Zrozumienie częstotliwości uszkodzeń łożysk
Definicja: Czym są częstotliwości uszkodzeń łożysk?
Częstotliwości uszkodzeń łożysk (nazywane również częstotliwościami defektów łożysk lub częstotliwościami charakterystycznymi) są specyficzne wibracja Częstotliwości generowane, gdy elementy toczne (kulki lub wałki) w łożysku przechodzą przez defekty, takie jak pęknięcia, odpryski lub wżery na bieżniach łożyska lub samych elementach tocznych. Częstotliwości te są matematycznie przewidywalne na podstawie geometrii łożyska i prędkości obrotowej wału, co czyni je nieocenionymi wskaźnikami diagnostycznymi do wczesnego wykrywania wady łożysk.
Zrozumienie i identyfikacja tych częstotliwości poprzez analiza drgań umożliwia personelowi zajmującemu się konserwacją wykrywanie problemów z łożyskami na wiele miesięcy przed ich ujawnieniem się w postaci wzrostu temperatury, hałasu lub poważnej awarii, co pozwala na zaplanowaną konserwację i zapobiega kosztownym, nieplanowanym przestojom.
Cztery podstawowe częstotliwości błędów
Każde łożysko toczne ma cztery charakterystyczne częstotliwości występowania usterek, z których każda odpowiada innemu rodzajowi usterki:
1. BPFO – Częstotliwość podań piłki, bieżnia zewnętrzna
Szybkość, z jaką elementy toczne przechodzą przez stały punkt na bieżni zewnętrznej:
- Znaczenie fizyczne: Jeżeli na bieżni zewnętrznej występuje defekt, każdy element toczny uderza w nią podczas przechodzenia, powodując powtarzające się uderzenia
- Wartość typowa: 3-5× prędkość wału dla większości łożysk
- Formuła: BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
- Najczęściej spotykane: Najczęstszym rodzajem uszkodzeń łożysk są wady bieżni zewnętrznej
- Efekt strefy obciążenia: Stacjonarny pierścień zewnętrzny oznacza, że wada znajduje się w stałej pozycji względem obciążenia
2. BPFI – Częstotliwość podań piłki, bieg wewnętrzny
Szybkość, z jaką elementy toczne przechodzą przez stały punkt na bieżni wewnętrznej:
- Znaczenie fizyczne: Bieżnia wewnętrzna obraca się razem z wałem, więc każdy element toczny podczas przechodzenia przez nią powoduje uszkodzenie bieżni wewnętrznej.
- Wartość typowa: 5-7× prędkość wału dla większości łożysk
- Formuła: BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Wyższe niż BPFO: Zawsze wyższa częstotliwość niż BPFO dla tego samego łożyska
- Wstęgi boczne: Prawie zawsze pokazuje 1× wstęgi boczne z powodu modulacji strefy obciążenia
3. BSF – Częstotliwość rotacji piłki
Częstotliwość obrotowa elementu tocznego obracającego się wokół własnej osi:
- Znaczenie fizyczne: Jeżeli element toczny ma wadę, to wpływa ona na obie bieżnie z tą częstotliwością
- Wartość typowa: 1,5-3× prędkość wału
- Formuła: BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
- Najmniej powszechne: Wady elementów tocznych zdarzają się rzadziej niż wady bieżni
- Złożony wzór: Wada dotyka obie rasy, tworząc złożony podpis wibracyjny
4. FTF – podstawowa częstotliwość pociągów
Częstotliwość obrotowa koszyka łożyska (elementu ustalającego):
- Znaczenie fizyczne: Szybkość, z jaką obraca się klatka, przenosząc elementy toczne wokół łożyska
- Wartość typowa: 0,35-0,45× prędkość wału (subsynchroniczna)
- Formuła: FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Wady klatki: Zużyte lub uszkodzone klatki wzbudzają tę częstotliwość
- Wskaźnik niestabilności: Może również wystąpić w przypadku niestabilności wirnika wywołanej przez łożysko
Wyjaśnienie zmiennych formuł
Wzory na częstotliwość uszkodzeń wykorzystują następujące parametry geometryczne łożysk:
- N = Liczba elementów tocznych (kulek lub rolek)
- n = Częstotliwość obrotowa wału (Hz) lub prędkość (obr./min)
- Bd = Średnica kulki lub wałka
- Pd = Średnica podziałowa (średnica okręgu przechodzącego przez środki elementów tocznych)
- β = Kąt styku (kąt pomiędzy kierunkiem obciążenia a osią łożyska, zwykle 0-40°)
Większość programów do analizy drgań obejmuje bazy danych łożysk zawierające parametry wstępnie obliczone dla tysięcy modeli łożysk.
