Razumijevanje frekvencija kvarova ležajeva
Definicija: Što su frekvencije kvarova ležaja?
Frekvencije kvarova ležajeva (također se nazivaju frekvencije nedostataka ležaja ili karakteristične frekvencije) su specifične vibracija frekvencije koje nastaju kada kotrljajući elementi (kuglice ili valjci) u ležaju prelaze preko nedostataka kao što su pukotine, odlomci ili udubljenja na ležajnim pločama ili samim kotrljajućim elementima. Ove frekvencije su matematički predvidljive na temelju geometrije ležaja i brzine vrtnje osovine, što ih čini neprocjenjivim dijagnostičkim pokazateljima za rano otkrivanje nedostaci ležaja.
Razumijevanje i prepoznavanje ovih frekvencija putem vibration analysis omogućuje osoblju održavanja da otkrije probleme s ležajevima mjesecima prije nego što postanu očiti kroz porast temperature, buku ili katastrofalni kvar, omogućujući planirano održavanje i sprječavajući skupe neplanirane zastoje.
Četiri temeljne frekvencije kvara
Svaki kotrljajući ležaj ima četiri karakteristične frekvencije kvara, od kojih svaka odgovara različitoj vrsti kvara:
1. BPFO – Učestalost dodavanja lopte, vanjski trk
Brzina kojom kotrljajući elementi prolaze fiksnu točku na vanjskom kolutu:
- Fizičko značenje: Ako postoji defekt na vanjskom kolutu, svaki kotrljajući element udara u njega dok prolazi, stvarajući ponavljajući udar.
- Tipična vrijednost: 3-5× brzina osovine za većinu ležajeva
- Formula: BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
- Najčešći: Defekti vanjskog prstena ležaja su najčešći način kvara
- Učinak zone opterećenja: Stacionarni vanjski prsten znači da je defekt u konstantnom položaju u odnosu na opterećenje
2. BPFI – Učestalost dodavanja lopte, unutarnji trk
Brzina kojom kotrljajući elementi prolaze fiksnu točku na unutarnjem kolutu:
- Fizičko značenje: Unutarnji kolut se okreće s osovinom, tako da svaki kotrljajući element prilikom prolaska udara u defekt na unutarnjem kolutu.
- Tipična vrijednost: 5-7× brzina osovine za većinu ležajeva
- Formula: BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Više od BPFO-a: Uvijek viša frekvencija od BPFO-a za isti ležaj
- Bočni pojasevi: Gotovo uvijek prikazuje 1× bočni pojasevi zbog modulacije zone opterećenja
3. BSF – Frekvencija rotacije lopte
Frekvencija rotacije kotrljajućeg elementa koji se okreće oko vlastite osi:
- Fizičko značenje: Ako kotrljajući element ima defekt, on utječe na oba kotrljajuća prstena na ovoj frekvenciji
- Tipična vrijednost: 1,5-3× brzina osovine
- Formula: BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
- Najrjeđe: Defekti kotrljajućih elemenata su rjeđi od defekata trkališta
- Složeni uzorak: Defekt dodiruje obje utrke, stvarajući složeni vibracijski potpis
4. FTF – Osnovna frekvencija vlaka
Frekvencija rotacije kaveza ležaja (zadržavača):
- Fizičko značenje: Brzina kojom se kavez okreće, noseći kotrljajuće elemente oko ležaja
- Tipična vrijednost: 0,35-0,45× brzina osovine (subsinkrono)
- Formula: FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Nedostaci kaveza: Istrošeni ili oštećeni kavezi pobuđuju ovu frekvenciju
- Pokazatelj nestabilnosti: Može se pojaviti i tijekom nestabilnosti rotora uzrokovane ležajevima
Objašnjenje varijabli formule
Formule za frekvenciju kvara koriste ove geometrijske parametre ležaja:
- N = Broj kotrljajućih elemenata (kuglica ili valjaka)
- n = Frekvencija rotacije osovine (Hz) ili brzina (o/min)
- Bd = Promjer kuglice ili valjka
- Pd = Promjer koraka (promjer kružnice kroz središta kotrljajućih elemenata)
- β = Kontaktni kut (kut između smjera opterećenja i osi ležaja, obično 0-40°)
Većina softvera za analizu vibracija uključuje baze podataka o ležajevima s tim parametrima unaprijed izračunatim za tisuće modela ležajeva.
