DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.02.01

Вібродіагностика шпиндельных вузлів на опорах кочення по результатах вимірювань вибрацій корпусу

Yuriy Danylchenko, Andrii Petryshyn

Анотація


Проведено аналіз сучасних методів оцінки точності і технічного стану шпиндельних вузлів на опорах кочення і дана оцінка перспективності проведення вимірювань в зонах резонансних коливань. Для оцінки точності і технічного стану шпиндельних вузлів на опорах кочення на стадіях виготовлення і експлуатації запропоновано використовувати раніше розроблений авторами метод непрямого вимірювання резонансних коливань шпинделя, в основі якого лежить вимірювання вібрацій на корпусі шпиндельного вузла з наступним обчисленням коливань шпинделя (закріпленої в шпинделі оправки) за теоретичною функцією відповідності. Для використання цього методу при розв’язку задач оцінки точності і діагностики дефектів виготовлення і збирання шпиндельного вузла дано теоретичне обґрунтування схем вимірювання, проведена адаптація динамічної моделі експериментального стенду і розроблені відповідні методики проведення досліджень. Загальна експериментальна частина методик проведення досліджень передбачає: визначення першої власної частоти рами стенду; визначення частот обертання шпинделя, що відповідають умовам виникнення резонансних коливань рами в результаті прояву дефектів виготовлення і збирання шпиндельного вузла; вимірювання вібрацій корпусу на цих частотах обертання. Загальна теоретична частина методик передбачає: розрахунок динамічних податливостей і функції відповідності, що пов'язує коливання підсистем оправки і корпусу; обчислення спектрів коливань оправки за експериментальними спектрами вібрацій корпусу і визначення амплітуд відносних коливань кінця оправки на характерних частотах вимушених коливань. За отриманими результатами, залежно від поставленого завдання, обчислюється 3D спектр вібрацій або діаграма похибки обертання шпинделя в заданому діапазоні частот обертання. Подані результати оцінки точності і технічного стану шліфувальної головки на холостому ходу і під навантаженням.


Ключові слова


шпиндельний вузол; підшипники кочення; дефекти виготовлення і збирання; похибка обертання шпинделя; вібродіагностика; механічна коливальна система; динамічна податливість

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Axes of rotation, methods for specifying and testing. An American National Standard, ASME B89.3.4, 2010.

Vibration Diagnostic Guide. Available at: www.skfreliability.com.

Graham T. Smith. Machine Tool Metrology. An Industrial Handbook. Springer International Publishing Switzerland. 2016, 700 p., doi: 10.1007/978-3-319-25109-7.

Anandan K.P., Ozdoganlar O.B., Analysis of error motions of ultra-high-speed (UHS) micromachining spindles. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2013, V. 70, p. 1-14, doi: 10.1016/j.ijmachtools.2013.02.005.

Nahata S., Anandan K. P., Ozdoganlar O. B. LDV-based spindle metrology for ultra-high-speed micromachining spindles. Proceedings of NAMRI/SME, 2013, V. 41.

Danil'chenko Yu. M., Petrishin A. I. Identifikatsiya kolebanii shpindelya po rezul'tatam izmereniya vibratsii korpusa shpindel'nogo uzla. Vіsnik NTUU «KPІ». Seriya mashinobuduvannya. – Kiїv: NTUU «KPІ», 2014, №2 (71), P. 147-152.

Shakya P., Darpe A.K., Kulkarni M. S. Vibration based fault diagnosis in rolling element bearings: ranking of various time, frequency and time-frequency domain data based damage identification parameters. International Journal of Condition Monitoring, 2013, V. 3, №2, p. 53–62, doi:10.1784/204764213808146626.

Barszcz T., Sawalhi N. Fault detection enhancement in rolling element bearings using the minimum entropy deconvolution. Archieves of Acoustics, 2012, V. 37, № 2, p. 131-141, doi: 10.2478/v10168-012-0019-2.

Trivedi P., Bharti P. K. Study Of Bearing Rolling Element Defect Using Emperical Mode Decomposition Technique. International Journal of Engineering Development and Research (IJEDR), 2017, V. 5, № 2, p. 553-565.

Barzdaitis V., Zemaitis V., Zebelys K., Pocius Z., and Mazeika P. Condition monitoring of roller bearings using different diagnostic methods. Diagnostyka, 2004, V. 30, № 1, p. 53–60.

Jamaludin, N., Mba, D., Bannister, R. H. Condition monitoring of slow-speed rolling element bearings using stress waves. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, 2001, Vl. 215, № 4, p 245 – 271, doi:10.1177/095440890121500401.

Danil'chenko Yu. M., Petrishin A. I. Diagnostika defektov izgotovleniya i sborki shpindel'nykh uzlov na oporakh kacheniya. Vіsnik NTUU «KPІ», Mashinobuduvannya, 2015, № 3 (75), p. 159-164.

Patent na korisnu model' № 112210 UA, MPK B23B 25/06 (2006.01) Stend dlya dіagnostiki pokhibok vigotovlennya і zbirannya shpindel'nikh vuzlіv gіl'zovogo vikonannya / Yu.M. Danil'chenko, A.І. Petrishin, M.A. Danil'chenko. - № u201605411; zayavl. 19.05.2016; opubl. 12.12.2016. Byul. №23.

Jui P. Hung, Yuan L. Lai, Tzuo L. Luo and Hsi H. Hsiao. Prediction of the Dynamic Characteristics of a Milling Machine Using the Integrated Model of Machine Frame and Spindle Unit. World Academy of Science, Engineering and Technology, 2012, V. 6, р. 626-632, doi: 10.5281/zenodo.1074309.

