книги из ГПНТБ / Лоповок Т.С. Волнистость поверхности и ее измерение

Волнограф-волнометр «Станкин-БВ» (рис. 66) предназна­ чен для записи и отсчета отклонений формы и волнистости цилиндрических деталей диаметром 10—120 мм и длиной 100—800 мм. Отклонения записываются чернилами на бу­ мажной ленте (миллиметровке) с помощью самопишущего индуктивного устройства БВ-662 и малогабаритного преобра­ зователя БВ-908. Вертикальные увеличения от 500 до 5000х .

детали, поскольку скорость подачи бумаги и скорость враще­ ния детали постоянны [24].

Деталь устанавливается в неподвижных центрах передней 13 и задней 7 бабок. Вращение детали осуществляется от мо­ тора 14 или вручную с помощью маховика 12. Измеритель­ ная каретка 2 может катиться по цилиндрической направляю­ щей 1 на шести шариковых подшипниках, опираясь сфери­ ческой опорой 10 на узкую плоскую направляющую 11.

Поверхность детали может ощупываться одновременно двумя наконечниками 6 и 8 (определяются диаметральные отклонения). При этом плоские пружины 3 и 9 свободны и

измерительное устройство работает, как плавающая скоба. При определении радиальных отклонений пружины 3 и 9 за­ стопорены и фиксируются только колебания верхнего нако­ нечника 6, подвешенного на плоских пружинах 5.

И З М Е Р Е Н И Е В О Л Н И С Т О С Т И П О Д Ш И П Н И К О В К А Ч Е Н И Я

В последнее время в технической литературе все чаще встречается термин «виброактивность», под которым понима­ ется свойство поверхностей качения деталей машин возбуж­ дать вибрации вследствие наличия на них неровностей, глав­ ным образом волнистости. Такого рода явления приобретают особое значение в подшипниках качения.

Вибрации и шум являются одними из основных характе­ ристик качества подшипника, поэтому к ним предъявляются весьма жесткие требования. Эти требования определяют не­ обходимость не выборочного контроля, а каждого (или почти каждого) подшипника отдельно.

Характерный шум подшипников имеет весьма сложную природу. Он возникает вследствие вибраций как самого под­ шипника, так и посадочных поверхностей его. Причинами воз­ никновения вибраций, возникающих в самом подшипнике, яв­ ляются:

дефекты дорожек качения (желобов) колец подшипников, не носящие периодического характера (коррозия, царапины, риски, механические повреждения от ударов и т. п.);

загрязнение рабочих поверхностей; вибрации сепаратора, создающие характерный шум — «се­

параторный треск», который определяется зазорами (люфта­ ми) сепаратора и отличается от приглушенного шума шари­ ков;

геометрические погрешности рабочих поверхностей под­ шипников; упругие деформации колец подшипников при ра­ боте под нагрузкой.

Упругие деформации возникают в радиально нагружен­ ных подшипниках и не являются строго периодичными из-за нелинейности отношения между контактной деформацией и силой, действующей на подшипник. Поскольку эти вибрации обусловлены физическими причинами и не могут характери­ зовать качество изготовленных подшипников, они в дальней­ шем не рассматриваются.

Взаимосвязь между волнистостью и вибрациями подшипников

Для оценки влияния геометрических погрешностей рабо­ чих поверхностей подшипника (беговых дорожек, шариков) прежде всего необходимо иметь их круглограммы. Если на беговых дорожках колец обнаруживаются такие неровности, •шаги которых соизмеримы с радиусами шариков, то в мо­ мент прохождения шарика через впадину, находящуюся в зо­ не нагружения, внутреннее кольцо подшипника перемещает­ ся относительно наружного кольца. Таким образом, волнис­ тость поверхности, для которой характерны такие шаги, ока­ зывает определяющее влияние на качественные характерис­ тики подшипников качения. Однако, поскольку подшипники в сборе являются сложной механической системой, имеющей несколько степеней свободы, процесс протекает так, что вследствие переменньїх^иліускорения возникают вибрацион­ ные колебания отдельных элементов подшипников. Шум (звук), являющийся следствием этих колебаний, частично пе­ редается через воздух и достигает нашего слуха, но большая энергетическая часть звука, распространяющаяся в твердых телах, передается машине, в которую встроен подшипник. Затем через значительно большие излучающие поверхности этой машины звук отражается и передается через воздух, особенно усиливаясь в том случае, если определенные часто­ ты совпадают с собственными частотами машины.

