Применение анализа вибрации на практике.
Выявление дефектов подшипников качения.
Подшипники качения имеют свои характерные частоты проявления дефектов, которые определяются их геометрическими размерами. Эти частоты можно рассчитать для внутренней и внешней дорожек, сепаратора и шариковых или роликовых элементов.
Для расчета характерных частот необходимо знать число элементов качения, их диаметр, диаметр сепаратора и угол контакта (выделение ред.). Если эти параметры известны, можно определить все характерные частоты, генерируемые каждым отдельным элементом подшипника.
В отличие от повреждений других видов, характерные подшипниковые частоты будут появляться в спектре только в том случае, если есть дефекты конкретных элементов подшипников. Кроме того, в спектре возможно появление сразу нескольких частотных составляющих, характерных для данного конкретного подшипника. Например, если на внешней дорожке присутствует какой-нибудь дефект, через некоторое время этот дефект вызовет износ и деградацию элементов качения, а затем передастся и внутренней дорожке подшипника.
Характерные частоты часто определяют через коэффициенты, на которые следует умножить частоту вращения вала; эти коэффициенты кратны количеству ударов за один оборот вала, возникающих вследствие наличия определенного дефекта. Для определения характерных частот существуют стандартные формулы. Например, рассчитанный коэффициент для дефекта внешней дорожки может быть равен 5,22, и обычно в спектре вибрации вы можете наблюдать гармоники этой составляющей, которые соответствуют коэффициентам 5,22, 10,44, 15,66, 20,88 и выше. Этот несинхронный пик и его гармоники можно наблюдать, если в подшипнике есть дефектные элементы.
Дефекты подшипников, которые мы можем распознать с помощью вибрационного анализа, включают в себя: дефекты внутренней и внешней дорожек качения, дефекты элементов качения, дефекты сепаратора, ослабление посадки подшипника, увеличенный внутренний зазор, проворачивание внутреннего кольца на валу, перекос подшипника и дефекты смазки.
На самом деле можно найти много причин, вызывающих повреждения подшипников качения. Примерно 43% подшипников выходят из строя вследствие неправильного режима смазки, т.е. ее избытка или недостатка (как правило, более вероятной причиной будет избыточная смазка). Еще 27% связаны с неправильной установкой подшипника, например, когда подшипник пытаются поставить на место с помощью молотка или сварки. Следующие 24% включают: неправильное применение подшипников, дефекты сборки и повышенную вибрацию. Только 9% подшипников выходят из строя вследствие естественного износа.
Если мы взглянем на различные формулы, определяющие срок службы подшипника в зависимости от нагрузки, то увидим, что эта зависимость имеет кубический вид, т.е. подшипники очень быстро будут выходить из строя, если нагрузка на них будет превышать, установленную техническими условиями. Другим фактором, определяющим срок службы, является частота вращения. На срок жизни подшипника может повлиять и вибрация, из формул следует, что повышение вибрации машины от 5 до 10 мм/с может сократить срок службы подшипника почти на 70 %.
Если тип подшипника вам неизвестен, существуют формулы, позволяющие приблизительно определить значения характерных частот. Так, частота вращения сепаратора составляет примерно 40 % частоты вращения вала. Частота перекатывания элементов качения по внешнему кольцу (международное обозначение-BPFO) будет примерно равна 0,4 от произведения числа элементов качения на частоту вращения. Частота перекатывания шариков по внутреннему кольцу (международное обозначение-BPFI) будет примерно 0,6 от произведения числа элементов качения на частоту вращения, т.е. отношение BPFI/BPFO составляет около 1,5. Единственным исключением, когда указанными формулами нельзя пользоваться, является случай, когда угол контакта равен 90°, например в некоторых типах упорных подшипников, когда частоты для внутренней и внешней дорожки совпадают, однако такая ситуация встречается крайне редко.
Самой высокой характерной частотой является частота перекатывания по внутренней дорожки, которая примерно на 40-60 % превышает характерную частоту для внешней дорожки, и оба этих пика будут несинхронными. Так для подшипника модели SKF 22228, имеющего 19 шариков, и частоту вращения вала 29,6Гц приблизительное значение BPFI, согласно формуле, будет 337,44 Гц. На самом деле истинное значение этой частоты для подшипника данной модели будет равно 320 Гц, так что ошибка оценивания составила всего около 5 %. Если вы встретите несинхронный пик в окрестности частоты 340 Гц на расстоянии примерно 17 Гц от нее, вы можете с достаточной уверенностью заключить, что этот пик связан с дефектом внутренней дорожки подшипника.
|
