Pochopenie frekvencií porúch ložísk
Definícia: Čo sú to frekvencie porúch ložísk?
Frekvencie porúch ložísk (nazývané aj frekvencie defektov ložísk alebo charakteristické frekvencie) sú špecifické vibrácie frekvencie generované pri prechode valivých telies (guľôčok alebo valčekov) v ložisku cez defekty, ako sú praskliny, odlupovanie alebo jamky na ložiskových drážkach alebo na samotných valivých telách. Tieto frekvencie sú matematicky predvídateľné na základe geometrie ložiska a rýchlosti otáčania hriadeľa, vďaka čomu sú neoceniteľnými diagnostickými indikátormi pre včasnú detekciu chyby ložísk.
Pochopenie a identifikácia týchto frekvencií prostredníctvom analýza vibrácií umožňuje údržbárskemu personálu odhaliť problémy s ložiskami mesiace predtým, ako by sa prejavili zvýšením teploty, hlukom alebo katastrofickou poruchou, čo umožňuje plánovanú údržbu a predchádza nákladným neplánovaným prestojom.
Štyri základné poruchové frekvencie
Každé valivé ložisko má štyri charakteristické frekvencie porúch, z ktorých každá zodpovedá inému typu poruchy:
1. BPFO – Frekvencia prihrávok lopty, Vonkajší dráha
Rýchlosť, akou valivé telesá prechádzajú pevným bodom na vonkajšom krúžku:
- Fyzický význam: Ak sa na vonkajšom krúžku nachádza chyba, každý valivý prvok do nej pri prechode narazí, čím vytvorí opakovaný náraz.
- Typická hodnota: 3-5× otáčky hriadeľa pre väčšinu ložísk
- Vzorec: BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
- Najbežnejšie: Vady vonkajšieho krúžku sú najčastejším spôsobom poruchy ložiska
- Vplyv zaťažovacej zóny: Stacionárny vonkajší krúžok znamená, že defekt je v konštantnej polohe vzhľadom na zaťaženie.
2. BPFI – Frekvencia prihrávok lopty, vnútorný dráha
Rýchlosť, akou valivé telesá prechádzajú pevným bodom na vnútornom krúžku:
- Fyzický význam: Vnútorný krúžok sa otáča s hriadeľom, takže každý valivý prvok pri prechode narazí na chybu na vnútornom krúžku
- Typická hodnota: 5-7× otáčky hriadeľa pre väčšinu ložísk
- Vzorec: BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Vyššia ako BPFO: Vždy vyššia frekvencia ako BPFO pre to isté ložisko
- Bočné pásma: Takmer vždy zobrazuje 1× bočné pásma kvôli modulácii zóny zaťaženia
3. BSF – Frekvencia rotácie lopty
Rotačná frekvencia valivého telesa otáčajúceho sa okolo vlastnej osi:
- Fyzický význam: Ak má valivý prvok chybu, pri tejto frekvencii ovplyvňuje oba krúžky.
- Typická hodnota: 1,5 – 3 × otáčky hriadeľa
- Vzorec: BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
- Najmenej bežné: Vady valivých telies sú menej časté ako chyby v dráhach
- Komplexný vzor: Defekt sa dotýka oboch pretekov a vytvára zložitý vibračný podpis
4. FTF – Základná vlaková frekvencia
Frekvencia otáčania ložiskovej klietky (zadržiavača):
- Fyzický význam: Rýchlosť, akou sa klietka otáča a prenáša valivé telesá okolo ložiska
- Typická hodnota: 0,35 – 0,45 × otáčky hriadeľa (subsynchrónne)
- Vzorec: FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Vady klietky: Opotrebované alebo poškodené klietky túto frekvenciu budia
- Indikátor nestability: Môže sa objaviť aj počas nestability rotora spôsobenej ložiskami
Vysvetlenie premenných vzorcov
Vzorce pre výpočet frekvencie porúch používajú tieto geometrické parametre ložísk:
- N = Počet valivých telies (guľôčok alebo valčekov)
- n = Frekvencia otáčania hriadeľa (Hz) alebo rýchlosť (ot./min.)
- Bd = Priemer guľky alebo valčeka
- Pd = Priemer rozstupu (priemer kružnice prechádzajúcej stredmi valivých telies)
- β = Kontaktný uhol (uhol medzi smerom zaťaženia a osou ložiska, typicky 0 – 40°)
Väčšina softvéru na analýzu vibrácií obsahuje databázy ložísk s týmito parametrami vopred vypočítanými pre tisíce modelov ložísk.
