Всвязи с этим стоит задача разработки методов исследования подшипников иметодик ускоренных испытаний. Испытания сопровождают все этапыжизненного цикла подшипников, а сложившееся неудовлетворительноеположение в отработке конструкций связано с недостаточностью научныхзнаний и низкого метрологического уровня традиционных методов и средствдиагностики.ДатчикБлокизмеренияинтерваловвремениИнформационныеметкиЭВМДатчиксепаратораРис. 5.13.Измерительная информационная фазохронометрическая системаподдержки жизненного цикла подшипника каченияФазохронометрическаясистемаизмеряетвариацииинтерваловвремени, соответствующие полному обороту и его долям вращающегосякольца подшипника и перемещению тел качения внутри оборота на заданноеугловое расстояние. В результате формируются ряды интервалов времени,обработкой которых получают диагностические признаки, сравниваемые снормированными значениями параметров.
Фазохронометрическая системавключаетпервичныепреобразователи(датчики),вырабатывающие200измерительные импульсы при прохождении мимо них тел качения,сепаратора или специальных информационных меток, служащих дляидентификации отдельных частей вала, а также блок измерения интерваловвремени и обработки информации, связанный с компьютером. Примерфазохронометрической системы (ФХС) для диагностики подшипникаприведён на Рис. 5.13. Наиболее эффективной является диагностика ПК,когдаизмеряютсяинтервалывремени,соответствующиепараметрамдвижения вращающегося кольца и сепаратора.
В этом случае гарантируетсявыявление нарушений в работе ПК (например, заклинивание) и надёжнаяаварийная защита. [188, 220, 221]Для взаимосвязи результатов измерений интервалов времени сконструкцией ПК и зарождающимся дефектами применяется математическаямодель в фазохронометрическом представлении. Результатом расчетаявляются ряды интервалов времени, соответствующие результатам реальныхизмерений с применением ФХС. Представлена математическая модель дляслучая, когда внешнее кольцо зафиксировано в опоре, а внутреннее кольцовращается вместе с валом.
Подшипник испытывает воздействие постояннойрадиальной нагрузки. Между дорожкой и роликом имеет место эластичнаядеформация, и процессы описываются с применением инструментариятеории Герца.Объединяя модели всех тел качения, связанных между собой угламиα n получим систему уравнений. Так как система уравнений нелинейная, тодлярешениянеобходимовыполнитьлинеаризациюдающуюсвязьприращений параметров модели. Связывая приращения угла вращения сприращением интервалов времени (периодом) получаем:∆T = −2 ⋅ π ⋅ ∆ωВводя для всех роликовω02=−связь2 ⋅ π ⋅ ∆α&ω0 2изменения угла вращения ссоответствующим ему изменением интервалавиде:(5.3)времени получим в общем201∆Т n = f (∆ϕ1 , ∆ϕ 2 , ∆ϕ 3 , ...∆ϕ n , ∆N n , ∆Fn ),(5.4)где n – количество тел качения, ∆ϕ - приращение угла положенияцентра тел качения относительно центра колец подшипника,∆N -дополнительная нагрузка, связанная с функционированием ПК (например,для буксового подшипника воздействие при прохождении стрелки колёснойпарой).Математическая модель реализует анализ работы ПК.
Рассмотримвозможности фазохронометрической диагностики при снятии измерительнойинформации с вала, вращающегося вместе с кольцом ПК на примере системыэлектродвигатель – муфта – вал на двух подшипниковых опорах исрадиальной нагрузка на вал. Полагая, что двигатель отдаёт постояннуюмощностьприустановившемсярежимеработысистемы,следуетрассматривать уравнение равновесия:(M н0 + M ПК10 + M ПК20 ) ⋅ ω0 = (M н1 + M ПК11 + M ПК21 ) ⋅ ω1 ,(5.5)где ωд – угловая скорость двигателя; ω – угловая скорость вала ;индексом 0 обозначено начальное состояние системы, а индексом 1 –регистрируемое в данный промежуток времени.Уравнениеможетбытьпереписановфазохронометрическомпредставлении Известно, что мощность может быть вычислена черезпроизведение момента силы на угловую скорость вращения.
Тогда уравнениебаланса для системы можно переписать в виде:(M н0 + M ПК10 + M ПК20 ) ⋅2π2π= (M н1 + M ПК11 + M ПК21 ) ⋅,τ0 ⋅ kτ1 ⋅ k(5.6)где τ0 и τ1 – регистрируемые доли оборота вала;k – количество долей, на которые разбит один оборот.Различные дефекты ПК сказываются на балансе мощности и вызываютизменения в угловой скорости вращения разного характера.Рассмотрим ситуацию при наличии в одном из ПК дефекта телакачения и выкрашивания в локальной зоне.
