Understanding Rolling Element Defects
Rolling element defects உருளும்-உறுப்பு பேரிங்கின் பந்துகள் அல்லது உருளைகளில் ஏற்படும் சேதம், குறைபாடுகள் அல்லது குறையங்களாகும். இவற்றில் மேற்பரப்பு உரிதல்கள் (spalls), விரிசல்கள், உட்பதிந்த அசுத்தங்கள், பொருள் சேர்க்கைகள், அரிப்பு மற்றும் வடிவியல் குறைபாடுகள் அடங்கும். சேதமடைந்த பந்து அல்லது உருளை பேரிங்கின் வழியாகச் சுழலும்போது, அது உள் மற்றும் வெளிப்புற ரேஸ்வேக்கள் இரண்டையும் தாக்கி, பின்வருவனவற்றை உருவாக்குகிறது vibration at the ball spin frequency (BSF) with characteristic sidebands spaced at the கேஜ் அல்லது அடிப்படை ட்ரெய்ன் அதிர்வெண் (FTF). உருளும் உறுப்பு குறைபாடுகள் நான்கு பாரம்பரிய உள்ளூர்மயமாக்கப்பட்ட குறைபாடுகளில் ஒன்றாகும் தாங்கு குறைபாடுகள், உள்-ரேஸ், வெளி-ரேஸ் மற்றும் கேஜ் குறைபாடுகளுடன் சேர்ந்து.
இவை ரேஸ்வே குறைபாடுகளை விட குறைவாகவே நிகழ்கின்றன, பேரிங் செயலிழப்புகளில் தோராயமாக 10–15% ஆகும், ஆனால் அவை நிகழும்போது தனித்துவமான, சில சமயங்களில் குழப்பமான கையொப்பத்தை உருவாக்கி, முழுமையான பேரிங் செயலிழப்புக்கு விரைவாக முன்னேறக்கூடும். குறைபாடு சுமை மண்டலத்தில் நிலையாக இருப்பதற்குப் பதிலாக உறுப்புடன் சேர்ந்து சுழல்வதால், அதன் அதிர்வு ரேஸ் குறைபாட்டிலிருந்து வேறுபட்டு செயல்படுகிறது — இது ஒரு நோயறிதல் துப்பு மற்றும் ட்ரெண்டிங் சிக்கல் இரண்டுமாகும்.
1. வரையறை: உருளும் உறுப்பு குறைபாடுகள் என்றால் என்ன?
உருளும் உறுப்பு — பந்து பேரிங்கில் உள்ள பந்து, உருளை பேரிங்கில் உள்ள உருளை, ஊசி அல்லது கூம்பு உருளை — இரு ரேஸ்களுக்கு இடையே உருளும்போது உண்மையில் சுமையைச் சுமக்கும் கூறு ஆகும். அதன் மேற்பரப்பு துல்லியமாகப் பூர்த்தி செய்யப்பட்ட, முழுவதும் கடினப்படுத்தப்பட்ட பேரிங்-எஃகு மேற்பரப்பாகும், இது சுத்தமாக உருள வடிவியல் ரீதியாக சரியானதாக இருக்க வேண்டும். எஃகு ஆலையில் பிறந்ததோ அல்லது சேவையில் ஏற்படுத்தப்பட்டதோ எதுவாக இருந்தாலும், அந்த மேற்பரப்பின் எந்தவொரு மீறலும் ஒரு அழுத்த உயர்த்தியாகவும் தாக்க மூலமாகவும் மாறுகிறது.
