Приборы для контроля вибраций подшипников

Контролю вибраций подшипников в последнее время уделяется все большее внимание. Это объясняется постоянно повышающимися требованиями к качеству выпускаемых подшипников, появлению объектов, в которых строго ограничивается уровень шумов при работе, необходимостью совершенствовать методы и средства контроля качества собранных подшипников.

Иностранные фирмы широко применяют приборы для контроля вибраций подшипников при выходном контроле их качества. Следует считать вибрации одним из наиболее важных суммарных показателей качества подшипников, характеризующих точность их изготовления.

Основные понятия и критерии вибрации подшипников

Вибрации подшипникаПриборы для контроля собранных подшипников представляют собой вынужденные упругие колебания отдельных частей подшипника при их движении.

Причины вибраций подшипника являются динамические силы, возникающие в подшипнике при вращении его колец. Динамические силы, возбуждающие колебания в подшипнике, пропорциональны произведению величины геометрической погрешности поверхности качения на квадрат частоты погрешности соответствующего порядка, т. е. пропорциональны ускорению колебательных перемещений отдельных частей подшипника.

Вибрации подшипника имеют широкий частотный спектр от нескольких герц до сотен килогерц. На практике вибрации измеряют в диапазоне 50—10 000 гц.

Величина вибраций определяется уровнем вибраций, под которым понимают эффективное (среднеквадратическое) значение ускорения вибраций.

Ввиду того, что диапазон изменения уровня вибраций подшипников очень велик, при измерении его обычно используют относительную логарифмическую шкалу. Каждое деление такой шкалы соответствует изменению уровня вибраций в определенное число раз. Единицей шкалы является децибелл, соответствующий изменению уровня вибраций в 1,012 раза. По этой шкале уровень вибраций

$В=20 lg\frac{a}{a_0} дб,$

где:

• а — действующее ускорение;
• а₀ — начальный (нулевой) уровень ускорения.

За нулевой уровень ускорения при измерении вибраций подшипников принято ускорение, равное 3•10^-2 см/сек².

Различают два вида вибраций подшипников: радиальные и осевые. Радиальные вибрации определяют как вибрации невращающегося наружного кольца подшипника в радиальном направлении при вращении внутреннего кольца. При этом радиальные подшипникиТехнические требования к деталям и собранным подшипникам нагружают радиальной силой, а радиально-упорные подшипники — осевой силой.

Осевые вибрации определяют как вибрации невращающегося внутреннего кольца в осевом направлении при вращении наружного кольца. При этом подшипник нагружают осевой силой.

Нормы вибраций не стандартизованы, при их назначении руководствуются ведомственными нормалями.

Приборы для контроля радиальных и осевых вибраций подшипников

Структурная схема приборов для контроля радиальных вибраций подшипников показана на рис. 1.

Привод обеспечивает равномерное вращение внутреннего кольца подшипника. Частоту вращения обычно устанавливают в диапазоне 1 200—1 800 об/мин. Очень точные подшипники шпинделя привода обеспечивают низкие помехи при измерении вибраций подшипников. С помощью устройства нагружения на подшипник воздействуют осевой или радиальной силой.

Пьезоэлектрический датчик прочно соединен с наружным кольцом подшипника и воспринимает его колебания в радиальном направлении.

Сигнал пьезоэлектрического датчика передается на электронное устройство, где он усиливается и обрабатывается. К выходу электронного устройства может быть подключен либо отсчетный шкальный прибор, когда измеряют средний уровень вибраций в определенном частотном диапазоне, либо частотный анализатор, когда исследуют частотный спектр вибраций. Частотный спектр регистрируется на самописце.

Структурная схема приборов для контроля осевых вибраций показана на рис. 2. Здесь узел привода вращения кольца подшипника отсутствует. Подшипник устанавливают на датчик, а наружное кольцо с грузом раскручивают вручную, и при измерении вибраций оно вращается по инерции.

В электронном устройстве сигнал датчика усиливается и обрабатывается. При этом даются две характеристики вибраций, средний уровень вибраций и число ударов в определенный промежуток времени.

Предлагается к прочтению: Монтаж, обкатка и испытания механизмов после ремонта

При ударе уровень вибраций может увеличиться (в 3—10 раз).

Прибор ПН-24 (КФВНИПП)

Назначение: контроль радиальных вибраций миниатюрных подшипников с диаметром отверстия 3—6 мм.

Конструкция. Узлы прибора смонтированы на специальном столе. Измеряемый подшипник устанавливают на шпинделе с воздушными опорами, который приводится во вращение электрошпинделем эш-зољо.

