롤링 요소 결함 이해
롤링 요소 결함 는 구름 요소 베어링의 볼 또는 롤러에 손상, 결함 또는 결함이 있는 경우입니다. 여기에는 표면 파손, 균열, 내장된 오염, 재료 내포물, 부식 및 기하학적 결함이 포함됩니다. 손상된 볼 또는 롤러가 베어링을 통해 회전하면 내부 및 외부 궤도에 모두 부딪히면서 다음과 같은 현상이 발생합니다. 진동 에서 볼 스핀 주파수(BSF) 특징적인 측파대 간격으로 케이지 또는 기본 열차, 주파수(FTF). 롤링 요소 결함은 네 가지 대표적인 로컬라이즈드 결함 중 하나입니다. 베어링 결함, 내부 레이스, 외부 레이스 및 케이지 결함과 함께.
궤도 결함보다는 덜 흔하며 베어링 고장의 약 10-15%를 차지하지만, 발생하면 독특하고 때로는 혼란스러운 징후가 나타나며 완전한 베어링 고장으로 급속히 진행될 수 있습니다. 결함은 하중 영역에 고정되어 있지 않고 요소와 함께 회전하기 때문에 진동이 레이스 결함과는 다르게 작동하며, 이는 진단 단서이자 골칫거리인 특이한 점입니다.
1. 정의: 롤링 요소 결함이란 무엇인가요?
볼 베어링의 볼, 롤러 베어링의 실린더, 니들 또는 테이퍼 롤러와 같은 구름 요소는 구르는 동안 두 궤도면 사이에 실제로 하중을 전달하는 부품입니다. 구름 요소의 표면은 정밀하게 마감된 관통 경화 베어링강 표면으로, 매끄럽게 구르기 위해 기하학적으로 완벽한 상태를 유지해야 합니다. 제철소에서 발생했든 사용 중 발생했든, 이 표면의 손상은 응력 집중부이자 충격원이 됩니다.
소자의 결함이 레이스에 접촉할 때마다 작은 임펄스를 생성합니다. 케이지의 전체 궤도에서 요소는 외부 레이스에 한 번, 내부 레이스에 한 번 접촉하므로 단일 결함이 요소 회전당 두 번의 충격을 생성하는 경향이 있으며, 이것이 스펙트럼에서 두 번째 고조파 2×BSF가 두드러지게 나타나는 이유입니다. 이러한 충격의 반복 속도는 베어링 지오메트리(볼 직경, 피치 직경, 접촉 각도, 요소 수)에 의해 고정되므로 결함의 계산 가능한 시그니처 주파수는 다음과 같이 명백히 다릅니다. 운전 속도 또는 그 배음.
2. 롤링 요소 결함의 유형
표면 박리(스폴)
가장 일반적인 롤링 요소 결함입니다. 롤링 접촉 피로가 발생하면 재료 조각이 표면에서 떨어져 나가 크레이터나 구덩이를 남깁니다. 스폴은 일반적으로 처음에 0.5~3mm 크기이지만 캐비티의 날카로운 모서리가 레이스에 부딪히면서 더 많은 파편을 흘리면서 커집니다. 스폴이 경주를 통과할 때마다 충격이 발생하여 BSF에서 진동을 발생시키며, 종종 2×BSF가 지배적인 진동을 발생시킵니다. (참조 스폴링 를 참조하세요).
균열
균열은 과부하, 충격 손상 또는 피로로 인해 발생하며 표면이 깨지거나 표면 아래에서 발생할 수 있습니다. 균열은 조각이 떨어져 나갈 때까지 전파되며, 이 지점에서 파손이 발생합니다. 균열은 그 전에 발견하기 어렵고, 심한 경우 공이 파손되고 조각이 나면서 갑작스러운 치명적인 고장을 일으킬 수 있습니다.
재료 포함
제조 결함: 베어링 스틸에 이물질 또는 빈 공간이 갇힌 경우. 내포물은 응력 집중을 일으켜 조기 피로를 유발하며, 일반적으로 내포물 주변에 파손이 발생하기 전까지는 감지할 수 없습니다. 깨끗하고 고품질의 베어링 스틸만이 유일한 예방책입니다.
내장된 오염
먼지, 연마 그릿, 금속 칩과 같은 단단한 입자가 요소 표면에 눌려 돌출된 융기를 형성하여 매번 통과할 때마다 레이스를 두드리게 됩니다. 이 돌기는 또한 스팔을 발생시킬 수 있는 응력 상승이 됩니다. 그 결과 BSF에서 충격 진동이 발생하며, 근본 원인은 거의 항상 아래에서 다루는 것과 동일한 일련의 사건인 부적절한 씰링 또는 여과입니다. 베어링 윤활 청결.
