Разбиране на дефектите на търкалящите се елементи
Дефекти на търкалящите се елементи са повреди, дефекти или несъвършенства в топките или ролките на лагера с търкалящи се елементи. Те включват отчупвания по повърхността, пукнатини, вградени замърсявания, включения в материала, корозия и геометрични несъвършенства. Когато повредена топка или ролка се върти в лагера, тя удря както вътрешната, така и външната пътека, като по този начин предизвиква вибрация в честота на въртене на топката (BSF) с характерни странични ленти spaced at the честота на основни импулси (FTF). Дефектите в търкалящите се елементи са един от четирите класически локализирани дефекти на лагерите, наред с дефектите във вътрешната и външната част на рамата, както и в клетката.
Те се срещат по-рядко от дефектите в пътеките и съставляват около 10–15 % от повредите на лагерите, но когато все пак възникнат, те дават характерни, понякога подвеждащи признаци и могат бързо да доведат до пълна повреда на лагера. Тъй като дефектът се върти заедно с елемента, вместо да остава неподвижен в зоната на натоварване, неговите вибрации се проявяват по различен начин от тези при дефекти в пътеките — особеност, която е едновременно диагностичен индикатор и постоянен източник на главоболия.
1. Определение: Какво представляват дефектите в търкалящите се елементи?
Търкалящият се елемент — топката в сачмен лагер, цилиндърът, иглата или конусният ролков елемент в ролковия лагер — е компонентът, който действително поема натоварването между двете пътеки, докато се върти. Повърхността му е прецизно обработена, целно закалена повърхност от лагерна стомана, която трябва да остане геометрично съвършена, за да се върти безпроблемно. Всяко увреждане на тази повърхност, независимо дали е възникнало в металургичния завод или е нанесено по време на експлоатация, се превръща в място за концентрация на напрежения и източник на въздействие.
Всеки път, когато дефектът върху елемента докосне един от пръстените, се генерира малък импулс. През цялата орбита на карето елементът докосва външния пръстен веднъж и вътрешния пръстен веднъж, така че един дефект обикновено генерира два удара на всяко завъртане на елемента — ето защо втората хармоника, 2×BSF, е толкова изразена в спектъра. Честотата на повторение на тези удари се определя от геометрията на лагера (диаметър на топката, диаметър на стъпката, ъгъл на допир и брой елементи), което придава на дефекта изчислима характерна честота, която се различава недвусмислено от работна скорост or its хармоници.
2. Видове дефекти в търкалящите елементи
Surface spalls
Най-често срещаният дефект при търкалящите се елементи. Умората при търкалящ контакт води до откъсване на парченце материал от повърхността, което оставя кратер или вдлъбнатина. В началото откъснатите парченца обикновено са с диаметър 0,5–3 mm, но се увеличават, тъй като острите ръбове на вдлъбнатината удрят пътеките и откъсват още отломки. Всяко преминаване на откъснатото парченце по пътеката предизвиква удар, който генерира вибрации с честота BSF и често доминираща честота 2×BSF. (Виж лющене (за основния механизъм на умората.)
Пукнатини
Пукнатините възникват в резултат на претоварване, удари или умора на материала и могат да бъдат повърхностни или подповърхностни. Пукнатината се разширява, докато част от материала не се откъсне — в този момент тя се превръща в отломка. Пукнатините са трудни за откриване, преди това да се случи, а в тежки случаи топката може да се счупи и раздроби, което води до внезапна катастрофална повреда.
Включения в материала
Производствен дефект: чуждо вещество или празнина, затворена в лагерната стомана. Включенията създават концентрация на напрежение, която води до преждевременна умора на материала, която обикновено остава незабелязана, докато около включението не се появят отчупвания. Единствената ефективна превенция е използването на чиста лагерна стомана с високо качество.
Вградено замърсяване
Твърдите частици — мръсотия, абразивни частици, метални стружки — които се впиват в повърхността на елемента, образуват изпъкналост, която при всяко преминаване удря по плъзгащите повърхности. Тази вдлъбнатина се превръща и в място за концентрация на напрежение, което може да предизвика отчупване. Резултатът е вибрация от удари в зоната на границата между повърхността и тялото (BSF), а основната причина почти винаги е неадекватно уплътняване или филтриране — същата верига от събития, разгледана в смазване на лагерите cleanliness.