Jak częstotliwości błędów pojawiają się w widmach drgań
Podstawowy wygląd
Kiedy łożysko ulegnie uszkodzeniu:
- Główny szczyt: Częstotliwość występowania błędów pojawia się jako wyraźny szczyt w widmo częstotliwości
- Harmonia: W miarę pogarszania się defektu pojawiają się wielokrotne harmoniczne (2×, 3×, 4×) częstotliwości awarii
- Wstęgi boczne: W przypadku wad bieżni wewnętrznej i elementów tocznych często występują pasma boczne o szerokości 1× wokół częstotliwości uszkodzeń
- Wzrost amplitudy: Amplituda częstotliwości błędu wzrasta w miarę postępu defektu
Wzory wstęg bocznych
Pasma boczne dostarczają istotnych informacji diagnostycznych:
- Wady rasy wewnętrznej: BPFI z pasmami bocznymi ±1×, ±2× (defekt obracający się w strefie obciążenia)
- Wady rasy zewnętrznej: BPFO może mieć pasma boczne 1×, jeśli zewnętrzna bieżnia może się lekko obracać
- Wady elementów tocznych: BSF z pasmami bocznymi w odstępie FTF (modulacja częstotliwości klatki)
- Odstęp między wstęgami bocznymi: Identyfikuje, który komponent jest wadliwy
Wczesny i późny etap
- Wczesny etap: Małe szczyty ledwo powyżej poziomu szumów mogą wymagać analiza koperty wykryć
- Etap umiarkowany: Wyraźne szczyty z harmonicznymi i pasmami bocznymi w standardowej FFT
- Zaawansowany etap: Bardzo duża amplituda, liczne harmoniczne, wzrost szumu szerokopasmowego
- Późny etap: Widmo staje się chaotyczne z podniesionym poziomem szumów i licznymi szczytami
Techniki wykrywania
Standardowa analiza FFT
- Obliczać FFT sygnału wibracyjnego
- Szukaj szczytów przy obliczonych częstotliwościach łożysk
- Skuteczny w przypadku umiarkowanego i zaawansowanego stopnia uszkodzenia
- Można przeoczyć wczesne defekty ukryte w szumie
Analiza koperty (najbardziej efektywna)
Analiza koperty (demodulacja) jest złotym standardem w wykrywaniu usterek łożysk:
- Filtruje drgania o niskiej częstotliwości i dużej energii (pochodzące z braku równowagi itp.)
- Koncentruje się na uderzeniach o wysokiej częstotliwości spowodowanych defektami łożysk
- Możliwość wykrywania usterek 6-12 miesięcy wcześniej niż standardowa metoda FFT
- Widmo obwiedni wyraźnie pokazuje częstotliwości i wzorce błędów
Techniki dziedziny czasu
- Metoda impulsów uderzeniowych (SPM): Wykrywa energię uderzenia z defektów
- Współczynnik szczytu: Stosunek wartości szczytowej do wartości skutecznej (RMS) wzrasta wraz z uderzeniem
- Kurtoza: Statystyczna miara impulsywności, wrażliwa na wczesne uszkodzenia łożyska
Praktyczne zastosowanie
Procedura diagnostyczna
- Zidentyfikuj łożysko: Określ model i lokalizację łożyska
- Oblicz częstotliwości: Użyj geometrii łożyska do obliczenia BPFO, BPFI, BSF, FTF (lub wyszukaj w bazie danych)
- Zbieranie danych o wibracjach: Zmierz w obudowie łożyska za pomocą akcelerometr
- Analiza widma: Wyszukaj obliczone częstotliwości w FFT lub widmie obwiedni
- Potwierdź diagnozę: Sprawdź harmoniczne i pasma boczne zgodne z typem defektu
- Oceń powagę: Amplituda i zawartość harmoniczna wskazują na stopień zaawansowania wady
- Zaplanuj działanie: Zaplanuj wymianę łożysk w zależności od stopnia zaawansowania i krytyczności sprzętu
Przykładowa diagnoza
Silnik z łożyskiem SKF 6308 pracujący z prędkością 1800 obr./min (30 Hz):
- Obliczone częstotliwości: BPFO = 107 Hz, BPFI = 173 Hz, BSF = 71 Hz, FTF = 12 Hz
- Obserwowane w widmie kopertowym: Szczyt przy 173 Hz z harmonicznymi przy 346 Hz, 519 Hz
- Wstęgi boczne: ±30 Hz pasma boczne wokół szczytu 173 Hz
- Diagnoza: Potwierdzono wadę wewnętrznej bieżni (BPFI z pasmami bocznymi 1×)
- Działanie: Zaplanuj wymianę łożyska w ciągu 2-4 tygodni w zależności od amplitudy
Znaczenie dla konserwacji predykcyjnej
- Wczesne ostrzeganie: Wykrywanie usterek na 6–24 miesiące przed awarią
- Diagnoza szczegółowa: Zidentyfikuj, który element łożyska jest uszkodzony
- Monitorowanie trendów: Amplitudy częstotliwości uszkodzeń torów w celu przewidywania pozostałego czasu pracy
- Planowana konserwacja: Zaplanuj zastępstwa w dogodnym czasie przestoju
- Zapobiegaj szkodom wtórnym: Wymień łożysko zanim poważna awaria uszkodzi wał, obudowę lub inne podzespoły.
- Oszczędności kosztów: Unikaj awaryjnych napraw, strat produkcyjnych i szkód ubocznych
Częstotliwości uszkodzeń łożysk należą do najskuteczniejszych narzędzi diagnostycznych w analizie drgań. Ich matematyczna przewidywalność w połączeniu z nowoczesnymi technikami analizy obwiedni umożliwia niezawodne, wczesne wykrywanie usterek łożysk, stanowiąc podstawę skutecznych programów konserwacji predykcyjnej urządzeń wirujących.
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 