Razumevanje frekvenc okvar ležajev

Naprave

Prenosni balanser in analizator vibracij Balanset-1A

$2,358.31

Deli

Senzor vibracij

$107.47

Deli

Optični senzor (laserski tahometer)

$148.07

Naprave

Balanset-4

$8,123.32

Deli

Magnetno stojalo velikosti 60 kgf

$54.93

Deli

Reflektivni trak

$11.94

Naprave

Dinamični balanser "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicija: Kaj so frekvence napak ležajev?

Frekvence napak ležajev (imenovane tudi frekvence napak ležajev ali karakteristične frekvence) so specifične vibracije frekvence, ki nastanejo, ko kotalni elementi (kroglice ali valjčki) v ležaju prehajajo čez napake, kot so razpoke, odkruški ali jamice na ležajnih obročih ali na samih kotalnih elementih. Te frekvence so matematično predvidljive glede na geometrijo ležaja in hitrost vrtenja gredi, zaradi česar so neprecenljivi diagnostični kazalniki za zgodnje odkrivanje napake ležajev.

Razumevanje in prepoznavanje teh frekvenc skozi analiza vibracij Vzdrževalnemu osebju omogoča, da odkrije težave z ležaji mesece prej, preden bi se te pokazale zaradi dviga temperature, hrupa ali katastrofalne okvare, kar omogoča načrtovano vzdrževanje in preprečuje drage nenačrtovane izpade.

Štiri temeljne frekvence napak

Vsak kotalni ležaj ima štiri značilne frekvence napak, od katerih vsaka ustreza različni vrsti napake:

1. BPFO – pogostost podajanja žoge, zunanji tek

Hitrost, s katero kotalni elementi prehajajo fiksno točko na zunanjem obroču:

• Fizični pomen: Če na zunanjem obroču obstaja napaka, jo vsak kotalni element med prehodom udari, kar povzroči ponavljajoč se udarec.
• Tipična vrednost: 3–5-kratna hitrost gredi za večino ležajev
• Formula: BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
• Najpogostejši: Okvare zunanjega obroča so najpogostejši način odpovedi ležaja
• Učinek obremenitvene cone: Stacionarna zunanja tetiva pomeni, da je napaka v konstantnem položaju glede na obremenitev

2. BPFI – pogostost podajanja žoge, notranji tek

Hitrost, s katero kotalni elementi prehajajo fiksno točko na notranjem obroču:

• Fizični pomen: Notranji obroč se vrti skupaj z gredjo, zato vsak kotalni element pri prehodu mimo njega zadene napako na notranjem obroču.
• Tipična vrednost: 5–7-kratna hitrost gredi za večino ležajev
• Formula: BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
• Višje kot BPFO: Vedno višja frekvenca kot BPFO za isti ležaj
• Stranski pasovi: Skoraj vedno prikaže 1× stranski pasovi zaradi modulacije obremenitvenega območja

3. BSF – frekvenca vrtenja žoge

Vrtilna frekvenca kotalnega elementa, ki se vrti okoli lastne osi:

• Fizični pomen: Če ima kotalni element napako, to pri tej frekvenci vpliva na obe krožni drsečini.
• Tipična vrednost: 1,5–3× hitrost gredi
• Formula: BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
• Najmanj pogosti: Okvare kotalnih elementov so manj pogoste kot okvare dirk
• Kompleksen vzorec: Napaka se dotakne obeh dirk in ustvari kompleksen vibracijski podpis

4. FTF – osnovna vlakovna frekvenca

Vrtilna frekvenca ležajne kletke (zadrževalnika):

• Fizični pomen: Hitrost vrtenja kletke, ki nosi kotalne elemente okoli ležaja
• Tipična vrednost: 0,35–0,45 × hitrost gredi (podsinhrono)
• Formula: FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
• Okvare kletke: Obrabljene ali poškodovane kletke vzbujajo to frekvenco
• Kazalnik nestabilnosti: Lahko se pojavi tudi med nestabilnostmi rotorja, ki jih povzročajo ležaji

Razlaga spremenljivk formul

Formule za frekvenco napak uporabljajo naslednje geometrijske parametre ležajev:

• N = Število kotalnih elementov (kroglic ali valjev)
• n = Vrtilna frekvenca gredi (Hz) ali hitrost (vrt/min)
• Bd = Premer kroglice ali valja
• Pd = Premer delitve (premer kroga skozi središča kotalnih elementov)
• β = kontaktni kot (kot med smerjo obremenitve in osjo ležaja, običajno 0–40°)

Večina programske opreme za analizo vibracij vključuje podatkovne baze ležajev s temi parametri, ki so vnaprej izračunani za tisoče modelov ležajev.

