Чаще всего практические вибродиагносты ожидают наибольшей достоверности и наибольшего эффекта при внедрении диагностики подшипников качения по классическим спектрам вибросигналов, но, к сожалению, чаще всего именно здесь их оптимистическим ожиданиям будет не суждено сбыться. Достоверность большинства практических диагнозов по состоянию подшипников качения, полученных при использовании классических спектров вибросигналов, является неожиданно низкой.

Неожиданность" такого парадокса запрограммирована заранее и заложена в особенностях спектральной вибродиагностики. Ошибки ранних диагнозов заранее прогнозируемы и заключаются в том, что классический спектр есть, по своему определению, распределение мощности исходного временного вибросигнала в частотной области. Поэтому появление явно выраженных узких пиков на спектре в зоне характерных частот того или иного элемента подшипника качения, имеющих не только большую амплитуду, но и существенную мощность, следует ожидать только в том случае, когда дефект разовьется до такой степени, когда его мощность будет соизмерима с мощностью четко диагностируемых пиков на спектре. Иными словами говоря, дефект должен быть достаточно развитым, тогда его будет видно на спектре.

В соответствии с приведенной в начале главы градацией развития дефектов подшипников качения на этапы можно сказать, что спектральная диагностика может уверенно диагностировать дефекты подшипников качения начиная только с конца первого этапа, а чаще со второго этапа их развития. Причем даже и на втором этапе развития дефектов их диагностика по классическим спектрам вибросигналов является делом достаточно непростым и имеет ряд специфических особенностей.

Ниже мы попытаемся рассмотреть эти проблемы диагностики дефектов по спектрам более подробно.

Начнем с требований к применяемым спектроанализаторам. Прибор должен обязательно иметь высокое разрешение, не менее, чем 3200 линий в спектре. В противном случае при распределении мощности узкого ударного пика дефекта по достаточно широкой спектральной полосе приведет к резкому занижению уровня характерной гармоники и к невозможности ее использования в диагностике. Прибор обязательно должен иметь возможность регистрировать временные сигналы.

Рассмотрим особенности проявления дефектов подшипников на спектрах вибросигналов, их несколько:
• Наличие на временном вибросигнале явно выраженных периодических ударных процессов.
• Наличие в спектре вибросигнала большого количества несинхронных компонент, или, беря за базу оборотную частоту ротора, гармоник с дробными номерами. Частоты этих гармоник определяются подшипниковыми соотношениями.
• Наличие в спектре широкополосных энергетических горбов вблизи подшипниковых частот и частот собственных резонансов элементов механической конструкции.

Рассмотрим сначала форму проявления ударных воздействий от дефектов подшипников во временном вибросигнале. Для этого рассмотрим простейший пример временного вибросигнала, зарегистрированного на дефектном подшипнике качения.

Вероятность появления на таком временном вибросигнале ударных периодических импульсов, имеющих весьма характерный вид, сопровождающих возникновение дефектов, близка к 100 % Для описания этих внешних особенностей даже придуман специальный термин – «золотая рыбка». Наличие такой формы во временном вибросигнале, является надежным диагностическим признаком для выявления дефектов подшипников.

Частота следования "золотых рыбок" во временном сигнале должна достаточно точно соответствовать частоте, характеризующей дефект того или иного элемента подшипника. Интенсивность "золотых рыбок", степень их выраженности, превышения над фоном вибрации, зависит от степени развития дефекта. Пример немного "идеального" вибросигнала с двумя "золотыми рыбками" приведен на рисунке:

В практических вибросигналах "золотая рыбка" чаще всего является более "лохматой". У нее имеются различные "плавники" сверху и снизу. Они могут следовать одна за другой, часто даже наслаиваясь друг на друга. Все это зависит от частоты следования ударов от дефектов и от собственных резонансных свойств механической конструкции или ее отдельных элементов.

Непосредственно при диагностике дефектов подшипников качения при помощи спектров вибросигналов можно выявить три типа возможных, наиболее часто встречающихся типа спектров вибросигналов, соответствующих различным этапам развития дефектов.

• Стадия 1
Первые признаки дефектов на спектре вибросигналов возникают тогда, когда дефект подшипника, возникнув, разовьется до такой стадии, что выделяемая им энергия станет сравнительно заметной в общей энергии вибрации подшипника. Применительно к вышеописанным этапам, -развития это примерно конец первого этапа - начало второго. По срокам это примерно несколько месяцев с момента начала развития дефекта. Пример спектра первой стадии приведен на рисунке:

В этом спектре, наряду первыми, механическими, гармониками оборотной частоты   вращения ротора, появляется пик на характерной частоте дефекта того или иного элемента подшипника. На этой стадии характерная гармоника уже хорошо видна на спектре и позволяет достаточно точно выявлять дефектный элемент.

