Înțelegerea frecvențelor defectelor la rulmenți
Definiție: Ce sunt frecvențele defectelor la rulmenți?
Frecvențele defectelor lagărelor (numite și frecvențe ale defectelor lagărelor sau frecvențe caracteristice) sunt specifice vibrații frecvențele generate atunci când elementele de rulare (bile sau role) dintr-un rulment trec peste defecte precum fisuri, ciobituri sau gropi pe căile de rulare ale rulmentului sau pe elementele de rulare în sine. Aceste frecvențe sunt previzibile matematic pe baza geometriei rulmentului și a vitezei de rotație a arborelui, ceea ce le face indicatori de diagnostic neprețuiți pentru detectarea timpurie a defecte ale rulmentului.
Înțelegerea și identificarea acestor frecvențe prin analiza vibrațiilor permite personalului de întreținere să detecteze problemele rulmenților cu luni înainte ca acestea să devină evidente prin creșterea temperaturii, zgomot sau defecțiuni catastrofale, permițând întreținerea planificată și prevenind perioadele de nefuncționare neplanificate și costisitoare.
Cele patru frecvențe fundamentale de defecțiune
Fiecare rulment cu element de rostogolire are patru frecvențe caracteristice de defectare, fiecare corespunzând unui tip diferit de defect:
1. BPFO – Frecvența de trecere a bilei, traseul exterior
Viteza la care elementele de rulare trec printr-un punct fix de pe calea de rulare exterioară:
- Semnificație fizică: Dacă există un defect pe calea de rulare exterioară, fiecare element de rulare îl lovește pe măsură ce trece, creând un impact repetitiv.
- Valoare tipică: Viteza arborelui de 3-5× pentru majoritatea rulmenților
- Formulă: BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
- Cele mai frecvente: Defectele de pe calea de rulare exterioară sunt cel mai frecvent mod de defectare a rulmenților
- Efectul zonei de încărcare: Calea exterioară staționară înseamnă că defectul este într-o poziție constantă în raport cu sarcina
2. BPFI – Frecvența de pase a mingii, traseul interior al terenului
Viteza la care elementele de rulare trec printr-un punct fix de pe calea de rulare interioară:
- Semnificație fizică: Inelul interior se rotește odată cu arborele, astfel încât un defect al inelului interior este lovit de fiecare element de rulare pe măsură ce trece
- Valoare tipică: Viteza arborelui de 5-7× pentru majoritatea rulmenților
- Formulă: BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Mai mare decât BPFO: Întotdeauna o frecvență mai mare decât BPFO pentru același rulment
- Benzi laterale: Aproape întotdeauna arată 1× benzi laterale datorită modulației zonei de sarcină
3. BSF – Frecvența de rotație a mingii
Frecvența de rotație a unui element de rostogolire care se rotește pe propria axă:
- Semnificație fizică: Dacă un element de rulare are un defect, acesta afectează ambele piste la această frecvență.
- Valoare tipică: 1,5-3× viteza arborelui
- Formulă: BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
- Cel mai puțin frecvent: Defectele elementelor de rulare sunt mai puțin frecvente decât defectele de cursă
- Model complex: Defectul contactează ambele rase, creând o semnătură vibrațională complexă.
4. FTF – Frecvența fundamentală a trenului
Frecvența de rotație a coliviei (elementului de reținere):
- Semnificație fizică: Viteza la care se rotește colivia, transportând elementele de rostogolire în jurul rulmentului
- Valoare tipică: 0,35-0,45× viteza arborelui (subsincron)
- Formulă: FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Defecte ale coliviei: Coliviile uzate sau deteriorate excită această frecvență
- Indicator de instabilitate: Poate apărea și în timpul instabilităților rotorului induse de rulmenți
Explicația variabilelor formulă
Formulele de frecvență a defectelor utilizează acești parametri geometrici ai rulmenților:
- N = Numărul de elemente de rulare (bile sau role)
- n = Frecvența de rotație a arborelui (Hz) sau viteza (RPM)
- Bd = Diametrul bilei sau al rolei
- Pd = Diametrul de pas (diametrul cercului care trece prin centrele elementelor de rulare)
- β = Unghiul de contact (unghiul dintre direcția sarcinii și axa rulmentului, de obicei 0-40°)
Majoritatea programelor de analiză a vibrațiilor includ baze de date cu rulmenți cu acești parametri precalculați pentru mii de modele de rulmenți.
