Спосіб ультразвукового контролю підшипників кочення
Винахід відноситься до галузі ультразвукової діагностики підшипників кочення. Спосіб ультразвукового контролю обертових підшипників кочення полягає в збудженні ультразвукових коливань випромінювачем, що розміщується на валу, на якому встановлюється внутрішнє кільце підшипника, прийом ультразвукових сигналів датчиком-приймачем, що встановлюється на зовнішньому кільці підшипника, і аналізі їх. При цьому на випромінювач подається електричний сигнал у вигляді радіоімпульсу, частота заповнення якого перевищує 200 кГц і вибирається рівною частоті одного з максимумів амплітудно-частотної характеристики лінії. положення приймача та випромінювача, перед виміром кожної з яких вал повертається на кілька повних обертів. Синхронізація збудливого радіоімпульсу проводиться таким чином, що передній фронт синхроімпульсу збігається за часом з моментом, коли кутове зміщення ультразвукового випромінювача сигналу щодо його приймача відсутня. Даний винахід дозволяє здійснювати ультразвукову дефектоскопію підшипників безпосередньо в процесі їхнього обертання. 1 з.п. ф-ли, 3 іл.
Винахід відноситься до галузі ультразвукової діагностики підшипників кочення.
Відомі способи та пристрої діагностики підшипників, засновані на аналізі акустичних шумів і вібрації, що виникають в процесі обертання (Шубов І.Г. Шум і вібрація електричних машин. 2-е вид., перероб. і доп. - Л.: 208 с.). Недоліком подібних методів є ідентифікація дефектів та зносу за непрямими ознаками, що виявляються на основі аналізу амплітудно-частотного спектруакустичних шумів та вібрацій. При цьому на результати подібного аналізу можуть істотно впливати акустичні сигнали і вібрації, що збуджуються іншими частинами тіла, що обертається, або механізмами, пов'язаними акустично з діагностованим вузлом. До недоліків даних методик слід віднести залежність амплітудно-частотного спектру від режиму роботи підшипника (швидкості обертання, навантаження).
Найбільш близьким до пропонованого винаходу є спосіб активного ультразвукового контролю деталей, що обертаються, згідно з яким акустичний імпульс з заданими параметрами збуджується випромінювачем, закріпленим безпосередньо на деталі, що обертається, і на який електричний сигнал подається електро- або радіотехнічними методами (А.І. Кондратьєв, В.І. (Римлянд, А. В. Казарбін. Спосіб ультразвукового контролю виробів, що обертаються. Патент Україна 2122728, 1998 р.). Про характер дефекту судять щодо зміни збуджуваних ультразвукових імпульсів. До недоліків даного методу можна віднести неможливість його застосування для діагностики вузлів тертя, так як передбачається розміщення приймального перетворювача також на деталі, що обертається, що не дозволяє пропускати ультразвуковий сигнал безпосередньо через вузол тертя при обертанні. У цьому прототипі також не забезпечується необхідний рівень співвідношення сигнал-шум виділення корисного сигналу і натомість значних акустичних шумів підшипника.
Технічною задачею, на вирішення якої спрямовано даний винахід, є розробка способу, що дозволяє застосувати методи активної ультразвукової дефектоскопії до підшипників у процесі їхнього обертання.
Зазначене завдання вирішується тим, що в запропонованому способі ультразвукового контролю підшипників кочення шляхом збудження контактним методомультразвукових коливань випромінювачем, на який подається електричний сигнал у вигляді радіоімпульсу, прийому ультразвукових сигналів і аналізу їх поширення у виробі згідно винаходу випромінювач ультразвукових імпульсів встановлюють на обертовому валу поблизу внутрішньої обойми підшипника, а приймач ультразвукових сигналів встановлюють.
При цьому синхронізація збудливого радіоімпульсу проводиться таким чином, що передній фронт синхроімпульсу збігається в часі з моментом, коли кутове зміщення випромінювача ультразвукових сигналів щодо їх приймача відсутнє (рівно нулю).
