G01B5 / 24 - для вимірювання кутів; для перевірки співвісності
Власники патенту RU 2336494:
Товариство з обмеженою відповідальністю "Корпорація" СпектрАкустіка "(RU)
Винахід відноситься до неруйнівного контролю і може бути використано для визначення точок контакту кульки з ободом шарикопідшипника і обчислення кута контакту шарикопідшипника. Вимірювання можуть проводитися на вже зібраному шарикопідшипнику. Сутність: спосіб включає визначення точки дотику кульки з контактною поверхнею обода і знаходження кута контакту шарикопідшипників зі зміщення точки дотику від розрахункового положення. При цьому контактну поверхню обода в області розрахункової точки його контакту з кулькою опромінюють ультразвуковим пучком, а точку дотику визначають за мінімальним значенням амплітуди відбитого акустичного сигналу. Технічний результат: можливість безпосереднього визначення точок контакту кульки з ободом шарикопідшипника і розрахунок кута в ньому, і визначення розміру і форми області контакту кульки з ободом. 3 з.п. ф-ли, 3 мул.
Винахід відноситься до неруйнівного контролю і може бути використано для визначення точок контакту кульки з ободом шарикопідшипника і обчислення кута контакту шарикопідшипника, який є важливим параметром, що впливає на якість і довговічність шарикопідшипника. Вимірювання можуть проводитися на вже зібраному шарикопідшипнику.
Кут контакту шарикопідшипника є одним з найбільш важливих параметрів шарикопідшипника, що задається при його конструюванні. Відхилення кута контакту шарикопідшипника від розрахункового значення призводить до зменшення гранично допустимих навантажень на шарикопідшипник, зниження його надійності і довговічності. Крім цього, при складанні вузлів з декількох шарикоподшипников вкрай важливо, щоб всі вони мали однаковий кут контакту. У цьому випадку гранична допустима навантаження на вузол практично дорівнює сумі гранично допустимих навантажень окремих підшипників.
Визначення області контакту кульки з ободом шарикопідшипника і її відповідність розрахунковому (конструкторському) положенню вкрай важливо для перевірки якості виготовлення доріжок кочення. Даний параметр істотно впливає на довговічність шарикопідшипника.
Більшість відомих способів визначення кута контакту шарикоподшипников базуються на вимірюванні непрямих параметрів і не є надійними, тому що мають велику похибку.
Однак даний спосіб характеризується використанням для визначення кута контакту непрямих даних, що знижує вірогідність і точність вимірювань.
Недоліком описаного методу також є те, що визначення кута контакту в ньому є не прямим і засноване на непрямих даних.
Недолік цього методу також полягає в тому, що він є непрямим.
Також відомий метод, що дозволяє визначати по зсуву при осьовому і радіальному навантаженні не тільки кут контакту, але і осьової і радіальний зазор (Патент РФ №2232310, МПК 7F16C 19/38).
Недоліком цього методу, як і попередніх, є те, що він заснований на непрямих даних.
Дані технології призначені для визначення якості підшипника по куту контакту шарикопідшипника. Однак ці методи не дозволяють визначати точне місце розташування області контакту кульки з ободом шарикопідшипника і її форму. Визначення даних параметрів дозволяє з більшою вірогідністю робити висновок про якість шарикопідшипника, включаючи характеристику його зносостійкості і довговічності.
Завданням винаходу є створення способу визначення кута контакту шарикопідшипників, що дозволяє з більшою вірогідністю визначати надійність шарикопідшипника.
Технічний результат полягає в можливості безпосереднього визначення точок контакту кульок з ободом шарикопідшипника і розрахунку кута контакту в ньому. Крім цього, запропонований метод дозволяє визначати розмір і форму області контакту кульок з ободом.
Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення кута контакту шарикопідшипників, що включає визначення точки дотику кульки з контактною поверхнею обода, і знаходження кута контакту шарикопідшипників зі зміщення точки дотику від розрахункового положення, згідно з рішенням, контактну поверхню обода в області розрахункової точки його контакту з кулькою опромінюють ультразвуковим пучком, а точку дотику визначають за мінімальним значенням амплітуди відбитого акустичного сигналу. Крім того, визначають точки дотику кульки з зовнішнім і внутрішнім ободом підшипника, а кут контакту визначають за відстанню між проекціями цих точок на площину зображення. Внутрішню поверхню обода розташовують в фокальній площині сфокусованого ультразвукового пучка, а визначення точки дотику здійснюють шляхом її поточечного сканування. Кут контакту шарикопідшипників визначають по одній з наступних формул:
де # X003B1; - кут контакту шарикопідшипника; С - відстань між проекціями точок контакту кульки з внутрішнім і зовнішнім ободами на площину зображення; # X003B1; 0 - розрахунковий кут контакту шарикопідшипника; # X00394; - зміщення проекції точки контакту кульки з ободом на площину зображення; R - радіус кульки; А - відстань від проекції точки контакту кульки з ободом на площину зображення до краю обода; А0 - розрахункова відстань від проекції точки контакту кульки з ободом на площину зображення до краю обода.
Запропонований спосіб здійснюється наступним чином.
В обід шарикопідшипника з зовнішньої сторони вводять ультразвуковий пучок і реєструють амплітуду сигналу, відбитого від різних точок його внутрішньої поверхні. В області контакту обода з кулькою спостерігається різке зменшення амплітуди відбитого акустичного сигналу. Для отримання акустичного зображення внутрішньої поверхні обода може бути використаний як сфокусований пучок ультразвуку з механічним або дифракційним скануванням, так і несфокусованого пучок з більш складною системою приймачів. При досить високій роздільній здатності, при якому на область контакту припадає понад 10 точок растрового зображення, можливо визначення не тільки розташування точки контакту кульки з ободом, а й форми області контакту.
У першому випадку в обід шарикопідшипника з зовнішньої сторони через емерсіонную рідина вводять сфокусований пучок коротких ультразвукових імпульсів, сформований таким чином, щоб внутрішня поверхня обода шарикопідшипника перебувала в області каустики. Акустичний об'єктив при цьому поперемінно працює в генерує і приймає режимах. Механічно переміщаючи підшипник, для деякого набору точок реєструють сигнали, відбиті від внутрішньої сторони обода і будують растрове зображення. Область контакту кульки з шарикопідшипником характеризується різким зниженням амплітуди відбитого сигналу.
Даний метод визначення точки контакту заснований на наступному ефекті. Акустичний сигнал відбивається від неоднорідностей і кордонів розділу, зокрема, від внутрішньої поверхні обода шарикопідшипника. В області контакту кульку щільно притиснутий до обода, і ультразвук проходить в нього, майже не відбиваючись. Приклад одержуваного растрового зображення наведено на фіг.1. Яскрава світла область в центрі зображення відповідає поверхні доріжки шарикопідшипника, а темна пляма на її тлі - області торкання обода і шарикопідшипника. Як видно з креслення, запропонований метод дозволяє ефективно визначати не тільки місце розташування області контакту, але і її форму. Для розрахунку кута контакту за місце розташування точки контакту може бути прийнятий центр області контакту.
Кут контакту кульки в шарикопідшипнику може бути визначений, наприклад, по одній з наступних методик.
1. Визначають точки контакту кульки, як із зовнішнім, так і з внутрішнім ободом шарикопідшипника. Вимірюють проекцію діаметра кульки, що з'єднує точки контакту на площину зображення (С). Кут контакту визначають за формулою:
де D - діаметр кульки.
2. Вимірюють проекцію відстані від краю обода до точки контакту на площину зображення (А, на фіг.2). Вимірювання відстаней порівнюють з розрахунковим значенням (А0), і розраховують її зміщення (# x00394;). Знаючи радіус кульки (R) і розрахунковий кут контакту, обчислюють проекцію радіуса проведеного в розрахункову точку контакту на площину зображення (В0):
Знаючи зміщення точки контакту від розрахункового положення, знаходять проекцію радіуса, проведеного в реальну розрахункову точку контакту на площину зображення (В), і розраховують реальний кут контакту (# x003B1;):
У разі малого зміщення положення точки контакту від розрахункового можна скористатися наближеною формулою
Приклади конкретних виконань.
