CC BY
22
возрастом изделий. Поэтому наряду с рассмотренной проблемой актуальным является диагностирование приборов перед очередными калибровками. Алгоритмы и программное обеспечение всех рассмотренных расчетных процедур автором разработаны с применением пакетов программ MathCad и Excel и апробированы.
литература
Ефремов Л. В. Практика вероятностного анализа надежности техники с применением компьютерных технологий. СПб: Наука, 2008.
Сведения об авторе
Леонид Владимирович Ефремов — д-р техн. наук, профессор; Петербургский институт машиностроения,
кафедра триботехники; E-mail: levlefr@mail.ru
Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию
мехатроники СПбГУ ИТМО 15.06.09 г.
УДК 621.822.7
Е. М. Анодина- Андриевская
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОСТРОЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ СИСТЕМ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ
Предложена методология построения систем неразрушающего диагностического контроля шарикоподшипников различных конструктивных разновидностей.
Ключевые слова: входной контроль, вибродиагностика.
Качество многих видов приборостроительной и машиностроительной продукции определяется характеристиками подшипников, входящих в состав изделия. Использование шарикоподшипников, не обеспечивающих заданные показатели качества изделий, может привести к значительным временным и материальным затратам. В связи с этим при производстве приборов необходимо проведение входного контроля их элементов, в частности шарикоподшипников различных типов.
В настоящее время существуют методы неразрушающего контроля, которые позволяют определять технологические погрешности рабочих поверхностей элементов шарикоподшипников, оказывающие существенное влияние на вибрацию подшипников, износ их деталей, ресурс рассматриваемых шарикоподшипников и, в итоге, на надежность изделия в целом. Однако использование этих методов в настоящее время ограничено и затруднено вследствие отсутствия единой методики построения систем входного контроля, применимой ко всей номенклатуре шарикоподшипников, используемых в промышленности.
Таким образом, проблема создания методологии построения систем неразрушающего входного контроля шарикоподшипников различных типов является весьма актуальной. Данная проблема включает в себя такие вопросы, как: построение обобщенной математической модели, позволяющей учитывать конструктивные особенности различных типов подшипников и многообразие их технологических погрешностей; разработка алгоритма диагностирования, отвечающего требованиям к номенклатуре и точности определения диагностируемых параметров; создание методики прогнозирования изменения параметров и расчета технического ресурса подшипников различных типов; выбор технического и информационного обеспечения системы контроля.
Выбор структуры системы контроля шарикоподшипников позволяет выделить три ее основных элемента: объект контроля, средства контроля и оператор. В настоящей статье особое внимание уделено разработке средств контроля, включающих в себя математическое, техническое и информационное обеспечение. Математическим обеспечением процесса входного контроля служат диагностическая модель и математическое описание процесса диагностирования. Техническое обеспечение — это устройства измерения вибрации подшипников, каналы связи, программные средства для математического моделирования работы и диагностирования состояния шарикоподшипников, устройства отображения информации. К информационному обеспечению относятся данные о значениях конструктивных параметров шарикоподшипников и параметров подшипникового узла, а также эталонных векторах вибрации [1, 2].
Последовательность действий при построении систем входного диагностического контроля шарикоподшипников определяется алгоритмом, включающим в себя следующие этапы:
— ввод исходных данных;
— выбор конструкции и режима работы подшипников;
— выбор диагностической модели;
— выбор программного обеспечения для определения технологических погрешностей, расчета и контроля технического ресурса;
— выбор средств измерения вибрации подшипника;
— выбор алгоритма диагностирования шарикоподшипников;
— вывод результатов.
Применение данного алгоритма в совокупности с разработанными средствами позволяет построить системы контроля шарикоподшипников любых типов, конструктивных разновидностей и классов точности.
Выбор конструкции и режима работы подшипников осуществляется с использованием созданной базы данных по конструктивным параметрам и показателям вибрации шарикоподшипников.
Выбор диагностической модели основан на применении представленной в работе [3] обобщенной диагностической модели шарикоподшипников с учетом сведений о конструктивных параметрах подшипника и диагностируемых технологических погрешностях.
Обобщенная диагностическая модель шарикоподшипников, структурная схема которой приведена на рисунке, описывает соотношения между основными параметрами исследуемой системы: параметрами подшипникового узла (V), конструктивными (Н) и технологическими (К(т)) параметрами подшипника, а также статическими параметрами С(у,т)) и вибрацией (ДО), где т и I — время, у — угол поворота подвижного кольца.
Для построения диагностической модели введены следующие обозначения параметров подшипника: п — номер совокупности шариков (п=0,...,Ы), / — номер ряда (/=1,...,Ь(п)), / — номер шарика (/=1,...Дп, /)), q — номер дорожки качения подшипника (#=0, ..., 2Ы+1)), £ — номер стороны дорожки качения подшипника (^=0, 1, 2).
Параметрами подшипникового узла являются: частоты вращения внутреннего кольца ( ш к ) и совокупностей шариков (Ш^, п — номер совокупности шариков или сепаратора), массы подвижных колец с оправками (Мп, п=0, ..., (N+1) — номер кольца), нагрузки (РП,] =1, 2, 3).