Для получения достаточной информации о том, каков бу­ дет уровень вибраций подшипника в сборе, нужно найти взаи­ мосвязь между волнистостью и вибрациями.

Качество поверхностей качения с точки зрения виброак­ тивности невозможно оценить только на основании их круглограмм. Необходим более тонкий метод анализа, каковым является гармонический анализ. Для проведения гармониче­ ского анализа прежде всего нужно рассмотреть спектр вол­ нистости, имеющий некоторую специфику.

этой поверхности в выбранной ци­ линдрической системе координат выразится уравнением

Рис. 67. Система координат для определения спектра волнистости

Разложив это уравнение в ряд Фурье, получим

fe=i

где коэффициенты a k и угол сдвига фаз 6^ зависят от Z0 - Скорость точки А, направленная вдоль оси X, определяется выражением

В этом уравнении коэффициент Фурье bk=bk(Z0)=kwtak.

Точка А является кончиком щупа преобразователя, который ориентирован так, что совершает движение только в направ­ лении оси X. Если кончик щупа не отрывается от поверхнос­ ти, то сигнал, поступающий от преобразователя, пропорцио­ нален скорости перемещения щупа. Этот сигнал должен быть

тельный наконечник преобразователя направлен не в ради­ альном направлении, а вдоль теоретической нормали к по­

ра волнистости реальной поверхности необходимо ввести гра­ ничные значения чисел k.

Верхнее предельное значение ri\ определяется радиусом закругления щупа, геометрией измеряемой поверхности, ди­ намическими свойствами преобразователя и прибора-анали­ затора.

Нижнее предельное значение спектра волнистости прини­ мается равным 2 (овальность). Таким образом, спектр вол­

Приведенное выражение представляет собой эффектив­ ное значение уровня волнистости и v-м диапазоне в выб­

носительные радиальные перемещения шарика, которые пе­ редаются в нагруженной зоне наружному кольцу подшипника. При этом, как показано в работе [36], каждая гармоника спектра сообщает наружному кольцу простое гармоническое колебание на частоте

На рис. 68 приведены спектры волнистости наружного и внутреннего колец, где по оси абсцисс отложены в логариф­ мической шкале і — номера гармоник, а по оси ординат а — амплитуды в микрометрах.

Эффективные значения амплитуд колебания скорости и ускорения наружного кольца на указанной выше частоте бу­

от круглости профиля поверхности с точки зрения виброак­ тивности следует оценивать не по значениям амплитуд а 1 составляющих, а в зависимости от значений этих произведе­ ний, которые могут быть названы характеристиками вибро­ активности поверхности качения по скорости и ускорению.

Ниже приводятся результаты исследований, полученных фирмой SK.F на установке VKL. С помощью этой установки вибрации собранного подшипника измерялись при соприкос­ новении щупа преобразователя с наружным неподвижным

1) волнистость внутреннего кольца порядка k=qu±P

вызывает вибрации с круговой частотой со=ди(со; —сос )±Рсо,

где со; и сос — угловые скорости внутреннего кольца и сепа­ ратора относительно точки, расположенной вне подшипника; при Р = 1 наружное кольцо вибрирует, как твердое тело, при Р = 2, Р = 3 и т. д. — вибрирует, как гибкое тело, со значе­ ниями Р, равными количеству волн на окружности наружного кольца;

2) волнистость наружного кольца порядка k=qu±P

вызывает вибрации с круговой частотой СО = QU(x)c,

где Р имеет тот же физический смысл; 3) волнистость шариков с непосредственно полученным

порядком k вызывает вибрации с круговой частотой

вычислить различные частоты, создаваемые кольцами и ша­ риками.

Однако определить амплитуды этих вибраций трудно. При введении коэффициента Т, являющегося частным от

деления амплитуды вибраций на амплитуду волнистости, вы­ раженных в единицах скорости колебаний (мкм/с), можно констатировать, что в области ниже критической для вибра­

кольца, полученный при скорости вращения 900 об/мин; на

данное кольцо было смонтировано со специально изготовлен­ ными наружным кольцом и роликами (исследовалось внут­ реннее кольцо конического роликового подшипника). Наруж­ ное кольцо и ролики были тщательно отполированы и прак­ тически не имели волнистости, поэтому спектр вибраций