Cum apar frecvențele defectelor în spectrele de vibrații
Aspect de bază
Când un rulment prezintă un defect:
- Vârf primar: Frecvența defectelor apare ca un vârf distinct în spectrul de frecvență
- Armonice: Armonice multiple (2×, 3×, 4×) ale frecvenței defectului apar pe măsură ce defectul se agravează
- Benzi laterale: Pentru defectele din cursa interioară a roții și ale elementului de rulare, benzile laterale 1× în jurul frecvenței defectului sunt frecvente
- Creșterea amplitudinii: Amplitudinea frecvenței defectului crește pe măsură ce defectul progresează
Modele de bandă laterală
Benzile laterale oferă informații diagnostice cruciale:
- Defecte interne ale rasei: BPFI cu benzi laterale ±1×, ±2× (defect rotind în/din zona de sarcină)
- Defecte ale căii de rulare exterioare: BPFO poate avea benzi laterale 1× dacă inelul exterior se poate roti ușor
- Defecte ale elementelor de rulare: BSF cu benzi laterale la spațiere FTF (modulație de frecvență în cușcă)
- Spațiere bandă laterală: Identifică ce componentă este defectă
Etapa incipientă vs. etapa avansată
- Etapa incipientă: Vârfuri mici, puțin deasupra nivelului de zgomot, pot necesita analiza anvelopei a detecta
- Stadiu moderat: Vârfuri clare cu armonice și benzi laterale în FFT standard
- Stadiu avansat: Amplitudine foarte mare, numeroase armonice, creșterea zgomotului în bandă largă
- Etapă târzie: Spectrul devine haotic cu un nivel de zgomot ridicat și numeroase vârfuri
Tehnici de detectare
Analiza FFT standard
- Calculați FFT semnalului de vibrație
- Căutați vârfuri la frecvențele de rulment calculate
- Eficient pentru defecte moderate până la avansate
- Poate trece cu vederea defectele în stadiu incipient îngropate în zgomot
Analiza anvelopei (cea mai eficientă)
Analiza anvelopei (demodularea) este standardul de aur pentru detectarea defectelor la rulmenți:
- Filtrează vibrațiile de joasă frecvență și energie ridicată (din dezechilibru etc.)
- Se concentrează pe impacturile de înaltă frecvență cauzate de defectele rulmenților
- Poate detecta defectele cu 6-12 luni mai devreme decât FFT standard
- Spectrul anvelopei arată clar frecvențele și modelele de defecte
Tehnici în domeniul timpului
- Metoda impulsurilor de șoc (SPM): Detectează energia de impact din defecte
- Factorul de creastă: Raportul dintre vârf și RMS crește odată cu impactul
- Kurtoză: Măsură statistică a impulsivității, sensibilă la deteriorarea timpurie a rulmentului
Aplicație practică
Procedura de diagnostic
- Identificați rulmentul: Determinați modelul și amplasarea rulmentului
- Calculați frecvențele: Folosește geometria rulmentului pentru a calcula BPFO, BPFI, BSF, FTF (sau caută în baza de date)
- Colectarea datelor despre vibrații: Măsurați la carcasa rulmentului cu accelerometru
- Analizați spectrul: Căutați frecvențe calculate în FFT sau spectrul anvelopei
- Confirmați diagnosticul: Verificați armonicele și benzile laterale compatibile cu tipul defectului
- Evaluați severitatea: Amplitudinea și conținutul armonic indică stadiul de progresie al defectului
- Plan de acțiune: Programați înlocuirea rulmenților în funcție de severitate și de criticitatea echipamentului
Exemplu de diagnostic
Motor cu rulment SKF 6308 care funcționează la 1800 RPM (30 Hz):
- Frecvențe calculate: BPFO = 107 Hz, BPFI = 173 Hz, BSF = 71 Hz, FTF = 12 Hz
- Observat în spectrul anvelopei: Vârf la 173 Hz cu armonice la 346 Hz, 519 Hz
- Benzi laterale: Benzi laterale de ±30 Hz în jurul vârfului de 173 Hz
- Diagnostic: Defect al cursei interne confirmat (BPFI cu benzi laterale 1×)
- Acţiune: Programați înlocuirea rulmentului în termen de 2-4 săptămâni, în funcție de amplitudine
Importanța pentru întreținerea predictivă
- Avertizare timpurie: Detectează defectele cu 6-24 de luni înainte de defecțiune
- Diagnostic specific: Identificați care componentă a rulmentului este deteriorată
- Monitorizarea tendințelor: Urmăriți amplitudinile frecvenței defectelor pentru a prezice durata de viață rămasă
- Întreținere planificată: Programați înlocuiri în perioadele de nefuncționare convenabile
- Prevenirea daunelor secundare: Înlocuiți rulmentul înainte ca o defecțiune catastrofală să deterioreze arborele, carcasa sau alte componente
- Economii de costuri: Evitați reparațiile de urgență, pierderile de producție și daunele colaterale
Frecvențele defectelor lagărelor se numără printre cele mai puternice instrumente de diagnosticare în analiza vibrațiilor. Predictibilitatea lor matematică, combinată cu tehnicile moderne de analiză a anvelopei, permite detectarea timpurie și fiabilă a defectelor lagărelor, formând piatra de temelie a programelor eficiente de mentenanță predictivă pentru echipamentele rotative.
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 