Рядом с пневмошпинделем смонтированы узлы нагружения осевой и радиальной нагрузкой, создаваемой грузами. Нагрузка на подшипник может быть и осевой, и радиальной, и комбинированной.

Электронная часть собрана из типовых блоков.

Сигнал с датчика подается на микровольтметр (на базе микровольтметра В3-5) и на анализатор гармоник С5-3.

Для записи частотного спектра установлен самописец Н-110.

Габаритные размеры в мм: 1 600 х 1 700 х 1 350.

Комплексные электронно-механические установки КСА-5 (одноканальная, рис. 3) и КСА-6 (трехканальная, рис. 4) с приводом ВНИПП-527

Назначение: контроль радиальных вибраций подшипников с диаметром отверстий 10—60 мм.

КонструкцияВосприятие корпусными конструкциями внешних нагрузок, действующих на судно. Установка содержит приводную механическую установку ВНИПП-527 с комплектом сменных оправок и контрольно-сигнальную аппаратуру КСА-5 или КСА-6 с датчиком.

Приводную установку компонуют из узлов и механизмов с горизонтальным расположением оси шпинделя.

Проверяемый подшипник монтируют на сменную оправку, установленную в шпинделе. Шпиндель устанавливают в подшипниках скольжения. Привод шпинделя от малошумного электродвигателя через ременную передачу, стойку привода и соединительную муфту. Датчик установки укрепляют на суппорте. Контактор датчика подводят к середине наружного кольца подшипника. Через контактор обеспечивается измерительное давление и радиальная нагрузка на подшипник в пределах 1—15 кГ.

Контрольно-сигнальная аппаратура состоит из съемных блоков, заключенных в прямоугольный корпус.

Аппаратура содержит усилитель с детектором среднеквадратичных значений, канал световой сигнализации, звуковой канал, блок питания. Датчик пьезоэлектрический типа Д-14.

Об уровне сигнала судят по стрелочным приборам. По световой сигнализации подшипники сортируют на три группы. По звуковому каналу через громкоговоритель прослушивают шум контролируемых подшипников.

Прибор ЛПА-50/1 (ГДР)

Назначение: контроль радиальных вибраций подшипников с наружным диаметром 10—50 мм.

КонструкцияМорские мониторы для навигационного и информационного оборудования. Прибор включает в себя электронное устройство для измерения вибраций ВМ-1, приводное устройство LPH-100/1 и автоматизированную приставку для разбраковки подшипников.

Электронное устройство ВМ-1 работает в контакте с пьезоэлектрическим датчиком. Сигнал датчика, пропорциональный вибрациям подшипника, в электронном устройстве усиливается, и отфильтровываются составляющие спектра ниже 600 и выше 6 000 гц. Полученный сигнал может быть измерен ламповым вольтметром (получают среднее значение уровня вибраций) или проанализирован по частотному спектру с помощью полосовых фильтров для наблюдения характера сигнала предусмотрен выход на осциллограф.

Приводное устройство LPH-100/1 имеет расположенный на подшипниках скольжения шпиндель, крепежное приспособление для датчика и рычажную систему, прижимающую датчик к измеряемому подшипнику с усилием около 2 кГ.

Приставка для автоматической разбраковки подшипников состоит из подающего устройства, выбрасывателя и выходного желоба с двумя заслонками для сортировки подшипников, а также приводного механизма. Заслонки устройства управляются через реле, срабатывающих от определенного уровня сигнала электронного устройства ВМ-1.

 
Погрешность измерения в диапазоне до 20 Дб — 1 Дб, в диапазоне до 30 Дб — 1,5 Дб, в диапазоне свыше 30 Дб — 2 Дб.

Прибор ИЛ-1 (ЧССР)

Назначение: измерение средней величины уровня радиальной вибрации наружных колец шарикоподшипников с диаметром отверстия до 80 мм. Прибор может определять количество внезапных превышений заранее заданного уровня вибрации (ударов) в течение определенного времени.

Комплектность прибора. Прибор состоит из шпиндельной бабки с пьезоэлектрическим датчиком и электронного блока. К прибору придается устройство для тарировки датчика (калибратор).

Прибор GPW-6 фирмы «Viennatone» (Австрия)

Назначение: контроль радиальных вибраций в трех частотных диапазонах подшипников с диаметром отверстия 10—65 мм.

Конструкция (рис. 5). Прибор содержит точный шпиндель, датчик и трехканальный усилитель. Все части прибора установлены на столе виброустойчивой конструкцииЭлементы конструкции корпуса судна.