부식 및 습기 손상
물이 스며들거나 결로 현상이 발생하면 녹이 슬게 됩니다, 피팅 부식, 및 표면 거칠기. 부식된 부위는 피로 유발 부위로 작용합니다. 적절한 씰링과 부식 방지 윤활제를 사용하면 이를 방지할 수 있습니다.
브리넬링 및 압흔
베어링을 떨어뜨리거나 취급 중 충격, 정적 과부하 등의 충격 하중은 요소 표면에 영구적인 압흔을 남깁니다. 기계가 정지한 상태에서 진동으로 인해 가성 브리넬링이 발생할 수도 있습니다. 이러한 압흔은 충격과 응력 집중을 발생시키므로 조심스럽게 취급하고 올바르게 설치하는 것이 해결책입니다.
3. 진동 시그니처
빈도 콘텐츠
롤링 요소 결함이 발생하면 진동 스펙트럼:
- 기본 빈도: BSF, 일반적으로 실행 속도의 2~3배.
- 강한 두 번째 고조파: 2×BSF는 각 요소 회전 중에 결함이 내륜과 외륜 궤도면 모두에 충격을 가하기 때문에 기본 주파수보다 큰 경우가 많습니다.
- 사이드밴드 간격: FTF(케이지 주파수) 측 대역 - ~ 아니다 1× 사이드밴드. 이것은 내륜 결함과 구별하는 핵심 요소입니다.
- 패턴: 케이지 주파수에서 피크 간격을 두고 “피켓 울타리'를 구성하는 BSF ± FTF, BSF ± 2×FTF 등입니다.
충격은 짧고 고주파이기 때문에 일반적으로 원시 스펙트럼에 묻혀 있다가 복조 후에야 명확하게 드러납니다. 엔벨로프 분석 신호를 정류하고 대역 통과 필터링하여 반복 속도를 노출하고 그 결과 포락선 스펙트럼 에서 BSF/FTF 제품군을 가장 잘 볼 수 있습니다. 밀접하게 관련된 베어링 결함 주파수 내부 레이스, 외부 레이스, 케이지에 대한 진단 툴킷을 완성합니다.
네 가지 베어링 결함 구분하기
| 특징 | 외륜 (BPFO) | 내륜 (BPFI) | 구름 요소(BSF) |
|---|---|---|---|
| 기본 주파수 | BPFO(3-5배) | BPFI(5-7배) | BSF(2-3배) |
| 사이드밴드 간격 | 없음 또는 최소한 | ±1× (샤프트 속도) | ±FTF(케이지 속도) |
| 진폭 안정성 | 비교적 안정적이다 | 안정적인 | 변수(공의 위치에 따라 다름) |
| 발생 | 가장 흔한 (~40%) | 일반 (~35%) | 가장 드묾(~10-15%) |
진폭 변동성
볼 결함의 대표적인 특징은 측정된 진폭이 판독값마다 오르락내리락한다는 것입니다:
- 결함이 있는 요소가 부하 영역을 통과할 때 충격이 견고하고 진폭이 높습니다.
- 동일한 요소가 베어링의 무부하 쪽에 있으면 접촉이 가벼워지고 진폭이 떨어집니다.
- 이 변조는 케이지 주파수(따라서 FTF 측 대역)에 의해 제어되며, 간단하게 트렌드 하지만 레벨이 위아래로 숨을 쉬는 것 자체가 롤링 요소 오류를 진단할 수 있습니다.
4. 진행 상황 및 결과
결함 개발
- 개시: 작은 표면 균열 또는 표면 아래 포함.
- 마이크로 스폴: 작은 재료 조각이 떨어져 나갑니다.
- 스폴 성장: 스폴 가장자리에 충격이 가해지면 손상이 전파됩니다.
- 다중 스폴: 순환하는 파편은 표면을 마모시키고 추가 결함을 유발합니다.
- 볼 조각화: 심한 경우 공 전체가 갈라져 부서지기도 합니다.
- 완전 파손: 베어링은 하중을 견디지 못하고 종종 고착(시징)됩니다.
2차 피해
- 레이스 손상: 결함이 있는 요소는 내부 및 외부 레이스웨이 모두에 점수를 매깁니다.