Увреждания от корозия и влага
Проникването на вода или образуването на конденз води до появата на ръждиви петна, хлъзгане, както и грапавостта на повърхността. Корозиралите участъци действат като места за възникване на умора на материала. Това се предотвратява чрез подходящо уплътняване и смазочни материали с антикорозионни свойства.
Бринелинг и вдлъбнатини
Ударните натоварвания — падане на лагера, удари при манипулиране или статично претоварване — оставят трайни вдлъбнатини по повърхността на елемента. Фалшиво бринелиране може да възникне и в резултат на вибрации, докато машината е в покой. Тези вдлъбнатини предизвикват удари и концентрации на напрежение; решението е внимателно боравене и правилен монтаж.
3. Характерната вибрация
Честотно съдържание
Дефектите в търкалящите се елементи образуват характерна картина в вибрационен спектър:
- Основна честота: BSF, обикновено 2–3 пъти по-висока от скоростта на бягане.
- Силна втора хармоника: 2×BSF често е по-голямо от основното, тъй като дефектът засяга и двете раси при всяко завъртане на елемента.
- Разстояние между страничните ленти: Странични ленти на FTF (честота на клетката) — не 1× странични ленти. Това е основният белег, по който се различава от разлом от вътрешния масив.
- Модел: BSF ± FTF, BSF ± 2×FTF и т.н., като се образува „плет“ от пикове, разположени на разстояние, равно на честотата на решетката.
Тъй като импулсите са кратки и с висока честота, те обикновено се губят в необработения спектър и се проявяват ясно едва след демодулация. Анализ на обвивката изправя и филтрира сигнала с лентов филтър, за да определи честотата на повторение, а полученият спектър на обвивката именно там семейството на BSF/FTF е най-забележимо. Близкородствените честоти на дефектите в лагерите за вътрешната и външната обиколка, както и за клетката, които допълват диагностичния набор от инструменти.
Разграничаване на четирите вида разломи
| Функция | Външна обойма (БПФО) | Вътрешна обойма (БПФИ) | Търкалящ се елемент (BSF) |
|---|---|---|---|
| Основна честота | BPFO (3–5×) | BPFI (5–7×) | BSF (2–3×) |
| Разстояние между страничните ленти | Няма или минимално | ±1× (скорост на вала) | ±FTF (скорост на клетката) |
| Стабилност на амплитудата | Относително стабилен | Стабилен | Променлива (зависи от позицията на топката) |
| Поява | Най-често срещани (~40%) | Често срещани (~35%) | Най-рядко срещани (~10–15 %) |
Вариабилност на амплитудата
Характерна особеност на дефектите в топката е, че измерената амплитуда варира между отделните отчитания:
- Когато дефектният елемент преминава през зоната на натоварване, ударите са силни, а амплитудата е голяма.
- Когато същият елемент се намира от страната на лагера, която не е натоварена, контактът е лек и амплитудата намалява.
- Тази модулация се определя от честотата на решетката (откъдето произлизат страничните ленти на FTF) и може да доведе до актуални нестабилно — но самият факт, че нивото се колебае нагоре и надолу, е достатъчен признак за повреда в ролковия механизъм.
4. Развитие и последствия
Развитие на дефекти
- Иницииране: малка повърхностна пукнатина или вътрешноповърхностно включение.
- Micro-spall: малко парченце от материала се откъсва.
- Spall growth: ударите по краищата на отчупените части разширяват повредата.
- Множество отчупвания: циркулиращите отломки изтъркват повърхността и предизвикват появата на нови дефекти.
- Разпадане на топката: в тежки случаи цялата топка се напуква и се разпада.
- Пълен провал: лагерът губи носещата си способност и често се заклещва.
Съпътстващи щети
- Повреда на обоймата: Дефектният елемент нанася повреди както на вътрешната, така и на външната пътека.
