Inzicht in lagerfoutfrequenties
Definitie: Wat zijn lagerfoutfrequenties?
Lagerfoutfrequenties (ook wel lagerdefectfrequenties of karakteristieke frequenties genoemd) zijn specifieke trillingen Frequenties die worden gegenereerd wanneer wentelelementen (kogels of rollen) in een lager defecten zoals scheuren, afbrokkeling of putjes in de lagerringen of de wentelelementen zelf passeren. Deze frequenties zijn wiskundig voorspelbaar op basis van de geometrie van het lager en de rotatiesnelheid van de as, waardoor ze onschatbare diagnostische indicatoren zijn voor vroege detectie van defecten. lagerdefecten.
Het begrijpen en identificeren van deze frequenties door trillingsanalyse Hierdoor kan onderhoudspersoneel lagerproblemen maanden voordat deze zich openbaren door temperatuurstijgingen, lawaai of ernstige storingen, detecteren. Zo kan gepland onderhoud worden uitgevoerd en kostbare, ongeplande stilstand worden voorkomen.
De vier fundamentele foutfrequenties
Elk wentellager heeft vier karakteristieke foutfrequenties, die elk overeenkomen met een ander type defect:
1. BPFO – Ball Pass Frequency, Buitenring
De snelheid waarmee rolelementen een vast punt op de buitenring passeren:
- Fysieke betekenis: Als er een defect is op de buitenste ring, raakt elk rolelement dit bij het passeren, waardoor een herhaaldelijke impact ontstaat
- Typische waarde: 3-5× assnelheid voor de meeste lagers
- Formule: BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
- Meest voorkomend: Buitenringdefecten zijn de meest voorkomende oorzaak van lagerfalen
- Effect van de laadzone: Een stationaire buitenring betekent dat het defect zich in een constante positie ten opzichte van de belasting bevindt
2. BPFI – Ball Pass Frequency, Inner Race
De snelheid waarmee wentelelementen een vast punt op de binnenring passeren:
- Fysieke betekenis: De binnenring roteert met de as, dus elk rolelement raakt een defect aan de binnenring als ze passeren
- Typische waarde: 5-7× assnelheid voor de meeste lagers
- Formule: BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Hoger dan BPFO: Altijd hogere frequentie dan BPFO voor hetzelfde lager
- Zijbanden: Geeft bijna altijd 1× weer zijbanden als gevolg van belastingzonemodulatie
3. BSF – Balspinfrequentie
De rotatiefrequentie van een rolelement dat om zijn eigen as draait:
- Fysieke betekenis: Als een rolelement een defect heeft, heeft dit invloed op beide assen met deze frequentie
- Typische waarde: 1,5-3× assnelheid
- Formule: BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
- Minst voorkomend: Defecten aan de rolelementen komen minder vaak voor dan racedefecten
- Complex patroon: Het defect raakt beide vlakken, waardoor een complexe trillingssignatuur ontstaat
4. FTF – Fundamentele treinfrequentie
De rotatiefrequentie van de lagerkooi (houder):
- Fysieke betekenis: Snelheid waarmee de kooi draait, waarbij rolelementen rond het lager worden gedragen
- Typische waarde: 0,35-0,45× assnelheid (subsynchroon)
- Formule: FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Kooidefecten: Versleten of beschadigde kooien veroorzaken deze frequentie
- Instabiliteitsindicator: Kan ook optreden tijdens lager-geïnduceerde rotorinstabiliteiten
Formulevariabelen uitgelegd
De formules voor de storingsfrequentie gebruiken de volgende geometrische parameters voor het lager:
- N = Aantal rolelementen (kogels of rollen)
- n = Asrotatiefrequentie (Hz) of snelheid (RPM)
- Bd = Diameter van de kogel of rol
- Pd = Steekdiameter (diameter van de cirkel door de middelpunten van de rolelementen)
- β = Contacthoek (hoek tussen de belastingsrichting en de lageras, doorgaans 0-40°)
De meeste trillingsanalysesoftware bevat lagerdatabases waarin deze parameters vooraf zijn berekend voor duizenden lagermodellen.
