Razumevanje lupljenja v kotalnih ležajih
Odluščenje - ki se v majhnih količinah imenujejo tudi odlupki, luske ali vdolbine, je lokalno luskanje, drobljenje ali lomljenje materiala s površine tekalnih stez ali kotalnih elementov ležaja zaradi utrujanja pri kotalnem stiku. Odlomek je videti kot krater ali jama, v kateri se je luskina kaljenega jekla odlomila in pustila hrapavo vdolbino z ostrimi robovi. Vsakič, ko se kroglica ali valjček kotali čez ta krater, povzroči majhen mehanski udarec in ti ponavljajoči se udarci se širijo vibracije pri predvidljivih frekvence napak ležajev - podpis, ki analitiku omogoča, da ujame napako veliko prej, preden se ležaja okvarita.
Razpokanje je najpogostejša in na nek način najbolj normalno način okvare ležaja: predstavlja naravni konec utrujenostne življenjske dobe ležaja. Razlikuje se od obraba (postopna, porazdeljena izguba materiala) in zaradi korozije. jamice. Pomembno je, da je raztrganine mogoče zaznati z analiza vibracij mesecev, preden ležaj popolnoma odpove, zaradi česar je temeljna tarča vsakega prediktivno vzdrževanje program.
1. Fizikalni mehanizem drobljenja
Utrujenost zaradi kotalnega stika
Razpokanje ni nenaden dogodek, temveč viden vrhunec dolgotrajnega procesa utrujanja:
- Ciklična obremenitev: vsak prehod kotalnega elementa povzroči Hercijevo kontaktno napetost na tekalno površino, ki je običajno 1000-3000 MPa, zgoščene v kontaktni zaplati, manjši od riževega zrna.
- Podpovršinska strižna napetost: največja izmenična strižna napetost se ne pojavi na površini, temveč nekoliko pod njo, običajno 0,2-0,5 mm globoko.
- Nastanek razpoke: po milijonih - pogosto milijardah - stresnih ciklov se mikroskopska razpoka pojavi na podpovršinski koncentraciji napetosti, pogosto na nekovinskem vložku v jeklu.
- Širjenje razpoke: razpoka raste vzporedno s površino, nato pa se razveji proti površini in globlje v material.
- Ločevanje materialov: mreža razpok sčasoma izolira kos jekla.
- Nastajanje razpok: da se izolirana snov sprosti in nastane značilen krater.
Ker se poškodbe začnejo pod površino, je lahko ležaja vidna razpoka že čez nekaj dni, medtem ko so njegove tekalne steze s prostim očesom še vedno zrcalno svetle - prav zato je podpovršinska utrujenost nevidna pri pregledu, a slišna za senzor vibracij.
Tipične značilnosti razpok
- Velikost: sprva 1-5 mm v premeru, nato pa zraste do 10-20 mm ali več.
- Globina: 0,2-2 mm v kaljeno ohišje.
- Oblika: nepravilen krater z grobim dnom in raztrganimi robovi.
- Lokacija: najpogosteje na zunanji tekalnici v območju obremenitve.
- Videz: sprva svetel, z ostrimi robovi in kovinski, z nadaljevanjem postopka pa potemni.
2. Vzroki in dejavniki
Običajna življenjska doba zaradi utrujenosti
- Vsak ležaj ima omejeno utrujenostno dobo - Življenje L10, točka, do katere naj bi preživelo 90% populacije.
- Razpadanje je pričakovani način ob koncu življenjske dobe; doseganje razpadanja pri izračunani življenjski dobi L10 ali po njej ni napaka, temveč uspeh pri načrtovanju.
- Preudarna izbira ležajev zagotavlja, da življenjska doba L10 znatno presega zahtevano življenjsko dobo. To življenjsko dobo lahko določite glede na obremenitev in hitrost z našimi Kalkulator življenjske dobe ležaja L10 (ISO 281).
