Система диагностики подшипников качения и комплексное измерительное устройство для диагностики подшипников качения

Полезная модель направлена на получение объективных вибрационных характеристик подшипника в автоматическом режиме с созданием фиксированных радиальных и осевых нагрузок, соответствующих нормативным требованиям. Указанный технический результат достигается тем, что привод диагностики подшипников качения, содержащий высокоточный шпиндель, приводящийся во вращение электродвигателем через виброизолирующую муфту, обеспечен комплексом устройств, где держатель пьезоэлектрического преобразователя совмещен с датчиком усилия. Держатель пьезоэлектрического преобразователя выполнен в виде полого цилиндра с крышкой, между которыми установлен эластичный элемент - мембрана с центральным отверстием, через которое измерительный щуп соединен с пьезоэлектрическим преобразователем. В корпусе установлен датчик усилия, который закреплен на поршне связанном с основанием через возвратную пружину сжатия, позволяющую осуществить линейное растяжение диапазона показаний датчика усилия. 1 п.ф., 2 илл.

Полезная модель относится к устройствам систем диагностики, а именно к комплексным устройствам измерения вибрации подшипников качения.

Известно устройство стенд комплексной диагностики подшипников качения (Свидетельство на полезную модель 28547U1, МПК G01M 13/04, В08В 3/10, F26B 15/12, 27.03.2003 г.), содержащий машину для испытаний подшипников качения, в головке которой расположена оснастка с объектом диагностики, а также датчик виброскорости (Патент на полезную модель 31649U1, МПК G01M 7/00, 20.08.2003), включающий корпус, магнит, сердечник, катушку подвешенную на двух пружинах, измерительный щуп, жестко связанный с катушкой и узел радиального нагружения (Патент на полезную модель 37210U1, МПК G01M 13/04, 10.04.2004), содержащий в качестве упорного элемента призму.

Недостатком известных устройств является возможность передачи на чувствительный элемент колебаний в рабочем диапазоне частот не только через измерительный щуп, но и через контактирующие элементы конструкции, что снижает объективность регистрируемых параметров подшипника и соответственно снижает точность оценки прогнозируемого ресурса подшипника. Другим недостатком этих устройств является приложение усилия в двух точках через призму, вследствие чего ось чувствительного элемента не совпадает с вектором приложения нагрузки.

Целью предлагаемой полезной модели является разработка привода диагностики подшипников качения, позволяющего получать объективные вибрационные характеристики подшипника в автоматическом режиме с созданием фиксированных радиальных и осевых нагрузок, соответствующих нормативным требованиям.

Поставленная задача в приводе диагностики подшипников качения, содержащем стол с плитой, на которой расположен электропривод, соединенный через виброизолирующую муфту с высокоточным шпинделем для установки оправки с подшипником, решается тем, что к наружному кольцу подшипника подведено комплексное измерительное устройство, не имеющее металлической связи с деталями привода.

Поставленная задача решается также тем, что комплексное измерительное устройство, не имеющее металлической связи с приводом, содержит держатель пьезоэлектрического преобразователя и датчик усилия, где держатель пьезоэлектрического преобразователя выполнен в виде полого цилиндра с крышкой, между которыми установлен эластичный элемент - мембрана с центральным отверстием, через которое измерительный щуп закреплен на пьезоэлектрическом преобразователе, при этом в цилиндр помещен датчик усилия, который установлен на подвешенном поршне, связанном с основанием через возвратную пружину сжатия.

Преимущество состоит в обеспечении передачи упругих колебаний с наружного кольца подшипника с минимальным искажением, вследствие отсутствия контакта чувствительного элемента с цилиндром, т.к. пьезоелектрический преобразователь находится на мембране. Постоянное регламентированное усилие прижатия виброщупа к наружному кольцу подшипника обеспечивается заданной геометрическими размерами вытяжкой мембраны. Усилие прижатия сверх регламентируемого для пьезоэлектрического преобразователя в процессе вибродиагностики, передается через поршень и пружину на датчик усилия.

В результате исключения влияния присоединительных масс деталей на сигнал, вырабатываемый пьезоэлектрическим преобразователем и одновременную фиксацию усилия, прикладываемого к наружному кольцу подшипника, обеспечивается объективность вибрационных характеристик подшипника.

Сущность полезной модели поясняется рисунком Рис.1, на котором представлен общий состав привода диагностики подшипников качения, и Рис.2, где показан комплексный держатель пьезоэлектрического преобразователя с датчиком усилия. Привод диагностики подшипников состоит из стола (1) с монтажной плитой (2), на которой установлен электропривод (3), соединенный через виброизолирующую муфту (4) с высокоточным шпинделем (5). Диагностируемый подшипник (6) установлен на конусе шпинделя с помощью оправки (7), а к наружному кольцу подшипника подведен в радиальном направлении комплексный держатель (9) пьезоэлектрического преобразователя с датчиком усилия. Осевая нагрузка создается через держатель датчика усилия (8). Блок управления (10) соединен с компьютером (11) датчиками, установленными в держателях (8), (9) и с печатающим устройством (12). Электрические сигналы от датчиков поступают в модули блока управления и, затем, в компьютер, где они в соответствии с программным обеспечением фиксируются, заносятся в базу данных и формируют физическую модель динамического процесса в подшипнике, которая сопоставляется с нормативными параметрами для данного типа подшипника и выводится в виде цифровых физических величин на монитор (13) и печать в автоматическом режиме.

Комплексный держатель пьезоэлектрического преобразователя включает в себя корпус (1), крышку (2), мембрану (3), виброщуп (4), пьезоэлектрический преобразователь (5), поршень (6), датчик силы (7), основание (8), пружину (9), диагностируемый подшипник (10).

Устройство работает следующим образом: при подведении держателя (9) пьезоэлектрического преобразователя до контакта виброщупа (4) с наружным кольцом подшипника (10), мембрана (3) вытягивается, передавая постоянное усилие на кольцо подшипника, воспринимая упругие колебания, возникающие при вращении внутреннего кольца подшипника. Нагрузка (большая, чем усилие от мембраны) прикладываемая к наружному кольцу, передается крышке (2) и через корпус (1) и поршень (6) с пружиной (9) воздействует на чувствительный элемент датчика усилия. Поскольку место приложения усилия и контакт виброщупа практически совпадают, а пьезоэлектрический преобразователь не имеет металлической связи с деталями - обеспечивается получение объективных вибрационных параметров подшипника.

Применение привода диагностики подшипников качения с комплексным измерительным устройством и получение с их помощью объективных вибрационных характеристик подшипников позволяет прогнозировать безаварийный ресурс изделий в эксплуатации и, как следствие, минимизировать затраты на текущий и капитальный ремонт машин и механизмов.

1. Система диагностики подшипников качения, содержащая стол с плитой, на которой расположен асинхронный двигатель, соединенный через виброизолируюшую муфту с высокоточным шпинделем для установки оправки с подшипником, отличающаяся тем, что к наружному кольцу подшипника подведено комплексное измерительное устройство, пьезоэлектрический преобразователь которого не имеет металлической связи с деталями привода.

2. Комплексное измерительное устройство для диагностики подшипников качения, содержащее держатель пьезоэлектрического преобразователя и датчик усилия, держатель пьезоэлектрического преобразователя выполнен в виде полого цилиндра с крышкой, между которыми установлен эластичный элемент - мембрана с центральным отверстием, через которое измерительный щуп закреплен на пьезоэлектрическом преобразователе, при этом в цилиндр помещен датчик усилия, который установлен на подвешенном поршне, связанном с основанием через возвратную пружину сжатия.