Основные конструктивные параметры подшипника — это количество совокупностей шариков в подшипнике (Ы), количество рядов (Ь(п), п=0, ..., Ы), число шариков в ряду (1(п, /), /= 1, ..., Дп)), начальный угол контакта шариков с кольцами (а# ), радиусы дорожек качения
колец (), радиусы профилей дорожек качения колец (), радиусы шариков (гп ).
Технологическими параметрами подшипника служат технологические погрешности изготовления его элементов.
Статическими параметрами подшипника называются перемещения колец (X(у, т) =
= [х"'(у,т), х"' (у,т), х" (у,т), х"' (у,т), х" (у,т)]), деформации шариков (Д(у,т) = [б^у,т),..., .., 6(2^+1)/(¿)(у, т)]) и углы контакта шариков с кольцами (А(у, т) = [аЛ(у, т),..., а ((ы )2 (ут)])
Система уравнений статики получена исходя из геометрических соотношений между параметрами шарикоподшипника и уравнений его равновесия.
Оператор Ж2 (см. рисунок) устанавливает связь осевой ( уУ" (^) ), радиальной ( у" (^), у3" (^) )
и угловой (у4" (^), у5 ^)) вибрации с параметрами и, Н, £(у,т), -Я(т), а оператор Ж3 — связь
между технологическими параметрами подшипника (К(т)) и параметрами и, Н, У(1).
Модель вибрации подшипника может быть описана системой уравнений движения. Результатом решения системы уравнений движения являются значения осевой, радиальной и угловой вибрации, которые служат диагностическими признаками подшипника и используются в технологическом процессе входного контроля.
Разработанная модель является универсальной и описывает соотношения между параметрами шарикоподшипников любых типов, конструктивных разновидностей и классов точности.
Для реализации построенной обобщенной диагностической модели шарикоподшипников разработана методика расчета статических параметров и показателей вибрации подшипников с использованием комплекса модульных программ. При создании программного комплекса была применена система автоматизации математических расчетов Ма1ЬаЬ.
Сопоставление результатов расчета показателей вибрации подшипников с результатами измерения подтвердило достоверность разработанной обобщенной диагностической модели
(погрешность приблизительно равна 10%) и обоснованность ее применения в технологическом процессе входного контроля шарикоподшипников любых типов, конструктивных разновидностей и классов точности.
Методика определения технологических погрешностей изготовления элементов шарикоподшипников базируется на использовании методов общей теории технической диагностики.
В данной задаче определение технологических параметров подшипника осуществляется по минимуму обобщенного расстояния [4]:
<*р =
В V
рЬ
Ь=1
Уь - урь
Ц / V
где у — вектор измеренной вибрации, Ур — эталонный вектор вибрации, X — вектор весовых коэффициентов.
Прогнозирование состояния объекта осуществляется по методике, изложенной в работе [5].
Для реализации поэтапного процесса прогнозирования определенный промежуток времени разбивается на интервалы, что позволяет применить линейную модель для определения технологических погрешностей элементов подшипников в заданные моменты времени.
С целью использования в процессе входного контроля разработан программный комплекс для диагностирования шарикоподшипников. Он состоит из модуля определения технологических параметров подшипника, влияющих на вибрацию, модуля прогнозирования изменения состояния подшипника и оценки его ресурса, а также модуля контроля ресурса подшипника.
Универсальный алгоритм диагностирования [5] шарикоподшипников определяет последовательность действий в процессе входного контроля. Использование данного алгоритма позволяет осуществить диагностирование состояния подшипников и тем самым получить всю необходимую информацию об объектах исследования на начальной стадии изготовления изделий приборостроения.
Сравнение результатов экспериментальной проверки шарикоподшипников разнообразных конструкций и результатов диагностирования (погрешность определения технологических параметров подшипников не превышает 12 %, а погрешность расчета ресурса — 15 %) подтверждает обоснованность применения разработанной системы для осуществления входного контроля шарикоподшипников любых типов и конструктивных разновидностей.
список литературы
1. Анодина-Андриевская Е. М. Разработка комплексных автоматизированных систем диагностического контроля шарикоподшипников / СПбГУАП. СПб, 2000. Деп. в ВИНИТИ. 04.02.00. N 261-В00.
2. Явленский К. Н., Анодина-Андриевская Е. М. Автоматизированная система диагностирования шариковых подшипников // Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. „Диагностика, информатика, метрология, экологическая безопасность — 98". СПб, 1998. С. 34.
3. Анодина-Андриевская Е. М. Обобщенная диагностическая модель шариковых подшипников // Там же. С. 35.
4. ТуДж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов. М.: Мир, 1978. 411 с.
5. Приборные шариковые подшипники: Справочник / Под ред. К. Н. Явленского и др. М.: Машиностроение, 1981. 351 с.
Сведения об авторе
Елена Михайловна Анодина-Андриевская — канд. техн. наук, доцент; Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, кафедра измерительных технологий и компьютерной томографии
Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию
мехатроники 15.06.09 г.