உறுப்பில் உள்ள குறைபாடு ஒரு ரேஸைத் தொடும் ஒவ்வொரு முறையும், அது ஒரு சிறிய தூண்டுதலை உருவாக்குகிறது. கேஜின் ஒரு முழு சுற்றில் உறுப்பு வெளிப்புற ரேஸை ஒரு முறையும் உள் ரேஸை ஒரு முறையும் தொடுகிறது, எனவே ஒற்றை குறைபாடு ஒரு உறுப்பு சுழற்சிக்கு இரண்டு தாக்கங்களை உருவாக்கும் போக்கைக் கொண்டுள்ளது — இதனால்தான் இரண்டாவது இசைவான அலை, 2×BSF, ஸ்பெக்ட்ரத்தில் மிகவும் முக்கியத்துவம் பெறுகிறது. அந்த தாக்கங்களின் மறுநிகழ்வு விகிதம் பேரிங் வடிவியலால் (பந்து விட்டம், பிட்ச் விட்டம், தொடர்பு கோணம் மற்றும் உறுப்புகளின் எண்ணிக்கை) நிர்ணயிக்கப்படுகிறது, இது குறைபாட்டிற்கு கணக்கிடக்கூடிய கையொப்ப அதிர்வெண்ணை வழங்குகிறது, இது பின்வருவனவற்றிலிருந்து தெளிவாக வேறுபடுகிறது running speed or its harmonics.
2. உருளும் உறுப்பு குறைபாடுகளின் வகைகள்
Surface spalls
மிகவும் பொதுவான உருளும் உறுப்பு குறைபாடு. உருளும்-தொடர்பு சோர்வு மேற்பரப்பிலிருந்து ஒரு பொருள் செதிள் உடைந்து விழுவதற்குக் காரணமாகி, ஒரு பள்ளம் அல்லது குழியை விட்டுச் செல்கிறது. உரிதல்கள் (spalls) தொடக்கத்தில் பொதுவாக 0.5–3 மிமீ அகலம் கொண்டவையாக இருக்கும், ஆனால் குழியின் கூர்மையான விளிம்புகள் ரேஸ்களை மோதி மேலும் சிதைவுகளை உதிர்க்கும்போது வளர்கின்றன. ரேஸ் மீது உரிதலின் ஒவ்வொரு கடப்பும் ஒரு தாக்கத்தை உருவாக்கி, BSF மற்றும் அடிக்கடி ஆதிக்கம் செலுத்தும் 2×BSF இல் அதிர்வை உருவாக்குகிறது. (அடிப்படை சோர்வு வழிமுறைக்கு பார்க்கவும் spalling .)
Cracks
விரிசல்கள் அதிக சுமை, தாக்க சேதம் அல்லது சோர்வினால் எழுகின்றன, மேலும் மேற்பரப்பை உடைப்பவையாகவோ அல்லது உள்மேற்பரப்பாகவோ இருக்கலாம். விரிசல் ஒரு துண்டு உடைந்து விடும் வரை பரவுகிறது — அந்த நிலையில் அது ஒரு உரிதலாக (spall) மாறுகிறது. அது நிகழ்வதற்கு முன் விரிசல்களைக் கண்டறிவது கடினம், மேலும் கடுமையான நிலைகளில் ஒரு பந்து உடைந்து சிதறி, திடீர் பேரழிவுகரமான செயலிழப்பை உருவாக்கலாம்.
Material inclusions
ஒரு உற்பத்திக் குறைபாடு: பேரிங் எஃகில் சிக்கிக்கொண்ட வெளிப்புறப் பொருள் அல்லது வெற்றிடம். உள்ளடக்கங்கள் (inclusions) ஒரு அழுத்தச் செறிவை உருவாக்கி, முன்கூட்டிய சோர்வு (fatigue) தோல்வியைத் தொடங்குகின்றன; இது பொதுவாக உள்ளடக்கத்தைச் சுற்றி ஸ்பாலிங் (spalling) உருவாகும் வரை கண்டறிய முடியாததாக இருக்கும். தூய்மையான, உயர்தர பேரிங் எஃகே ஒரே உண்மையான தடுப்பு வழியாகும்.