Prezgodnje razpokanje
Kadar se raztrganine pojavijo precej pred življenjsko dobo L10, je skoraj vedno prisoten zunanji vzrok:
- Preobremenitev: življenjska doba pada s kubom obremenitve (Life ∝ 1/Load³), zato že majhna preobremenitev skrajša življenjsko dobo.
- Slabo mazanje: nezadostna plast omogoča dotikanje asperitov, kar poveča površinsko napetost.
- Kontaminacija: trdi delci se vtisnejo v tekalno stezo in ustvarijo napetostne vzpetine, ki povzročijo razpoke.
- Neusklajenost: obremenitev robov koncentrira obremenitev na enem koncu stika.
- Nepravilna namestitev: poškodbe pri montaži sprožijo zgodnje okvare.
- Korozija: površinske vdolbine delujejo kot pripravljena mesta za nastanek razpok.
- Pomanjkljivosti materiala: vključki v ležajnem jeklu.
Pogosto spregledan pospeševalnik je dinamična obremenitev zaradi slabega ravnotežja rotorja: preostali neuravnoteženost statični obremenitvi ležaja doda vrtilno silo, zaradi tega kubičnega razmerja pa lahko že majhno povečanje dinamične obremenitve močno skrajša utrujenostno življenjsko dobo. Dobro uravnoteženje rotorjev je zato pravi ukrep za ohranjanje ležajev in ne le ukrep za zmanjšanje vibracij.
3. Odkrivanje vibracij po stopnjah resnosti
Diagnostična vrednost razpok je v tem, da se pojavijo zgodaj in se stopnjujejo v prepoznavnem zaporedju. Odkrivanje je v veliki meri odvisno od analiza ovojnice, ki demodulira visokofrekvenčne udarne obroče in tako razkrije osnovno stopnjo okvar.
Zgodnja faza (mikrospall)
- Odlomek s premerom manj kot 1-2 mm.
- Majhni vrhovi pri frekvencah okvar ležajev v spekter ovojnice.
- Pogosto nevidni v standardnem Hitra pretvorba (FFT) spekter.
- Amplituda ovojnice: približno 0,5-2 g.
- Preostala življenjska doba: običajno 6-18 mesecev.
Zmerna stopnja
- Odlomek premera 2-10 mm.
- Jasni vrhovi frekvenc napake v spektrih FFT in ovojnici.
- Dva do tri harmoniki vidne frekvence napake.
- Začetek stranskih pasov okoli vrhov.
- Amplituda: približno 2-10 g.
- Preostala življenjska doba: 2-6 mesecev.
Napredna faza
- Odlomek, večji od 10 mm, morda več odlomkov.
- Zelo visokoamplitudni vrhovi frekvence preloma.
- Številne harmonske frekvence, od štiri do osem ali več.
- Kompleksna struktura stranskega pasu.
- povišano območje hrupa.
- Amplituda: nad 10 g.
- Preostala življenjska doba: dnevi do tedni.
Huda / kritična faza
- Obsežno razpokanje z več napakami.
- V spektru začne prevladovati širokopasovni šum.
- Posamezne frekvence napak postanejo zaradi tega šuma nejasne.
- Zelo visoke splošne vibracije, slišni hrup ležajev in naraščajoča temperatura.
- Okvara je neizbežna - potrebna je takojšnja zamenjava.
Če želite to spremeniti v dejanja, morate natančno poznati frekvence, ki jih je treba iskati. Te so odvisne od geometrije ležaja in hitrosti gredi, zato jih vnaprej izračunajte z Kalkulator frekvenc okvar ležajev - nastali BPFO, BPFI, BSF in . FTF vrednosti natančno povedo, kje v spektru se bo pojavil razpok na posamezni komponenti.
4. Napredovanje in sekundarna škoda
Rast razpok
Ko nastane razpoka, postopoma raste, pri čemer je rast bolj eksponentna kot linearna:
- Udarna obremenitev na robovih razpok povzroči lokalno visoke napetosti.
