CC BY
10
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
Секция 13
ВИБРОДИАГНОСТИКА, МОНИТОРИНГ, РИСКИ
УДК 621.822.6
В.В. Басакин, V.V. Basakin, e-mail: post@dynamucs.ru И.С. Кудрявцева, I.S. Kudryavtceva, e-mail: post@dynamucs.ru А.В. Зайцев, A.V. Zaytsev, e-mail:post@dynamucs.ru А.О. Тетерин, A.O.Teterin, e-mail:post@dynamucs.ru ООО НПЦ «Динамика», г. Омск, Россия Ltd. «SPC «Dynamics», Omsk, Russia
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВИБРАЦИИ ПОДШИПНИКОВ
EXPERIMENTAL RESEARCH METHODOLOGY OF BEARING VIBRATION
Совершенствование методик определения технического состояния подшипников качения с учетом их режимов работы является весьма актуальной задачей. В работе рассматривается методика проведения экспериментальных исследований и экспериментальная установка по установлению зависимости вибропараметров подшипников качения от частоты вращения, осевой и радиальной нагрузок.
Improvement of methods for determining the technical state of rolling bearings with regard to their operation mode is very important task. In this paper the methodology of experimental research and experimental stand to establish rolling bearings vibration parameters depending on the rotational speed, axial and radial loads.
Ключевые слова: подшипник качения, вибрация, частота вращения, осевая и радиальная нагрузки
Keywords: rolling bearings,vibration, speed, axial and radial loads
Наиболее эффективным методом, позволяющим обнаруживать как зарождающиеся, так и развитые дефекты подшипников качения, является виброакустический метод неразру-шающего контроля [1, 2]. Эксплуатация подшипников качения связана с изменением в широком диапазоне как частот вращения, так и осевых и радиальных нагрузок. Для адекватной оценки технического состояния подшипников качения с использованием виброакустического метода требуется знать влияние различных факторов на уровень вибрации.
Целью работы является разработка методики проведения эксперимента и создание экспериментальной установки по установлению зависимости величины вибропараметров подшипника от частоты вращения, осевой и радиальной нагрузок.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать методику проведения эксперимента, позволяющую установить влияние частоты вращения, осевой и радиальной нагрузок на параметры вибрации подшипника качения;
- реализовать экспериментальную установку позволяющую задавать для подшипника качения различные частоты вращения, осевые и радиальные нагрузки, а также осуществлять запись сигналов вибрации.
Разработка методики проведения эксперимента основывалась на положениях теории планирования эксперимента [3]. Объектом исследования является подшипник качения, его можно представить схемой, приведенной на рис. 1. Стрелки слева: X (влияние частоты вра-
112
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
щения, мин-1), Y (влияние осевой нагрузки, кг), Z (влияние радиальной нагрузки, кг) - спосо-
бы воздействия на подшипник (влияющие факторы).
X Ае
7 ПОДШИПНИК Уе
I Зе
Рис. 1. Схема объекта исследования
Стрелки справа - это количественные показатели, отражающие реакцию параметров вибрации на оказанное воздействие:
- Ае, м/с - среднее квадратическое значение (СКЗ) виброускорения;
- Уе, мм/с - СКЗ виброскорости;
- £е, мкм - СКЗ виброперемещения.
На начальном этапе необходимо задать уровни факторов, влияние которых исследуется. Поскольку рассматриваемый тип подшипников эксплуатируется при частотах вращения до 700 мин-1, примем изменение частоты вращения от 330 мин-1 до 670 мин-1. Осевая и радиальная нагрузки изменяются от 20 кг до 100 кг. Таким образом, область эксперимента можно представить в виде куба (рис. 2).
В связи с большим количеством опытов необходимых для установления зависимостей, в качестве плана эксперимента принята матрица планирования полного факторного эксперимента типа N = 23, где N - число опытов, 3 - число факторов, 2 - число уровней (табл. 1)
В таблице приняты следующие обозначения: х0 - фиктивная переменная, необходимая для вычисления свободного члена уравнения регрессии; х1х2, х1х3, х2х3 - эффекты парного взаимодействия факторов; х1х2х3 - эффекты тройного взаимодействия; у1, уг.-.у - реакции выходного параметра на изменение уровня факторов (Ае, Уе, £е).
