Диагностика дефектов подшипников
Дефекты подшипников — это микроскопические или макроскопические дефекты — трещины, сколы или язвы — на рабочих поверхностях подшипников качения. Поскольку подшипники качения являются основой большинства вращающихся механизмов и частой причиной поломок, своевременное выявление этих дефектов является одной из наиболее важных задач в анализ вибраций. Дефект вызывает повторяющееся периодическое воздействие при каждом прохождении по нему тела качения, и именно эта периодичность делает дефект заметным в спектр задолго до того, как подшипник перегреется или станет слышен.
1. Природа дефектов подшипников
Типичный подшипник качения состоит из четырёх частей: наружного кольца, внутреннего кольца, набора шариков или роликов и сепаратора, который обеспечивает равномерное расположение элементов. Дефект — это повреждение на любой из этих поверхностей. Когда элемент качения проходит по нему, при контакте возникает небольшой, резкий удар высокой частоты — «щелчок». Один щелчок несет в себе очень мало энергии, но удары повторяются при каждом проходе, формируя сильный периодический сигнал. Анализ вибрации исключительно хорошо выявляет такого рода повторяющиеся удары, поэтому изнашивающийся подшипник можно обнаружить за несколько месяцев до заклинивания, а не в момент его наступления.
2. Четыре основные частоты дефектов
Основой диагностики подшипников является тот факт, что при заданной геометрии подшипника и скорости вращения вала удары возникают с очень конкретной, предсказуемой периодичностью. Эти частот дефектов подшипника это:
- BPFO (Частота прохождения тел качения по наружному кольцу): скорость, с которой тела качения проходят мимо одной точки на неподвижном наружном кольце. Это наиболее часто встречающийся вид дефекта подшипников.
- BPFI (Частота прохождения тел качения по внутреннему кольцу): скорость, с которой элементы проходят точку на внутреннем кольце. Поскольку внутреннее кольцо вращается вместе с валом, значение BPFI выше, чем BPFO.
- BSF (Частота вращения тела качения): частота вращения тела качения вокруг собственной оси. Дефект типа BSF часто проявляется с удвоенной частотой, поскольку при каждом обороте тела качения дефект затрагивает обе дорожки качения.
- FTF (Частота вращения сепаратора): частота вращения сепаратора, или «поезда». Это очень низкая частота, как правило, менее 0,5 от рабочая скорость.
Эти показатели зависят от геометрии подшипника — шагового диаметра, диаметра тела качения, угла контакта и количества тел качения — а также от скорости вращения вала. Программы для расчета вибраций обычно содержат обширную базу данных по подшипникам и рассчитывают эти показатели автоматически; кроме того, их можно рассчитать непосредственно с помощью Калькулятор частоты дефектов подшипников если известен артикул подшипника или его размеры.
3. Как проявляются дефекты подшипников в спектре
Развивающийся дефект оставляет характерный след в Спектр БПФ:
- Высокочастотные пики: сама частота сбоя (например, BPFO) проявляется в виде пика, расположенного значительно выше в диапазоне частот, вдали от пиков низших порядков вращения.
- Гармоники: Резкий, импульсный характер ударов обычно порождает несколько гармоник — точных кратных — частоты разлома, а их длинная череда свидетельствует о хорошо развитом разломе.
- Боковые полосы: Это является ключевым диагностическим признаком. Пик частоты дефекта, как правило, окружен боковыми полосами, расстояние между которыми равно 1X рабочей скорости. Пик BPFO с боковыми полосами 1X является классическим признаком дефекта наружного кольца, тогда как дефект внутреннего кольца (BPFI) почти всегда сопровождается боковыми полосами 1X, поскольку вращающийся дефект один раз за оборот входит в зону нагрузки подшипника и выходит из нее, модулируя силу удара.
На самых ранних этапах эти пики имеют небольшую амплитуду и легко теряются на фоне шума спектра, поэтому обычно применяется специальный метод обнаружения.
4. Анализ «конверта» для раннего выявления
Анализ огибающей, также называемый демодуляцией, является наиболее эффективным методом выявления дефектов подшипников на ранней стадии. Это метод обработки сигналов, при котором с помощью полосового фильтра отсекаются низкочастотные вибрации высокой энергии, исходящие от таких источников, как дисбаланс и Перекос, а затем сосредотачивается исключительно на высокочастотных ударах с низкой энергией, которые генерирует дефект. Повторяющиеся удары вызывают резонанс на собственных частотах конструкции, и с помощью обработки огибающей извлекается частота повторения этого резонанса.
В результате спектр огибающей имеет чрезвычайно «чистый» график, на котором частоты неисправностей подшипников и их гармоники четко отображаются на фоне низких показателей. Это позволяет выявлять неисправности за несколько месяцев, а порой и лет до того, как подшипник вышел бы из строя, что дает достаточно времени для плановой замены вместо аварийного ремонта.
5. Подтверждение диагноза в полевых условиях
Надежное диагностическое заключение по подшипнику основывается на сопоставлении измеренных пиков с расчетными частотами разлома и подтверждении ожидаемой картины боковых полос, в идеале подкрепленной спектром огибающей и четкой тенденцией к усилению сигнала при последовательных измерениях. Портативный двухканальный прибор, такой как Balanset-1A позволяет инженеру зарегистрировать спектр вибрации на оборудовании при его собственных частотах на рабочей скорости, что дает возможность проверить на месте предполагаемый дефект подшипника, сопоставив полученные данные с расчетными частотами. Также следует исключить ложные срабатывания: структурные Ослабление Как структурные резонансы, так и дефекты тел качения могут вызывать широкополосную энергию, но только подлинный дефект подшипника соответствует семействам BPFO, BPFI, BSF или FTF.