Проверяемый подшипник устанавливают на сменную оправку, установленную в шпинделе на конус Морзе 4.

Частота вращения шпинделя, приводимого) действие электродвигателем, 1 800 об/мин. Шпиндель установлен на точных подшипниках скольжения. Смазка подшипников осуществляется от масляного насоса.

Пьезоэлектрический датчик служит для преобразования вибраций подшипника в электрический сигнал. Датчик установлен на передвижном суппорте так, чтобы щуп датчика легко нажимал на наружное кольцо подшипника. Сигнал датчика пропорционален ускорению вибраций подшипника. Чувствительность датчика во всем диапазоне частот прибора 70—10 000 гц практически одинакова.

Трехканальный усилитель встроен в корпус, установленный на столе прибора. Усиление прибора регулируется по каждому каналу отдельно. Встроенный в приборы широкополосный усилитель с выходом в громкоговоритель позволяет производить дополнительную акустическую проверку вибраций подшипников.

Для контроля усиления в прибор встроен калибровочный генератор. С калибровочного генератора сигнал эталонного напряжения подается на вход усилителя. Величина эталонного напряжения соответствует сигналу датчика при ускорении 1 g = 9,81 м/сек² и показанию прибора 60 Дб. Нулевой уровень прибора соответствует значению ускорения в 0,001 g = 9,81•10^-3 м/сек².

В прибор встроена интегрирующая ступень, позволяющая производить измерение скорости вибрации. В этом случае нулевой уровень прибора соответствует скорости 10^-5 м/сек.

 
В печати имеются сведения об автомате для контроля вибраций шарикоподшипников с диаметром отверстия 15—50 мм, применяемом фирмой Hoffman (Англия).

Датчик автомата пьезоэлектрический, контактирует с наружным кольцом.

Читайте также: Корпус судна и предъявляемые к нему требования

Шпиндель имеет 1 500 об/мин. Производительность 540 шт/ч.

Загрузка через вибробункер, разбраковка на две группы: годные и брак. Управление пневматическое, привод клапанов от кулачкового вала.

Анализатор фирмы «Брюль и Кьер» (Дания)

Назначение: анализ частотного спектра вибраций подшипников.

Конструкция. Прибор состоит из измерительного усилителя и резонансного усилителя для анализа напряжений или амплитуд частотных составляющих спектра. Имеется шесть плавно перестраиваемых диапазонов частот от 20 до 20•10³ гц. Ширину полосы пропускания регулируют в пределах 6—29% от значения основной частоты. На входе можно вводить затухание до 60 Дб. Выходной индикатор показывает эффективное, среднее и пиковое значения.

Шкала частот и переключатель диапазонов с помощью гибкого вала могут быть синхронно соединены с приводом самописца типа 2 305. К прибору придается бумага для записи с соответствующей градуировкой. Прибор работает от сети переменного тока.

Прибор GPW-1 фирмы «Viennatone» (Австрия)

Назначение: контроль осевых вибраций шарикоподшипников с диаметром отверстия 0,8—7 мм.

Конструкция (рис. 6). Прибор состоит из пьезоэлектрического датчика измерительного усилителя, осветительного устройства, ножной педали и комплекта сменных оправок со шкивами-маховичками.

На датчик навинчивается сменная оправка, на которую устанавливают измеряемый подшипник. На наружное кольцо насаживают шкивмаховичок и вручную приводят во вращение. Шкивы-маховички имеют два ряда отметок — с 10 и 20 отметками. При стробоскопическом освещении маховичка от осветителя при 600 об/мин неподвижным кажется внутренний ряд из 10 отметок, при 300 об/мин — наружный ряд из 20 отметок.

В период свободного вращения подшипника в пределах этих частот вращения и производят измерение вибраций подшипников. СигналКак подавать сигнал бедствия ЦИВ УКВ от датчика подается на измерительный усилитель, а затем на шкальный прибор, показывающий средний уровень вибраций. К усилителю может быть подсоединена интегрирующая ступень, что позволяет производить контроль уровня ускорений или скоростей вибраций. Коэффициент усиления усилителя можно проверять с помощью контрольного генератора, встроенного в прибор.

В прибор также встроен импульсный счетчик, который позволяет считать число ударов в процессе измерения вибраций. Импульсный счетчик приводится в действие ножной -педалью. К прибору подсоединяют наушники для прослушивания вибраций подшипника.

 
Прибор П-351, имеющий сходные с прибором GPM-1 характеристики и диапазон измерения.