Ako sa frekvencie porúch zobrazujú vo vibračných spektrách
Základný vzhľad
Keď sa na ložisku vyskytne chyba:
- Primárny vrchol: Frekvencia porúch sa javí ako zreteľný vrchol v frekvenčné spektrum
- Harmonické: S zhoršovaním poruchy sa objavuje viacero harmonických (2×, 3×, 4×) frekvencie poruchy
- Bočné pásma: Pri chybách vnútorného krúžku a valivých telies sú bežné bočné pásy 1× okolo frekvencie poruchy
- Rast amplitúdy: Amplitúda frekvencie poruchy sa zvyšuje s postupom poruchy
Bočné pásmové vzory
Bočné pásma poskytujú kľúčové diagnostické informácie:
- Vady vnútorného preteku: BPFI s bočnými pásmami ±1×, ±2× (defekt sa otáča do/mimo zóny zaťaženia)
- Vady vonkajšieho krúžku: BPFO môže mať 1× bočné pásy, ak sa vonkajší krúžok môže mierne otáčať
- Vady valivých telies: BSF s bočnými pásmami s rozostupom FTF (modulácia klietkovej frekvencie)
- Rozstup bočných pásiem: Identifikuje, ktorá súčiastka je chybná
Skoré vs. neskoré štádium
- Rané štádium: Malé vrcholy sotva nad úrovňou šumu, môžu vyžadovať analýza obálky odhaliť
- Stredné štádium: Jasné vrcholy s harmonickými a bočnými pásmami v štandardnej FFT
- Pokročilé štádium: Veľmi vysoká amplitúda, početné harmonické, nárast širokopásmového šumu
- Neskoré štádium: Spektrum sa stáva chaotickým so zvýšenou hladinou šumu a početnými špičkami
Detekčné techniky
Štandardná FFT analýza
- Výpočet Rýchla premena funkcie (FFT) vibračného signálu
- Hľadajte vrcholy pri vypočítaných frekvenciách ložísk
- Účinné pri stredne závažných až pokročilých poruchách
- Môže prehliadnuť chyby v ranom štádiu skryté v šume
Analýza obálok (najúčinnejšia)
Analýza obálky (demodulácia) je zlatým štandardom pre detekciu chýb ložísk:
- Filtruje nízkofrekvenčné vibrácie s vysokou energiou (z nevyváženosti atď.)
- Zameriava sa na vysokofrekvenčné vplyvy z defektov ložísk
- Dokáže odhaliť chyby o 6 až 12 mesiacov skôr ako štandardná FFT
- Obálkové spektrum jasne ukazuje frekvencie a vzorce porúch
Techniky časovej domény
- Metóda rázových impulzov (SPM): Detekuje energiu nárazu z defektov
- Výkyvný faktor: Pomer vrcholu k RMS sa zvyšuje s nárazom
- Kurtóza: Štatistické meranie impulzívnosti, citlivé na skoré poškodenie ložiska
Praktické využitie
Diagnostický postup
- Identifikujte ložisko: Určenie modelu a umiestnenia ložiska
- Vypočítajte frekvencie: Použite geometriu ložiska na výpočet BPFO, BPFI, BSF, FTF (alebo vyhľadajte v databáze)
- Zbierajte údaje o vibráciách: Meranie na ložiskovom telese s akcelerometer
- Analyzovať spektrum: Vyhľadajte vypočítané frekvencie v FFT alebo obálkovom spektre
- Potvrdenie diagnózy: Skontrolujte harmonické a bočné pásma zodpovedajúce typu chyby
- Posúdenie závažnosti: Amplitúda a harmonický obsah indikujú štádium progresie defektu
- Akčný plán: Naplánujte výmenu ložísk na základe závažnosti a kritickosti zariadenia
Príklad diagnózy
Motor s ložiskom SKF 6308 bežiaci pri 1800 ot./min. (30 Hz):
- Vypočítané frekvencie: BPFO = 107 Hz, BPFI = 173 Hz, BSF = 71 Hz, FTF = 12 Hz
- Pozorované v obálkovom spektre: Vrchol pri 173 Hz s harmonickými pri 346 Hz, 519 Hz
- Bočné pásma: ±30 Hz bočné pásma okolo vrcholu 173 Hz
- Diagnóza: Potvrdená chyba vnútorného krúžku (BPFI s 1× bočnými pásmi)
- Akcia: Výmenu ložiska naplánujte do 2 až 4 týždňov na základe amplitúdy
Dôležitosť prediktívnej údržby
- Včasné varovanie: Detekcia chýb 6 – 24 mesiacov pred poruchou
- Špecifická diagnóza: Identifikujte, ktorá súčasť ložiska je poškodená
- Monitorovanie trendov: Sledovanie amplitúd frekvencie porúch na predpovedanie zostávajúcej životnosti
- Plánovaná údržba: Naplánujte si výmeny počas vhodného prestoja
- Zabráňte sekundárnemu poškodeniu: Vymeňte ložisko skôr, ako katastrofické zlyhanie poškodí hriadeľ, puzdro alebo iné komponenty
- Úspora nákladov: Zabráňte núdzovým opravám, stratám vo výrobe a vedľajším škodám
Frekvencie porúch ložísk patria medzi najvýkonnejšie diagnostické nástroje v analýze vibrácií. Ich matematická predvídateľnosť v kombinácii s modernými technikami analýzy obálok umožňuje spoľahlivé včasné odhalenie porúch ložísk a tvorí základný kameň efektívnych programov prediktívnej údržby rotačných zariadení.
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 