Таким образом, необходимо провести 8 экспериментов с комбинациями значений факторов, указанных в матрице планирования.
Для последующей проверки значимости коэффициентов уравнения регрессии необходимо поставить 4 дополнительных параллельных опыта в центре плана, т.е. при/= 500 мин-1, осевой и радиальной нагрузке 60 кг.
радиальная нагрузка, кг Рис. 2. Область эксперимента и переход к безразмерной системе координат
113
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
Матрица планирования эксперимента
Таблица 1
№ опыта Л мин-1 Осевая нагрузка, кг Радиальная нагрузка, кг *01 Хц Х21 Х31 Х1Х21 Х11Х31 Х21Х31 Х1Х21Х31 >"1
1 330 20 20 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 У1
2 670 20 20 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 У2
3 330 100 20 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 Уз
4 670 100 20 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 У4
5 330 20 100 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 У5
6 670 20 100 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 У6
7 330 100 100 1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 У7
8 670 100 100 1 1 1 1 1 1 1 1 У8
Чтобы исключить влияние систематических ошибок, вызванных внешними условиями, необходимо ввести случайную последовательность опытов, случайно расположив 8 опытов, запланированных матрицей, и 4 параллельных опыта. Для решения этой задачи используется таблица случайных чисел. В результате последовательность опытов определяется согласно таблице 2.
Таким образом, получили 12 комбинаций СКЗ вибропараметров, величины которых полученных при проведении эксперимента, необходимо проверить на однородность, рассчитав дисперсию воспроизводимости для дополнительных параллельных опытов.
Поскольку в работе используется план полного факторного эксперимента, то уравнение регрессии будет иметь вид:
, Д*2 , Xз ) — Ьо ^Ъ Ь^! Ь2X2 ЬЗXз +Ъ ~Ь у-^Х -^Х 2 ^ 13Х1Х3 ^Ъ X2 Х3 ""+ Ь123 XlX2 Х3
Далее необходимо проверить значимость рассчитанных коэффициентов при помощи критерия Стьюдента и адекватность полученного уравнения регрессии, используя критерий Фишера.
Последовательность проведения опытов
Таблица 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Новая 3 5 10 11 8 7 4 12 2 6 9 1
посл-сть
Экспериментальную установку целесообразно реализовать на базе системы КОМ®
ПАКС -РПП с использованием привода 1602 [4], позволяющей изменять частоту вращения, задавать величину осевой и радиальной нагрузок в требуемом диапазоне и измерять вибрацию в радиальном направлении (рис. 3). Разработанная специальная конфигурация программного обеспечения системы позволяет измерять и сохранять сигналы с требуемыми частотами дискретизации и длинами выборки виброакустических сигналов.
Рис. 3. Экспериментальная установка 1 - место установки датчика вибрации, 2 - устройство осевого нагружения, 3 - устройство радиального нагружения
114
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
Таким образом, разработанная методика позволяет провести эксперимент по выявлению зави-
симостей вибропараметров подшипника качения от частоты вращения, осевой и радиальной нагрузок с учетом основных положений теории планирования эксперимента.
Библиографический список
1. Костюков В.Н. Мониторинг безопасности производства / В.Н. Костюков. - М.: Машиностроение, 2002. - 224 с.
2. Костюков В.Н. Основы виброакустической диагностики и мониторинга машин: учебное пособие / В.Н. Костюков, А.П. Науменко. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. - 360 с.
3. Адлер Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский; АН СССР, Науч. совет по комплекс. проблеме «Кибернетика». - М.: Наука, 1976. - 280 с.: ил.
4. Мониторинг состояния в реальном времени - инновационная технология технического обслуживания и ремонта / Костюков В.Н., Науменко А.П., Костюков А.В., Бойченко С.Н. // Территория N01. -2014. -№ 1. - С. 66-69.