Kako se frekvence napak pojavljajo v vibracijskih spektrih

Osnovni videz

Ko se na ležaju pojavi napaka:

• Primarni vrh: Frekvenca napak se pojavi kot izrazit vrh v frekvenčni spekter
• Harmoniki: Z naraščanjem napake se pojavlja več harmonikov (2×, 3×, 4×) frekvence napake.
• Stranski pasovi: Pri napakah notranjega obroča in kotalnih elementov so pogosti stranski pasovi 1× okoli frekvence napake
• Rast amplitude: Amplituda frekvence napake se povečuje z napredovanjem napake

Vzorci stranskih pasov

Stranski pasovi zagotavljajo ključne diagnostične informacije:

• Napake notranjega dirkališča: BPFI z ±1×, ±2× stranskimi pasovi (napaka se vrti v/iz cone obremenitve)
• Napake zunanjega obroča: BPFO ima lahko 1× stranske pasove, če se zunanji obroč lahko rahlo vrti
• Napake kotalnih elementov: BSF s stranskimi pasovi pri razmiku FTF (modulacija frekvence kletke)
• Razmik stranskih pasov: Določa, katera komponenta je okvarjena

Zgodnja v primerjavi s pozno fazo

• Zgodnja faza: Majhni vrhovi komaj nad pragom šuma, morda bodo zahtevali analiza ovojnice zaznati
• Zmerna stopnja: Jasni vrhovi s harmoniki in stranskimi pasovi v standardni FFT
• Napredna faza: Zelo visoka amplituda, številni harmoniki, povečanje širokopasovnega šuma
• Pozna faza: Spekter postane kaotičen z dvignjenim šumnim pragom in številnimi vrhovi

Tehnike odkrivanja

Standardna FFT analiza

• Izračunajte Hitra pretvorba (FFT) vibracijskega signala
• Poiščite vrhove pri izračunanih frekvencah ležajev
• Učinkovito pri zmernih do naprednih napakah
• Lahko spregleda napake v zgodnji fazi, skrite v hrupu

Analiza ovojnice (najbolj učinkovita)

Analiza ovojnice (demodulacija) je zlati standard za odkrivanje napak ležajev:

• Filtrira nizkofrekvenčne, visokoenergijske vibracije (zaradi neuravnoteženosti itd.)
• Osredotoča se na visokofrekvenčne vplive zaradi napak ležajev
• Lahko zazna napake 6–12 mesecev prej kot standardna FFT
• Spekter ovojnice jasno prikazuje frekvence in vzorce napak

Tehnike časovne domene

• Metoda udarnih impulzov (SPM): Zazna energijo udarca zaradi napak
• Vrstni faktor: Razmerje med vrhom in efektivno vrednostjo se povečuje z udarcem
• Kurtoza: Statistična mera impulzivnosti, občutljiva na zgodnje poškodbe ležajev

Praktična uporaba

Diagnostični postopek

1. Prepoznajte ležaj: Določite model in lokacijo ležaja
2. Izračunajte frekvence: Uporabite geometrijo ležaja za izračun BPFO, BPFI, BSF, FTF (ali poiščite v zbirki podatkov)
3. Zbiranje podatkov o vibracijah: Izmerite na ohišju ležaja z merilnik pospeška
4. Analiziraj spekter: Poiščite izračunane frekvence v FFT ali spektru ovojnice
5. Potrdite diagnozo: Preverite, ali so harmoniki in stranski pasovi skladni z vrsto napake
6. Ocenite resnost: Amplituda in harmonska vsebnost kažeta stopnjo napredovanja napake
7. Načrtujte ukrepanje: Načrtujte zamenjavo ležajev glede na resnost in kritičnost opreme

Primer diagnoze

Motor z ležajem SKF 6308, ki deluje pri 1800 vrt/min (30 Hz):

• Izračunane frekvence: BPFO = 107 Hz, BPFI = 173 Hz, BSF = 71 Hz, FTF = 12 Hz
• Opaženo v ovojničnem spektru: Vrhunec pri 173 Hz s harmoniki pri 346 Hz, 519 Hz
• Stranski pasovi: Stranski pasovi ±30 Hz okoli vrha 173 Hz
• Diagnoza: Potrjena napaka notranjega obroča (BPFI z 1× stranskimi pasovi)
• Dejanje: Zamenja ležajev naj bo glede na amplitudo v 2–4 tednih

Pomen napovednega vzdrževanja

• Zgodnje opozorilo: Odkrivanje napak 6–24 mesecev pred odpovedjo
• Specifična diagnoza: Ugotovite, kateri del ležaja je poškodovan
• Spremljanje trendov: Spremljanje amplitud frekvence napak za napoved preostale življenjske dobe
• Načrtovano vzdrževanje: Načrtujte zamenjave med primernim izpadom
• Preprečite sekundarno škodo: Zamenjajte ležaj, preden katastrofalna okvara poškoduje gred, ohišje ali druge komponente
• Prihranki stroškov: Izogibajte se nujnim popravilom, proizvodnim izgubam in kolateralni škodi

Frekvence okvar ležajev so med najmočnejšimi diagnostičnimi orodji pri analizi vibracij. Njihova matematična predvidljivost v kombinaciji s sodobnimi tehnikami analize ovojnice omogoča zanesljivo zgodnje odkrivanje napak ležajev in je temelj učinkovitih programov napovednega vzdrževanja rotacijske opreme.

---

← Nazaj na glavno kazalo