Заявляється способом було досліджено дворядний шарикопідшипник діаметром 60 мм з діаметром кульки 8 мм. Два жорстко пов'язаних між собою акустичних об'єктива були підведені до зовнішнього і внутрішнього ободів шарикопідшипника (див. Фіг.3). Між об'єктивами і поверхнями ободів була поміщена імерсійна рідина, об'єктиви були розташовані так, щоб внутрішня поверхня ободів перебувала в області каустики акустичного поля відповідного випромінювача.
Після приготувань була просканувати область розміром 5х5 мм, обрана так, щоб отримати зображення точок контакту кульки з обома ободами підшипника. Шляхом зіставлення зображень, отриманих за допомогою нижнього і верхнього об'єктивів, знайдено відстань між проекціями точок контакту на площину зображення, яке склало 1,6 мм. Кут контакту був розрахований по першій методиці, який склав величину, рівну 11,54 # x000B0 ;.
В іншому варіанті використання заявляється способу до зовнішнього обода дворядного шарикопідшипника, закріпленого на мікрометричними столику акустичного мікроскопа, був підведений акустичний об'єктив. Розрахункова відстань від краю обода до проекції точки контакту даного шарикопідшипника склало 10 мм, діаметр кульки - 8 мм, а розрахунковий кут контакту - 0,1 # x003C0; (18 # x000B0;). Між об'єктивом і поверхнею обода була поміщена імерсійна рідина, об'єктив був розташований так, щоб внутрішня поверхня обода перебувала в області каустики акустичного поля.
Після приготувань була просканувати область розміром 5 # x000D7; 5 мм, обрана так, щоб отримати зображення точки контакту кульки ободом підшипника. Розмір області контакту на фіг.1 склав величину, рівну приблизно 20 # x000D7; 200 мкм. Виміром відстані від краю обода до центру її проекції була знайдена величина, рівна 10,45 мм. За формулою (3) були проведені обчислення істинного кута контакту # X003B1; = 0,1 # x003C0; -0,45 / (4 # x000B7; # x003C0;) = 0,0642 # x003C0 ;, відповідного приблизно 11,55 # x000B0 ;. Дана величина відрізняється від розрахункового значення більш ніж на 7 градусів.
Таким чином, було встановлено, що кут контакту досліджувати шарикопідшипника істотно відхиляється від розрахункового значення, що свідчить про недостатньо високу якість його виготовлення, а отже, низької надійності і недовговічності.
1. Спосіб визначення кута контакту шарикопідшипників, що включає визначення точки дотику кульки з контактною поверхнею обода, і знаходження кута контакту шарикопідшипників зі зміщення точки дотику від розрахункового положення, при цьому контактну поверхню обода в області розрахункової точки його контакту з кулькою опромінюють ультразвуковим пучком, а точку торкання визначають за мінімальним значенням амплітуди відбитого акустичного сигналу.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що визначають точки дотику кульки з зовнішнім і внутрішнім ободом підшипника, а кут контакту визначають за відстанню між проекціями цих точок на площину зображення.
3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що внутрішню поверхню обода розташовують в фокальній площині сфокусованого ультразвукового пучка, а визначення точки дотику здійснюють шляхом її поточечного сканування.
4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що кут контакту шарикопідшипників визначають по одній з наступних формул:
де # X003B1; - кут контакту шарикопідшипника; С - відстань між проекціями точок контакту кульки з внутрішнім і зовнішнім ободами на площину зображення; # X003B1; 0 - розрахунковий кут контакту шарикопідшипника; # X00394; - зміщення проекції точки контакту кульки з ободом на площину зображення; R - радіус кульки; А - відстань від проекції точки контакту кульки з ободом на площину зображення до краю обода; А0 - розрахункова відстань від проекції точки контакту кульки з ободом на площину зображення до краю обода.