Лекция 8

4. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Физические основы. Значение диагностического па­раметра К в каждый момент времени t определяется со­отношением толщины смазочной пленки и параметров микро- и макрогеометрии участков поверхностей в на­груженных контактных зонах. При работе объекта в кон­тактные зоны попадают различные сочетания участков поверхностей при различных нагрузках, следствием чего является непрерывное изменение функции K(t) которая имеет детерминированную составляющую, определяе­мую конструктивными особенностями объекта контроля. Отклонения макрогеометрии рабочих поверхностей (овальность, гранность) приводят к периодическому из­менению кривизны контактирующих поверхностей в зонах трения деталей, изменению размеров площадок контактов, толщины смазочной пленки и, как следствие, к характерной трансформации детерминированной со­ставляющей K(t).

Это явление положено в основу электрорезистивных методов контроля отклонений формы рабочих по­верхностей узлов машин и механизмов, которые приме­нительно к подшипникам качения обеспечивают иден­тификацию доминирующего вида, оценку ориентации и значений отклонений макрогеометрии дорожек качения колец как отдельного подшипника, так и опоры качения в условиях рабочего и тестового диагностирования.

Контроль местно нагруженных колец подшипников и опор качения.

Для подшипников качения из-за периодического перераспределения нагрузки между телами качения де­терминированная составляющая функции K(t) при отсутствии отклонений формы рабочих поверхностей име­ет практически одну гармонику с частотой f_c Z, где f_c-частота вращения сепаратора.

Макроотклонения дорожки качения местно нагру­женного кольца (в зависимости от вида нагружения подшипника оно может быть наружным или внутренним, вращающимся или неподвижным) приводят к измене­нию постоянной и переменной составляющих функции K(t), причем степень и характер влияния определяются не только видом и значением макроотклонений, но и их ориентацией относительно F_r. Характерно, что зависи­мость параметра К от угловой координаты ф располо­жения кольца относительно вектора F_r содержит прак­тически одну гармоническую составляющую (рис. 27) с частотой, соответствующей доминирующему виду мак­роотклонений его дорожки качения (для овальности - вторая гармоника, трехгранности - третья и т.п.), и фазо­выми углами, характеризующими ориентацию макроот­клонения (направление овальности наружного кольца соответствует координатам минимума, а внутреннего - максимума второй гармоники).

Рис. 27. Зависимости K(ф) для подшипника с овальностью (7) и трехвершинной огранкой (2) дорожки качения местно нагруженного кольца.

В соответствии с указанным явлением при контроле в качестве диагностических параметров используются амплитуды и фазовые углы характерных гармонических составляющих функции K(ф). При этом обобщенный алгоритм контроля заключается в получении и гармони­ческом анализе зависимости K(ф). Для этого контроли­руемое кольцо условно разбивают на п_у участков (п_у > 2M_max + 1), получают п_у отсчетов K(ф_i), совме­щая каждый раз направление F_r с центром i-го участка дорожки качения (с угловой координатой ф_i = 2πi/n_y ) и проводят гармонический анализ функции. Вид доминирующего макроотклонения идентифицируют сравнением амплитуд информационных гармоник, а его ориентацию - по фазовому углу соответствующей гар­моники.

Пример результатов контроля подшипника пред­ставлен на рис. 28.

Контроль циркуляционно нагруженного кольца подшипника.

Макроотклонения дорожки циркуляционно нагру­женного кольца наряду с изменением постоянной и пе­ременной составляющих функции K(t) вызывают изме­нение ее спектрального состава. При этом каждому виду макроотклонений соответствует характерный только для него набор информационных составляющих, изменение значения отклонения лишь перераспределяет их весомость, а частоты информационных составляющих (f_И) определяются из выражений:

Где f_Н(В)- частота вращения кольца; М = 2 для овально­сти и М — 3, 4, ... для огранки соответствующего поряд­ка; L= 1,2,....

В соответствии с указанным явлением при контроле в качестве диагностических параметров используются спектральные характеристики функции K(t), в частно­сти, параметр К_т =(K_f)²/(K₀)² , характеризующий энергетический вклад гармонических составляющих на информационных частотах в спектр K(t), где (K_F)² и (К₀ )² - мощности частотной и всей переменной со­ставляющей функции K(t).

Обобщенный алгоритм контроля заключается в спектральном анализе функции K(t), результатом кото­рого является распределение амплитуд или спектральной плотности мощности частотных составляющих сигнала. При этом вид доминирующего макроотклонения иден­тифицируют по совокупности информационных частот, соответствующих наиболее мощным пикам спектра, а его значение Q оценивают на основе рассчитанных для характерных составляющих сигнала значений К_т и функциональных зависимостей K_m(Q), полученных предварительно расчетным путем (по диагностической модели) или экспериментально (путем градуировки). В основу алгоритма функционального преобразования сигнала из временной области в частотную заложено преобразование Фурье для дискретно-временных вели­чин, а обеспечение требуемой точности анализа при ма­лых значения Т_и достигается путем усреднения текущих (выборочных) спектров.

Пример результатов контроля подшипника пред­ставлен на рис. 29.

Средства контроля также включают электронные устройства и стендовое оборудование. Принцип их по­строения иллюстрируется структурными схемами, пред­ставленными на рис. 30

29. Спектрограмма K(t) для подшипника 208 с трехгранностью дорожки качения циркуляционно нагруженного внутреннего кольца и круглограмма контролируемой дорожки качения.

Рис. 30. Устройства контроля циркуляционно (а) и местно (б) нагруженных колец:

1 - подшипник; 2 - вал; 3 - корпус; 4 - источник напряжения; 5 - формирователь импульсов; 6 - токосъемник; 7 - счетчик; 8 - временной селектор; 9 - генератор опорной частоты; 10 - устройство нагружения; 11 - ЦАП; 12,14 - квадратичные детекторы; 13 - управляемый полосовой фильтр; 15 - преобразователь отношений; 16- датчик; 17 - измеритель частоты; 18- блок управления; 19 - вычислительное устройство.