Banakh, L. Y., Kempner, M. L. Vibrations of Mechanical Systems with Regular Structure. Springer, 2010, 250 p., doi: 10.1007/978-3-642-03126-7.

Biderman V. L. Prikladnaya teoriya mekhanicheskikh kolebanii: Ucheb. posobie dlya vtuzov. M., Mashinostroenie, 1972. 416 s.

Danil'chenko Yu. M., Dorozhko A. O., Petrishin A. I. Issledovanie dinamicheskikh kharakteristik mekhanicheskoi sistemy «shpindel'nyi uzel». Vestnik MGTU «Stankin», 2014, P. 81–91.

Balitskii F. A., Barkov A. V., Barkova N. A., Vasil'eva R. V., Gol'din A. S., Zusman A. V., Sokolova A. G., Shirman A. R., Yakubovich V. A. Nerazrushayushchii kontrol'. Spravochnik v 7 tomakh pod redaktsiei chl. -korr RAN V. V. Klyueva. Tom 7. Kniga 2. Vibrodiagnostika. M., Mashinostroenie, 2005. 830 p.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Axes of rotation, methods for specifying and testing. An American National Standard, ASME B89.3.4-2010.
  2. Vibration Diagnostic Guide. URL: www.skfreliability.com.
  3. Graham T. Smith. Machine Tool Metrology. An Industrial Handbook. Springer International Publishing Switzerland.  2016, 700 p. doi: 10.1007/978-3-319-25109-7.
  4. Anandan K. P., Ozdoganlar O. B. Analysis of error motions of ultra-high-speed (UHS) micromachining spindles. International Journal of Machine Tools and Manufacture, V. 70. 2013. p. 1-14. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2013.02.005.
  5. Nahata S., Anandan K. P., Ozdoganlar O. B. LDV-based spindle metrology for ultra-high-speed micromachining spindles. Proceedings of NAMRI/SME. 2013. V. 41.
  6. Данильченко Ю. М., Петришин А. И. Идентификация колебаний шпинделя по результатам измерения вибраций корпуса шпиндельного узла. Вісник НТУУ «КПІ». Серiя машинобудування. – Київ: НТУУ «КПІ». 2014. №2 (71). 147-152.
  7. Shakya P., Darpe A. K., Kulkarni M. S. Vibration based fault diagnosis in rolling element bearings: ranking of various time, frequency and time-frequency domain data based damage identification parameters. International Journal of Condition Monitoring. 2013. V.3. № 2. p. 53–62. doi:10.1784/204764213808146626.
  8. Barszcz T., Sawalhi N. Fault detection enhancement in rolling element bearings using the minimum entropy deconvolution. Archieves of Acoustics. 2012. V. 37. № 2. p. 131-141. doi: 10.2478/v10168-012-0019-2.
  9. Trivedi P., Bharti P. K. Study Of Bearing Rolling Element Defect Using Emperical Mode Decomposition Technique. International Journal of Engineering Development and Research (IJEDR). 2017. V. 5. № 2. p.553-565.
  10. Barzdaitis V., Zemaitis V., Zebelys K., Pocius Z., and Mazeika P. Condition monitoring of roller bearings using different diagnostic methods. Diagnostyka. 2004. V. 30. № 1. p. 53–60.
  11. Jamaludin, N., Mba, D., Bannister, R. H. Condition monitoring of slow-speed rolling element bearings using stress waves. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2001. V. 215. № 4. P. 245 - 271. doi:10.1177/095440890121500401.
  12. Данильченко Ю. М., Петришин А. И. Диагностика дефектов изготовления и сборки шпиндельных узлов на опорах качения. Вісник НТУУ «КПІ», сер. Машинобудування. 2015. № (3) 75. С.159-164.
  13. Патент на корисну модель № 112210 UA, МПК B23B 25/06 (2006.01) Стенд для діагностики похибок виготовлення і збирання шпиндельних вузлів гільзового виконання / Ю. М. Данильченко, А. І. Петришин, М. А. Данильченко. - № u201605411; заявл. 19.05.2016; опубл. 12.12.2016. Бюл. №23.
  14. Jui P. Hung, Yuan L. Lai, Tzuo L. Luo and Hsi H. Hsiao. Prediction of the Dynamic Characteristics of a Milling Machine Using the Integrated Model of Machine Frame and Spindle Unit. World Academy of Science, Engineering and Technology. 2012. V. 6. р. 626-632. doi: 10.5281/zenodo.1074309.
  15. Banakh, L. Y., Kempner, M. L. Vibrations of Mechanical Systems with Regular Structure. Springer, 2010. 250 p. doi: 10.1007/978-3-642-03126-7.
  16. Бидерман В. Л. Прикладная теория механических колебаний: Учеб. пособие для втузов. М.: Машиностроение, 1972. 416 с.
  17. Данильченко Ю. М., Дорожко А. О., Петришин А. И. Исследование динамических характеристик механической системы «шпиндельный узел». Вестник МГТУ «Станкин». 2014. С. 81–91.
  18. Балицкий Ф. А., Барков А. В., Баркова Н. А., Васильева Р. В., Гольдин А. С., Зусман А. В., Соколова А. Г., Ширман А. Р., Якубович В. А. Неразрушающий контроль. Справочник в 7 томах под редакцией чл.-корр. РАН В. В. Клюева. Том 7. Книга 2. Вибродиагностика. М.: Машиностроение, 2005. 830 с.