Embedded contamination
கடினமான துகள்கள் — அழுக்கு, அரைக்கும் சரளை, உலோகச் சில்லுகள் — உருளும் உறுப்பின் மேற்பரப்பில் அழுத்தப்பட்டு, ஒவ்வொரு சுழற்சியிலும் ரேஸ்களை அடிக்கும் உயர்ந்த புடைப்பை உருவாக்குகின்றன. இந்தப் பள்ளமும் ஒரு ஸ்பாலை உருவாக்கக்கூடிய அழுத்த உயர்வுப் புள்ளியாக மாறுகிறது. இதன் விளைவாக BSF அதிர்வெண்ணில் தாக்க அதிர்வு ஏற்படுகிறது; இதன் மூல காரணம் கிட்டத்தட்ட எப்போதும் போதிய சீலிங் அல்லது வடிகட்டுதல் இல்லாமையே ஆகும் — இதே நிகழ்வுச் சங்கிலியே பின்வருவதில் விளக்கப்பட்டுள்ளது தாங்கி உயவு cleanliness.
Corrosion and moisture damage
Water ingress or condensation produces rust spots, pitting, மற்றும் மேற்பரப்புச் சொரசொரப்பு. அரிப்படைந்த பகுதிகள் சோர்வைத் தொடங்கும் தளங்களாகச் செயல்படுகின்றன. சரியான சீலிங்கும் அரிப்பைத் தடுக்கும் மசகுகளும் இதைத் தடுக்கின்றன.
Brinelling and denting
தாக்கச் சுமை — பேரிங்கைக் கீழே போடுதல், கையாளுகையின் போது அதிர்ச்சி, அல்லது நிலையான அதிகச் சுமை — உருளும் உறுப்பின் மேற்பரப்பில் நிரந்தரப் பள்ளங்களை விட்டுச்செல்கிறது. இயந்திரம் நிலையாக நிற்கும்போது ஏற்படும் அதிர்வினாலும் ஃபால்ஸ் பிரினெல்லிங் (false brinelling) ஏற்படலாம். இந்தப் பள்ளங்கள் தாக்கங்களையும் அழுத்தச் செறிவுகளையும் உருவாக்குகின்றன; கவனமான கையாளுகையும் சரியான நிறுவுதலுமே இதற்கான தீர்வாகும்.
3. அதிர்வு கையொப்பம்
அதிர்வெண் உள்ளடக்கம்
உருளும் உறுப்புக் குறைபாடுகள் பின்வருவதில் ஓர் அடையாளம் காணக்கூடிய வடிவத்தை உருவாக்குகின்றன அதிர்வ நிறமாலை:
- முதன்மை அதிர்வெண்: BSF, typically 2–3× running speed.
- Strong second harmonic: 2×BSF பெரும்பாலும் அடிப்படை அதிர்வெண்ணை விடப் பெரியதாக இருக்கும், ஏனெனில் ஒவ்வொரு உறுப்புச் சுழற்சியின்போதும் குறைபாடு இரண்டு ரேஸ்களையும் தாக்குகிறது.
- Sideband spacing: FTF (cage frequency) sidebands — not 1× பக்கப் பட்டைகள் (sidebands). உள்-ரேஸ் கோளாற்றிலிருந்து இதைப் பிரித்தறியும் முக்கியக் காரணி இதுவே.
- Pattern: BSF ± FTF, BSF ± 2×FTF என்று தொடர்ந்து, கூண்டு அதிர்வெண்ணில் இடைவெளியிட்ட சிகரங்களின் “வேலி வரிசை” ஒன்றை உருவாக்குகிறது.
தாக்கங்கள் குறுகிய நேரம் கொண்டவையாகவும் உயர் அதிர்வெண் கொண்டவையாகவும் இருப்பதால், அவை பொதுவாக மூல நிறமாலையில் புதைந்திருக்கும், மற்றும் டிமாடுலேஷனுக்குப் (demodulation) பிறகே தெளிவாக வெளிப்படும். சாதக பகுப்பாய்வு சமிக்ஞையை சரிசெய்து பேண்ட்-பாஸ் வடிகட்டி, மீளும் விகிதத்தை வெளிப்படுத்துகிறது, மற்றும் இதன் விளைவாக வரும் சூழ்நிலை ஸ்பெக்ட்ரம் இதிலேயே BSF/FTF குடும்பம் மிகத் தெளிவாகத் தெரியும். நெருங்கிய தொடர்புடைய கொண்டு பழுது அதிர்வெண்கள் உள் ரேஸ், வெளி ரேஸ் மற்றும் கூண்டுக்கான இவை கண்டறிதல் கருவித்தொகுப்பை முழுமைப்படுத்துகின்றன.