Hoe foutfrequenties verschijnen in trillingsspectra
Basisuiterlijk
Wanneer een lager een defect ontwikkelt:
- Primaire piek: De foutfrequentie verschijnt als een duidelijke piek in de frequentiespectrum
- Harmonischen: Meerdere harmonischen (2×, 3×, 4×) van de foutfrequentie verschijnen naarmate het defect erger wordt
- Zijbanden: Bij defecten aan de binnenring en het rolelement zijn 1× zijbanden rond de foutfrequentie gebruikelijk
- Amplitudegroei: De amplitude van de foutfrequentie neemt toe naarmate het defect vordert
Zijbandpatronen
Zijbanden verschaffen cruciale diagnostische informatie:
- Innerlijke rasdefecten: BPFI met ±1×, ±2× zijbanden (defect dat in/uit de belastingzone roteert)
- Buitenste race defecten: BPFO kan 1× zijbanden hebben als de buitenste ring licht kan roteren
- Defecten aan het wentelelement: BSF met zijbanden op FTF-afstand (kooifrequentiemodulatie)
- Zijbandafstand: Identificeert welk onderdeel defect is
Vroeg versus laat stadium
- Vroeg stadium: Kleine pieken die net boven de ruisvloer liggen, kunnen een extra ruisonderdrukking vereisen. envelopanalyse detecteren
- Matige fase: Duidelijke pieken met harmonischen en zijbanden in standaard FFT
- Gevorderd stadium: Zeer hoge amplitude, talrijke harmonischen, toename van breedbandruis
- Laat stadium: Spectrum wordt chaotisch met een verhoogde ruisvloer en talrijke pieken
Detectietechnieken
Standaard FFT-analyse
- Bereken FFT van trillingssignaal
- Zoek naar pieken bij berekende lagerfrequenties
- Effectief bij matige tot gevorderde defecten
- Kan defecten in een vroeg stadium missen die verborgen liggen in ruis
Envelope-analyse (meest effectief)
Envelopanalyse (demodulatie) is de gouden standaard voor het detecteren van lagerdefecten:
- Filtert laagfrequente, hoogenergetische trillingen (door onbalans, enz.)
- Richt zich op hoogfrequente effecten van lagerdefecten
- Kan fouten 6-12 maanden eerder detecteren dan standaard FFT
- Het enveloppespectrum laat duidelijk de frequenties en patronen van fouten zien
Tijddomeintechnieken
- Schokpulsmethode (SPM): Detecteert impactenergie van defecten
- Crestfactor: Verhouding van piek tot RMS, neemt toe met impact
- Kurtosis: Statistische maatstaf voor impulsiviteit, gevoelig voor vroegtijdige schade aan het lager.
Praktische toepassing
Diagnostische procedure
- Identificeer lager: Bepaal het lagermodel en de locatie
- Frequenties berekenen: Gebruik lagergeometrie om BPFO, BPFI, BSF, FTF te berekenen (of zoek het op in de database)
- Trillingsgegevens verzamelen: Meet bij het lagerhuis met versnellingsmeter
- Spectrum analyseren: Zoek naar berekende frequenties in FFT of enveloppespectrum
- Diagnose bevestigen: Controleer op harmonischen en zijbanden die overeenkomen met het type defect
- Beoordeel de ernst: Amplitude en harmonische inhoud geven het stadium van de defectprogressie aan
- Actieplan: Plan de vervanging van lagers op basis van de ernst en de criticaliteit van de apparatuur
Voorbeelddiagnose
Motor met SKF 6308-lager draait op 1800 tpm (30 Hz):
- Berekende frequenties: BPFO = 107 Hz, BPFI = 173 Hz, BSF = 71 Hz, FTF = 12 Hz
- Waargenomen in enveloppespectrum: Piek bij 173 Hz met harmonischen bij 346 Hz, 519 Hz
- Zijbanden: ±30 Hz zijbanden rond 173 Hz piek
- Diagnose: Bevestigd defect in binnenste race (BPFI met 1× zijbanden)
- Actie: Plan een lagervervanging binnen 2-4 weken, afhankelijk van de amplitude
Belang van voorspellend onderhoud
- Vroege waarschuwing: Detecteer defecten 6-24 maanden vóór het falen
- Specifieke diagnose: Identificeer welk lageronderdeel beschadigd is
- Trendbewaking: Volg de amplitudes van de storingsfrequentie om de resterende levensduur te voorspellen
- Gepland onderhoud: Plan vervangingen in tijdens geschikte downtime
- Voorkom secundaire schade: Vervang het lager voordat een catastrofale storing de as, behuizing of andere componenten beschadigt
- Kostenbesparingen: Voorkom noodreparaties, productieverlies en nevenschade
Lagerfoutfrequenties behoren tot de krachtigste diagnostische hulpmiddelen voor trillingsanalyse. Hun wiskundige voorspelbaarheid, gecombineerd met moderne envelopanalysetechnieken, maakt betrouwbare en vroege detectie van lagerdefecten mogelijk en vormt de hoeksteen van effectieve voorspellende onderhoudsprogramma's voor roterende apparatuur.
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 