Також зазначена задача вирішується тим, що частота заповнення збуджуючого радіоімпульсу перевищує 200 кГц і вибирається рівною частотою одного з максимумів усередненої амплітудно-частотної характеристики лінії випромінювач - підшипник - приймач, отриманої в статичному режимі.
Закріплення випромінювача ультразвукового сигналу на валу, що обертається, а приймача ультразвуку - на нерухомій обоймі підшипника забезпечує проходження акустичного сигналу по лінії випромінювач - вал - внутрішня обойма - кульки (ролики) - зовнішня обойма - приймач, тобто безпосередньо через вузол тертя при обертанні, можливість використання запропонованого методу для діагностики підшипників При цьому від якості контакту кульок (роликів) з обоймами залежить амплітуда і тривалість ультразвукового сигналу, що проходить. Отже, дані параметри, отримані як у статичному, так і динамічному режимах, можуть прийматися як діагностичні.
Синхронізація збудливого радіоімпульсу в динамічному режимі збільшує ступінь повторюваності окремих реалізації та дозволяє мінімізувати відстань від випромінювачадо приймача і тим самим зменшити ослаблення сигналу та вплив інтерференційних ефектів за рахунок накладання ультразвукових хвиль, що пішли через різні кульки (ролики) підшипника.
Збудливий електричний сигнал з генератора і відповідний ультразвуковий імпульс є радіоімпульсом із частотою заповнення більше 200 кГц, тобто частотою, при якій акустичні шуми мають незначну амплітуду. Налаштування частоти заповнення збудливого радіоімпульсу на частоту одного з максимумів усередненої амплітудно-частотної характеристики лінії випромінювач - підшипник - приймач, отриманої в статичному режимі дозволяє значно збільшити амплітуду корисного сигналу на виході приймача ультразвуку в динамічному режимі.
На малюнку 1 наведена схема пристрою для здійснення запропонованого способу. Пристрій для реалізації способу містить вал 1, датчик оборотів 2, генератор 3, щітковий вузол 4, п'єзокерамічний випромінювач ультразвуку 5, підшипник, що складається з внутрішньої обертової обойми 6, кульок 7, зовнішньої обертової обойми 8, звукопроводу підсилювача 11, електронного блоку 12, аналого-цифрового перетворювача 13, ЕОМ 14. Звукопровід 9, п'єзокераміка приймача ультразвуку 10 і попередній підсилювач 11 збираються у вигляді одного блоку, що представляє собою приймач ультразвуку.
Спосіб здійснюють наступним чином.
Сукупність технічних рішень, пропонованих у даному винаході, забезпечує можливість застосування методів активної ультразвукової діагностики до підшипників кочення в динамічному режимі і забезпечити більш достовірний контроль ступеня зносу і стану підшипників кочення в найбільш відповідальних вузлах тертя в порівняннііз традиційними методами.
1. Спосіб ультразвукового контролю обертових підшипників кочення шляхом збудження ультразвукових коливань випромінювачем, що розміщується на валу, на якому встановлюється внутрішнє кільце підшипника, прийому ультразвукових сигналів датчиком - приймачем, що встановлюється на зовнішньому кільці підшипника та аналізу їх поширення подається електричний сигнал у вигляді радіоімпульсу, частота заповнення якого перевищує 200 кГц і вибирається рівною частотою одного з максимумів амплітудно-частотної характеристики лінії випромінювач - підшипник - приймач, одержуваної в статичному режимі шляхом усереднення окремих таких амплітудно-частотних характеристик для однакового кутового положення приймача , Перед виміром кожної з яких вал повертається на кілька повних обертів.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при цьому синхронізація збудливого радіоімпульсу проводиться таким чином, що передній фронт синхроімпульсу збігається в часі з моментом, коли кутове зміщення випромінювача ультразвукового сигналу щодо його приймача відсутнє (рівно нулю).