- 잔해물 순환: 갈라진 재료는 베어링 전체에 삼체 마모를 유발합니다.
- 케이지 손상: 거친 요소는 케이지 포켓을 마모시킵니다.
- 급격한 성능 저하: 한 요소가 손상되면 다른 요소가 빠르게 뒤따르기 때문에 감지 가능한 오류와 장애 사이의 기간이 짧습니다.
5. 일반적인 원인
제조 및 재료 결함
- 요소 머티리얼의 내부 내포물 또는 공극.
- 부적절한 열처리로 인해 경도가 부적절하거나 고르지 않은 경우.
- 표면 마감 결함.
- 둥글지 않은 공과 같은 기하학적 불완전성.
설치 손상
- 취급 중 충격 - 베어링을 떨어뜨리거나 부딪히는 경우.
- 정적 과부하로 인한 브릴링 또는 정지 상태에서의 진동으로 인한 잘못된 브릴링.
- 피팅 중에 오염이 발생하여 표면에 입자가 묻어 있습니다.
작동 조건
- 불충분한 윤활로 인해 표면이 손상되고 미세 용접이 발생합니다.
- 롤링 접촉 피로를 가속화하는 과부하.
- 베어링을 통과하는 부유 전류로 인해 플루팅과 피팅이 발생합니다.
- 요소 표면을 공격하는 부식성 환경.
- 경질 입자 오염으로 인해 움푹 들어간 부분이 생깁니다.
6. 탐지, 진단 및 시정 조치
진동 분석
- 특정 베어링 형상에 대한 BSF 및 FTF 계산 - a 베어링 결함 빈도 계산기 는 샤프트 속도와 베어링 치수를 BPFO, BPFI, BSF 및 FTF로 바로 변환합니다.
- 엔벨로프 스펙트럼에서 BSF 피크를 검색합니다.
- 롤링 요소 오류를 가장 확실하게 확인할 수 있는 FTF 측대역 패턴을 확인합니다.
- 진폭이 기본값을 초과하는 경우가 많은 2×BSF를 확인합니다.
- 여러 번 측정하여 예상되는 진폭 변동성을 확인합니다.
현장에서 광대역 레벨 측정, 스펙트럼 캡처, 엔벨로프 분석 실행 등 이 전체 시퀀스는 휴대용 2채널 분석기가 설계된 베어링 진단에 정확히 부합합니다. 그리고 발란셋-1A 는 작동 속도에서 기계 자체 베어링 하우징의 FFT 스펙트럼과 시간 파형을 기록하므로, 분석가는 기계를 분해하지 않고도 현장에서 BSF 계열과 FTF 측파대를 파악한 다음, 다음과 같은 도구로 손상을 분류할 수 있습니다: 베어링 손상 분류기(ISO 15243). 또한 동일한 기기를 사용하여 베어링 결함이 단순한 구조적 결함이 아닌 진짜 결함인지 확인한 후 교체할 수 있습니다.
물리적 검사
- 베어링을 분해하고 각 볼 또는 롤러를 개별적으로 검사합니다.
- 파편, 균열, 묻힌 물질, 부식을 찾아보세요.
- 표면 거칠기 - 매끄러운 요소와 거친 요소를 느껴보세요.
- 기하학적 정확도(원형 외)를 확인합니다.
- 유지보수 기록을 위해 모든 결함을 사진으로 촬영하세요.
시정 조치 및 근본 원인
즉각적인 대응은 다음과 같이 모니터링 빈도를 높이는 것입니다. 결함 심각도, 베어링 교체를 계획하고 레이스에 2차 손상이 있는지 확인합니다. 베어링 선택 및 등급을 검토하고, 윤활의 적절성을 확인하고, 오염원을 찾아내고, 설치 관행을 감사하고, 고장이 조기에 발생한 경우 업그레이드된 베어링 사양을 고려하는 등 근본 원인 분석에 지속적인 해결책을 마련해야 합니다. 이러한 결과를 다시 구조화된 상태 모니터링 프로그램은 일회성 고장을 예방된 고장으로 전환하는 열쇠입니다.
구름 요소 결함은 궤도 결함보다는 덜 일반적이지만 정확한 진단을 위해서는 FTF 측대역을 통해 고유한 BSF 시그니처를 명확히 이해해야 합니다. 엔벨로프 분석을 통해 결함을 조기에 발견하면 결함이 심각한 베어링 손상과 치명적인 고장으로 이어지기 훨씬 전에 계획된 유지보수가 가능합니다.