- Sosednji material se utruja hitreje kot nedotaknjena tirna steza.
- Z vsakim obratom se razpoka širi navzven in se poglablja.
- Majhen odlomek lahko v nekaj tednih preraste v velikega, ko se proces začne samovzbujati.
Sekundarna škoda
Pri drobljenju nastajajo tudi drobci, ki povzročajo kaskadne poškodbe:
- Ustvarjanje odpadkov: kovinski kosmiči iz razbitine krožijo v mazivu.
- Odrgnjenost treh teles: da ostanki delujejo kot obrabna masa in poškodujejo sicer zdrave površine.
- Sekundarni razpok: vtisnjeni delci vdirajo v svežo vozno stezo in ustvarjajo nove vdolbine na drugih mestih.
- Hitro poslabšanje: ko se pojavi več razpok, se okvara močno pospeši.
- Popoln neuspeh: ležaj dokončno izgubi vso nosilnost.
5. Odziv in popravni ukrepi
Ob zaznavi
- Potrdite diagnozo: preverite, ali se izmerjena frekvenca napak ujema z geometrijo ležaja - ne gre za naključje ali harmonično nečesa drugega.
- Oceni resnost: napako umestite na zgornjo stopenjsko lestvico z uporabo amplitude in števila harmonskih.
- Okrepite nadzor: z naraščajočo resnostjo zmanjšajte interval z mesečnega na tedenski ali dnevni.
- Zamenjava urnika: načrtovati zamenjavo za ustrezno zaustavitev okno.
- Nabavite ležaj: pred izpadom naročite ustrezen model in preverite njegove specifikacije.
Indikatorji za nujne primere
Takojšnja zaustavitev je upravičena, če se pojavi kar koli od naslednjega:
- Podvojitev amplitude vibracij v manj kot tednu dni.
- Hitro naraščanje temperature ležaja - več kot 5 °C v eni izmeni.
- Slišno škripanje, cviljenje ali hrapavost ležaja
- Več frekvenc ležaja naenkrat, kar kaže na več napak.
- Izguba maziva ali vidna kontaminacija.
6. Preprečevanje z načrtovanjem in vzdrževanjem
Faza načrtovanja
- Izberite ležaje z ustrezno življenjsko dobo (L10 je udobno daljša od zahtevane življenjske dobe).
- Zagotovite ustrezen sistem mazanja in učinkovito tesnjenje.
- Zagotovite ustrezno hlajenje za delovne pogoje.
Faza namestitve
- Da bi se izognili poškodbam pri montaži, uporabljajte čiste postopke namestitve in ustrezna orodja za montažo.
- Preverite pravilnost zračnost ležaja.
- Doseganje natančnosti poravnava da bi se izognili obremenitvi robov.
Faza delovanja
- Izvajajte program spremljanja vibracij, ki vključuje analizo ovojnice.
- Vzdržujte discipliniran program mazanja - pravilne intervale, količine in razrede.
- Spremljajte temperaturo.
- Dobro uravnotežite rotorje, da zmanjšate dinamične obremenitve, ki skrajšujejo utrujenostno življenjsko dobo. Prenosni dvokanalni analizator, kot je npr. Balanset-1A omogoča tehniku, da spremlja spekter ovojnice sumljivega ležaja in, če je glavni vzrok neuravnoteženost rotorja, jo odpravi na mestu samem v ležajih stroja - odstrani dinamično obremenitev, ki je povzročila zgodnje razpokanje ležaja.
Razpokanje je neizogibna končna točka utrujanja ležaja, vendar ni nujno, da vas preseneti. Z dobro izbiro ležaja, čisto vgradnjo, discipliniranim mazanjem in spremljanje stanja, je življenjska doba čim daljša, okvara pa je odkrita dovolj zgodaj, da se preprečijo sekundarne poškodbe in da se nenačrtovana okvara spremeni v načrtovano in poceni zamenjavo.
