При работе подшипника с внутренними дефектами во временном вибросигнале появляются характерные составляющие, гармоники, с собственными частотами, по которым можно достаточно корректно выявить место нахождения дефекта. Численные значения частот этих составляющих зависят от соотношения геометрических размеров подшипника и оборотной частоты вращения ротора механизма.

В нагруженном подшипнике можно дифференцировать четыре основные, характерные, применяемые для диагностики частоты - внешней обоймы подшипника, внутренней обоймы, частоты сепаратора и частоты тел качения, Рассмотрим без вывода формулы для расчета этих частот.

Частота перекатывания тел качения по внешней обойме (часто в литературе обозначаемая BPFO):

Fн = Nтк / 2 х F1 (1 - Dтк / Dc x cosф )

где: Nтк - количество тел качения в одном ряду подшипника;

F1 - оборотная частота вращения ротора;

Dтк - диаметр тела качения;

Dс - средний диаметр сепаратора;

ф - угол контакта тела качения с обоймой.

Частота перекатывания тел качения по внутренней обойме (BPFI):

Fв = Nтк / 2 х F1 (1 + Dтк / Dc x cosф )

Частота сепаратора (FTF):

Fc = 1 / 2 x F1 (1 - Dтк / Dc x cosф )

Частота перекатывания тел качения (BSF):

Данные формулы расчета характерных подшипниковых частот являются достаточно простыми, но не всегда удобными для практики. Сложность заключается в том, что они включают в себя угол контакта тел качения с обоймами. Этот параметр не всегда известен точно и в процессе работы подшипника может изменять свое значение. В практике удобнее использовать более простые формулы, не включающие в себя этот угол, в результате, естественно, менее точные. Приведем и эти формулы:

Частота перекатывания тел качения по внешней обойме ( BPFO ):

 Fн=F1(Nтк/2-1,2)

Частота перекатывания тел качения тю внутренней обойме ( BPFI):

Fв=F1(Nтк/2 + 1,2)

Частота сепаратора ( FTF ):

Fc=(1/2-1,2/Nтк)

Частота перекатывания тел качения ( BSF ):

Fтк=(Nтк/2-1,2/Nтк)

Формулы для расчета подшипниковых частот удобны и полезны для использования в диагностике, но всегда следует помнить, что пользоваться ими нужно очень осторожно, достоверность диагностики с их использованием может быть не высокой. Достаточно часто даже при наличии в подшипнике явного дефекта в вибросигнале характерные частоты могут полностью отсутствовать, иметь сдвиг по частоте, или иметь очень малый уровень.

Для того, чтобы при наличии явного дефекта во временном вибросигнале, а следовательно и на полученном в результате его обработки спектре, были достоверно выявлены гармоники с этими характерными частотами, необходимо выполнение целого ряда различных требований.

Основные из этих требований следующие:

• подшипник должен быть нагружен достаточным усилием, близким к номинальному;

• дефектная зона должна периодически проходить через зону нагрузки подшипника;

• в механизме не должно быть других источников вибросигналов с частотой, равной частоте дефектов;

• вибродатчик должен быть расположен достаточно близко к нагруженной зоне подшипника;

• частотные параметры датчика должны соответствовать рабочим параметрам механизма;

• регистратор вибросигналов должен обеспечивать, после обработки, получение спектра вибросигнала с разрешением не меньше 1600 - 3200 линий.

Эти требования относятся ко всем методам диагностики подшипников качения по спектрам и спектрам огибающей, которые базируются на использовании вышеприведенных формул расчета подшипниковых частот.

Только при выполнении этих условий работы подшипника и установки датчика можно достаточно уверенно и на ранних стадиях диагностировать дефекты подшипника. В противном случае высока вероятность или "пропуска" дефектов или же "ложного определения" дефектов там, где их нет.

Сложным так же является вопрос определения уровня развития зарегистрированного дефекта по амплитудам или иным параметрам гармоник характерных подшипниковых частот. В большой степени он зависит от типа используемой аппаратуры и места установки вибродатчика. Говоря иными словами, уровень дефекта подшипника в каждом механизме свой, уникальный. На величину порога каждого дефекта так же сказывается удаление дефектного элемента от вибродатчика - дефект внутренней обоймы менее заметен, чем дефект внешней обоймы.

Определение истинного уровня недопустимого дефекта каждого подшипника, точнее говоря истинной степени развития каждого дефекта % каждого подшипника, значительно увеличивает трудоемкость использования таких методов диагностики.

В заключение по данному вопросу хотелось бы дополнить все выше сказанное следующим:

- Все подшипниковые частоты обычно модулируются частотой вращения ротора, что приводит к возникновению вокруг них характерных боковых гармоник. По мере углубления дефекта число боковых гармоник растет. Дополнительная мощность вибрации от дефекта оказывается сосредоточенной не в основной гармонике дефекта, а вокруг нее, причем в достаточно широком диапазоне частот.

- Достаточно часто бывает, что реальные частоты характерных гармоник от отдельных элементов подшипника не соответствуют рассчитанным значениям, причем по мере углубления дефектов это отличие растет.

- Чаще всего при значительных степенях развития дефектов на спектре возникают "энергетические горбы" - участки с общим поднятием уровня, имеющие большое количество случайных пиков. Такие "го;рбы" могут возникнуть как вблизи характерной частоты, так и вблизи частоты резонанса конструкции или ее отдельного элемента.

Часто "энергетический горб" бывает в двух местах спектра, и на характерной частоте и на резонансной. Достаточно часто, при развитом дефекте, характерная частота, вокруг которой появился и вырос "энергетический горб", на спектре отсутствует. Иногда число "горбов" может быть три или даже больше.