Kako se frekvencije kvarova pojavljuju u spektrima vibracija
Osnovni izgled
Kada ležaj razvije kvar:
- Primarni vrh: Frekvencija kvara pojavljuje se kao izraziti vrh u frekvencijski spektar
- Harmonici: Višestruki harmonici (2×, 3×, 4×) frekvencije kvara pojavljuju se kako se kvar pogoršava
- Bočni pojasevi: Za defekte unutarnjeg koluta i kotrljajućih elemenata, uobičajeni su bočni pojasevi 1× oko frekvencije kvara
- Rast amplitude: Amplituda frekvencije kvara raste s napredovanjem kvara
Bočni uzorci
Bočne trake pružaju ključne dijagnostičke informacije:
- Nedostaci unutarnje utrke: BPFI s ±1×, ±2× bočnim pojasevima (defekt se okreće unutar/izvan zone opterećenja)
- Nedostaci vanjskog trkača: BPFO može imati 1× bočne pojaseve ako se vanjski trk može malo rotirati
- Nedostaci kotrljajućih elemenata: BSF s bočnim pojasevima na razmaku FTF (modulacija frekvencije kaveza)
- Razmak bočnih pojaseva: Identificira koja je komponenta neispravna
Rana vs. kasna faza
- Rana faza: Mali vrhovi tek nešto iznad praga šuma, mogu zahtijevati analiza omotača otkriti
- Umjereni stadij: Jasni vrhovi s harmonicima i bočnim pojasevima u standardnom FFT-u
- Napredna faza: Vrlo visoka amplituda, brojni harmonici, povećanje širokopojasne buke
- Kasna faza: Spektar postaje kaotičan s povišenim šumom i brojnim vrhovima
Tehnike detekcije
Standardna FFT analiza
- Calculate Brza brzina pretrage (FFT) vibracijskog signala
- Potražite vrhove na izračunatim frekvencijama ležaja
- Učinkovito za umjerene do uznapredovale nedostatke
- Može previdjeti nedostatke u ranoj fazi skrivene u buci
Analiza omotnice (najučinkovitija)
Analiza omotnice (demodulacija) je zlatni standard za otkrivanje nedostataka ležajeva:
- Filtrira niskofrekventne vibracije visoke energije (zbog neravnoteže itd.)
- Fokusira se na visokofrekventne utjecaje od nedostataka ležajeva
- Može otkriti greške 6-12 mjeseci ranije od standardnog FFT-a
- Spektar ovojnice jasno pokazuje frekvencije i obrasce kvarova
Tehnike vremenske domene
- Metoda udarnog impulsa (SPM): Detektira energiju udara iz nedostataka
- Crest faktor: Omjer vršne i efektivne vrijednosti (RMS) povećava se s utjecajem
- Kurtoza: Statistička mjera impulzivnosti, osjetljiva na rano oštećenje ležaja
Praktična primjena
Dijagnostički postupak
- Identificirajte ležaj: Odredite model i lokaciju ležaja
- Izračunajte frekvencije: Koristite geometriju ležaja za izračun BPFO, BPFI, BSF, FTF (ili potražite u bazi podataka)
- Prikupi podatke o vibracijama: Mjerenje na kućištu ležaja s akcelerometar
- Analiziraj spektar: Potražite izračunate frekvencije u FFT-u ili spektru omotača
- Potvrdite dijagnozu: Provjerite harmonike i bočne pojaseve u skladu s vrstom kvara
- Procijenite ozbiljnost: Amplituda i harmonijski sadržaj ukazuju na fazu napredovanja defekta
- Plan akcije: Planirajte zamjenu ležajeva na temelju ozbiljnosti problema i kritičnosti opreme
Primjer dijagnoze
Motor s ležajem SKF 6308 koji radi na 1800 okretaja u minuti (30 Hz):
- Izračunate frekvencije: BPFO = 107 Hz, BPFI = 173 Hz, BSF = 71 Hz, FTF = 12 Hz
- Opaženo u spektru omotača: Vrhunac na 173 Hz s harmonicima na 346 Hz, 519 Hz
- Bočni pojasevi: ±30 Hz bočni pojasevi oko vršne frekvencije od 173 Hz
- Dijagnoza: Potvrđen defekt unutarnjeg koluta (BPFI s 1× bočnim trakama)
- Akcijski: Zakažite zamjenu ležaja unutar 2-4 tjedna na temelju amplitude
Važnost prediktivnog održavanja
- Rano upozorenje: Otkrivanje nedostataka 6-24 mjeseca prije kvara
- Specifična dijagnoza: Utvrdite koja je komponenta ležaja oštećena
- Praćenje trendova: Praćenje amplituda frekvencije kvara za predviđanje preostalog vijeka trajanja
- Planirano održavanje: Zakažite zamjene tijekom prikladnog vremena neaktivnosti
- Spriječite sekundarnu štetu: Zamijenite ležaj prije nego što katastrofalni kvar ošteti osovinu, kućište ili druge komponente
- Ušteda troškova: Izbjegavajte hitne popravke, gubitke u proizvodnji i kolateralnu štetu
Frekvencije kvarova ležajeva spadaju među najmoćnije dijagnostičke alate u analizi vibracija. Njihova matematička predvidljivost u kombinaciji s modernim tehnikama analize ovojnice omogućuje pouzdano rano otkrivanje nedostataka ležajeva, čineći temelj učinkovitih programa prediktivnog održavanja za rotirajuću opremu.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 