По амплитуде пик характерной гармоники уже соизмерим с амплитудой первой или второй гармоник оборотной частоты ротора, но по своей мощности еще много уступает им. На спектре это выражается тем, что пик подшипниковой гармоники является очень узким. Дефект появился, но еще не является сильно развитым.

Эта стадия завершается тогда, когда амплитуда характерной гармоники уже не растет, а рядом с ней, очень близко, появляется первая пара боковых гармоник слева и справа. Значит, начался этап расширения зоны дефекта в подшипнике.

• Стадия 2
На этой стадии значительно увеличивается вклад в общую вибрацию составляющей от дефекта подшипника. Подшипниковая гармоника увеличивает свою мощность до такого значения, что становится соизмерима с основными механическими гармониками - первой и второй. Результатом наличия в вибросигнале двух, как минимум, гармоник - синхронной и несинхронной примерно одинаковой мощности возбуждает в агрегате частоты биений. Эти частоты биений проявляются на спектре в виде боковых полос вблизи характерной подшипниковой гармоники. По мере роста мощности подшипниковой гармоники с расширением зоны дефекта число боковых полос и их мощность постепенно возрастает.

Дальнейшее развитие дефекта приводит к появлению гармоник от характерной подшипниковой частоты. Обычно появляются гармоники с номером два и три от основной частоты подшипникового дефекта. Рядом с каждой такой гармоникой слева и справа тоже будут иметь место боковые частоты, число пар которых       может быть достаточно большим. Чем более развит дефект, тем больше боковых гармоник и у гармоник частоты дефекта.

Пример спектра вибросигнала подшипника с таким развитием дефекта показан на рисунке:

На этом спектре есть две гармоники от характерной частоты подшипникового дефекта, первая и вторая. Вокруг каждой гармоники расположено по две пары боковых гармоник, расположенных слева и справа. Износ подшипника с таким спектром уже очевиден и может простираться почти по всей рабочей поверхности подшипника, он уже, стал групповым, захватив несколько элементов подшипника. Подшипник нуждается в замене или к такой процедуре нужно интенсивно готовиться.

• Стадия 3

Это последняя стадия развития дефектов подшипника. В конце этой стадии подшипник уже полностью деградировал и перестал исполнять свои прямые функции - обеспечивать вращение валов при минимальным затратах на трение. Затраты на трение велики и вращение ротора затруднено.

Развитие дефекта подшипника на этой стадии, при контроле по спектрам вибросигналов, проходит следующим образом. Износ подшипника достигает такой стадии, когда характерная частота дефекта из-за износа становится нестабильной, такая же участь постигает боковые гармоники. Наложение многих семейств гармоник, каждое из которых состоит из основной частоты и боковых гармоник, создает достаточно сложную картину. Если в этих семействах основные гармоники различаются по частоте немного, то сумма всех частот представляет из себя общее поднятие спектра, "энергетический горб", захватывающий такой диапазон частот, куда входят все гармоники всех семейств от всех уже существующих дефектов подшипника качения.

На общем фоне "энергетического горба" могут возвышаться отдельные гармоники, но обычно все они носят случайный характер и уже практически ничего не отражают. Они просто увеличивают мощность, сосредоточенную в этом частотном диапазоне "энергетического горба".

Практически вся мощность вибросигнала сосредоточена не в зоне механических гармоник (1-8), а в зоне характерных гармоник, соответствующих имеющим место дефектов подшипника качения. Правда на этом этапе таких дефектов уже много, и это понятно, подшипника уже практически нет. Для иллюстрации этой стадии на рисунке приведен спектр вибросигнала:

На рисунке достаточно хорошо видны все вышеперечисленные особенности диагностирования третьей стадии развития дефекта.

Кроме того в диапазоне гармоник, свойственных механическому ослаблению и увеличенному зазору в подшипнике поднимается лес целых гармоник оборотной частоты. Все они по своим параметрам соответствуют вышеназванным механическим причинам. Причины возникновения таких гармоник понятна - в подшипнике велики все зазоры.

Подшипник нуждается в скорейшей замене, т. к. возможность аварийной ситуации очень велика.