При прохождении телом качения202этой зоны будет возникать микроудар. Микроудар в соответствииуравнением баланса мощности приведёт к скачкообразному изменениюмомента сопротивления в подшипнике, что, в свою очередь найдетотражение в регистрируемых интервалах времени.Частоту вращения шарика вокруг своей оси при условии, что еговращение вызвано движением внутреннего кольца, можно определить извыражения: d ñðf ò = f â ⋅ − 1 , dò(5.7)где fв – частота вращения внутреннего кольца;dт и dср – диаметр тел качения и средний диаметр ПК соответственно.Дляреализациимодельногоэкспериментапримемследующиепараметры:dср = 85 мм, dт = 15 мм, fв = 1000 об/мин.В системе присутствует случайный шум, связанный с нелинейностьюзазоров и распределённый по нормальному закону со следующимипараметрами:M = 0; σ = 0,0004⋅1,625 ⋅ f вгде 625 - количество долей, на которые разбит один оборот рабочегоцикла.Дляданногослучаяпредставлена на Рис.
5.14.моделируемаяхронограммавращения203Рис. 5.14.Расчётная хронограмма вращения вала при наличиидефектного шарика в подшипникеПри заданных параметрах подшипника за один оборот внутреннегокольца, тело качения делает 5 оборотов вокруг своей оси. С учётом двухударов за оборот на хронограмме вращения будут выделяться 10 пиков.Проведение спектрального анализа позволяет выделить доминирующуючастоту при возмущении, отражающееся в хронограмме вращения (Рис. 5.15).Рис.
5.15.Спектр хронограммы вращения вала при наличиидефектного шарика одного из подшипников204Экспериментальные работы были выполнены на металлорежущемоборудовании (модернизированный вариант станка - 16К20Ф3) и былобнаружен дефект сборки, который приводил к проскальзыванию в переднемподшипнике. Измерялись интервалы времени, соответствующие оборотушпинделя и его долей. [222]На Рис. 5.16 показан пример хронограммы при проскальзывании телкачения в переднем шпиндельном подшипнике металлорежущего станка начастоте вращения шпинделя 1000 об/мин, на Рис. 5.17 без проскальзывания.205Рис. 5.16.Вращение подшипника качения при наличии проскальзыванияРис. 5.17.Вращение подшипника качения без проскальзыванияПри отсутствии проскальзывания тел качения, характер вращения вцелом равномерный без наличия выделяющихся резких скачков.
Привозникновениирегистрируемыеуравнениемпроскальзыванияпоявляютсяскачкипривращении,через равные промежутки времени. В соответствии сбалансапроисходитпериодическоеповышениемоментасопротивления в системе. Ослабление опоры приводит к уменьшениюжёсткости системы и появлению моментов дисбаланса и гироскопическихмоментов сил. В результате нагрузка на вторую более жёсткую опорувозрастает и приводит к изменению параметров её движения.
Спектральныйанализ хронограмм позволяет выявить данные изменения. Частоты,206присутствующие в спектрах, кратны частоте перекатывания тел качения повнутреннему кольцу.Спектральный анализ, представленный на Рис. 5.18, 5.19, обеспечиваетвозможностьвыявлениядиагностическихпризнаковпроскальзыванияподшипника.Рис. 5.18.Спектр хронограммы работы подшипника качения при наличиипроскальзывания в режиме холостого ходаРис. 5.19.Спектр хронограммы работы подшипника качения при отсутствиипроскальзывания в режиме холостого хода207Диагностирование подшипника качения может производиться путеммногофакторного математического моделирования в комплексе с обменомизмерительной информацией на уровне объект – математическая модель.Фазохронометрическаясистемаизмеряетпериодиегодоли,соответствующие прохождению рабочего цикла (положений тел качения).В том числе при диагностировании производится:- измерение интервалов времени одного оборота вала;- измерение интервалов времени оборота ролика ПК относительно валаоси (измерение вариаций периода обращения каждого ролика относительновала);- измерение интервалов времени между роликами по окружности,описывающей номинальное положение центров роликов подшипника(измерение вариаций периода между роликами на уровне сепаратора);- измерение интервалов времени между опорными сигналами на концахоси.В итоге на выходе получаем фазохронометрический портрет ПК вматематическом, расчетном и реальном виде.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