- Циркулация на отпадъците: отчупеният материал предизвиква трителна абразия в цялата повърхност на лагера.
- Повреди в клетката: един грапав елемент износва джобовете на карето.
- Бързо влошаване: Щом един елемент се повреди, останалите бързо го последват, така че времето между откриването на неизправността и окончателната повреда е кратко.
5. Чести причини
Производствени и материални дефекти
- Вътрешни включения или кухини в материала на елемента.
- Неправилна термична обработка, водеща до недостатъчна или неравномерна твърдост.
- Дефекти в повърхностната обработка.
- Геометрични несъвършенства, като например несъвършено кръгли топки.
Повреда при монтажа
- Удари при манипулиране — изпускане или удряне на лагера.
- Бринелиране вследствие на статично претоварване или фалшиво бринелиране вследствие на вибрации в неподвижно състояние.
- Замърсяване, възникнало по време на монтажа, при което частици се вграждат в повърхността.
Работни условия
- Недостатъчното смазване води до увреждане на повърхността и микрозаваряване.
- Претоварване, което ускорява умората при контакт с ролките.
- Случаен електрически ток, преминаващ през лагера, което води до образуване на канали и питинг.
- Агресивни среди, които увреждат повърхностите на елементите.
- Замърсяване с твърди частици, което води до образуване на вдлъбнатини.
6. Откриване, диагностика и коригиращи мерки
Анализ на вибрациите
- Изчислете BSF и FTF за конкретната геометрия на лагера — a Калкулатор за честота на дефекти на лагери преобразува скоростта на вала и размерите на лагерите директно в BPFO, BPFI, BSF и FTF.
- Претърсете спектъра на обхвата за пика на BSF.
- Проверете диаграмата на страничната лента на FTF — това е най-надеждният начин за установяване на повреда в ролковия елемент.
- Проверете 2×BSF, чиято амплитуда често надвишава тази на основната честота.
- Направете няколко измервания; самата очаквана вариация в амплитудата е потвърждаващ фактор.
На място цялата тази последователност — измерване на нивото на широколентовия сигнал, записване на спектъра и извършване на анализ на амплитудния профил — е точно този вид диагностика на антената, за която е създаден преносимият двуканален анализатор. Balanset-1A записва FFT-спектъра и времевата вълнова форма от самите лагерни корпуси на машината при работна скорост, така че анализаторът да може да открие семейството BSF и неговите странични ленти FTF на място, без да разглобява машината, след което да класифицира повредата с инструмент като Класификатор на повредите на лагерите (ISO 15243). Същият уред ви позволява също така да се уверите, че повредата в лагера е реална, а не просто изкривяване на изображението, преди да пристъпите към подмяната.
Физическа проверка
- Разглобете лагера и проверете всяка топка или ролка поотделно.
- Търсете отчупвания, пукнатини, вграден материал, корозия
- Проверете грапавостта на повърхността — гладки срещу грапави елементи.
- Проверете геометричната точност (неправилна форма).
- Снимайте всеки дефект за документацията по поддръжката.
Коригиращи мерки и основна причина
Незабавната реакция е да се увеличи честотата на мониторинга в съответствие с тежест на дефекта, планирайте подмяна на лагера и проверете пътеките за вторични повреди. Трайното решение се крие в анализа на основните причини: преразгледайте избора и номиналните характеристики на лагера, проверете дали смазването е достатъчно, открийте източниците на замърсяване, проверете практиките при монтажа и обмислете използването на лагер с по-високи технически характеристики, ако повредата е настъпила преждевременно. Включете тези констатации в структуриран мониторинг на състоянието Програмата е това, което превръща единичния провал в предотвратен провал.
Дефектите в търкалящите елементи, макар и по-редки от дефектите в пътеките, изискват ясно разбиране на характерния им BSF-сигнал с FTF-странични ленти за точна диагностика. Ранното откриване чрез анализ на амплитудния профил позволява планирана поддръжка дълго преди дефектът да доведе до сериозно увреждане на лагера и възможна катастрофална повреда.