நான்கு பேரிங் கோளாறுகளைப் பிரித்தறிதல்
| Feature | வெளி ரேஸ் (BPFO) | உள் ரேஸ் (BPFI) | Rolling Element (BSF) |
|---|---|---|---|
| Primary frequency | BPFO (3–5×) | BPFI (5–7×) | BSF (2–3×) |
| Sideband spacing | None or minimal | ±1× (shaft speed) | ±FTF (cage speed) |
| Amplitude stability | ஒப்பளவில் நிலையுள்ள | Stable | மாறுபடும் (பந்தின் நிலையைப் பொறுத்து) |
| Occurrence | Most common (~40%) | பொதுவானது (~35%) | Least common (~10–15%) |
Amplitude variability
பந்துக் குறைபாடுகளின் ஒரு தனித்துவ அம்சம் என்னவென்றால், அளவிடப்பட்ட வீச்சு (amplitude) வாசிப்புகளுக்கு இடையில் மாறிக்கொண்டே இருக்கும்:
- குறைபாடுள்ள உறுப்பு சுமை மண்டலத்தின் வழியாக உருளும்போது, தாக்கங்கள் வலுவாக இருந்து வீச்சு அதிகமாக இருக்கும்.
- அதே உறுப்பு பேரிங்கின் சுமையற்ற பக்கத்தில் இருக்கும்போது, தொடர்பு லேசாக இருந்து வீச்சு குறைகிறது.
- இந்த மாடுலேஷன் கூண்டு அதிர்வெண்ணால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது (எனவே FTF பக்கப் பட்டைகள்), மேலும் இது எளிய trending நிலையற்றதாக ஆக்கலாம் — ஆனால் அளவு மேலும் கீழும் ஏறி இறங்குகிறது என்ற உண்மையே உருளும் உறுப்புக் கோளாற்றுக்கான கண்டறிதல் அறிகுறியாகும்.
4. முன்னேற்றமும் விளைவுகளும்
Defect development
- Initiation: a small surface crack or a subsurface inclusion.
- Micro-spall: ஒரு சிறிய பொருள் துண்டு உடைந்து விடுபடுகிறது.
- Spall growth: ஸ்பால் விளிம்புகளில் ஏற்படும் தாக்கங்கள் சேதத்தைப் பரப்புகின்றன.
- Multiple spalls: சுற்றிவரும் கழிவுகள் மேற்பரப்பைத் தேய்த்து, மேலும் குறைபாடுகளை விதைக்கின்றன.
- பந்து துண்டாதல்: கடுமையான நிலைகளில் ஒரு முழுப் பந்தும் வெடித்து உடைந்து சிதறுகிறது.
- முழுமையான தோல்வி: பேரிங் சுமை தாங்கும் திறனை இழந்து, பெரும்பாலும் சிக்கிக்கொள்கிறது.
இரண்டாம் நிலை சேதம்
- ரேஸ் சேதம்: குறைபாடுள்ள உறுப்பு உள் மற்றும் வெளி இரண்டு ரேஸ்வேக்களையும் கீறுகிறது.
- Debris circulation: ஸ்பால் ஆன பொருள் பேரிங் முழுவதும் மூன்று-உடல் தேய்மானத்தை (three-body abrasion) ஏற்படுத்துகிறது.
- கூண்டு (cage) சேதம்: சொரசொரப்பான உறுப்பு கூண்டுப் பைகளைத் தேய்க்கிறது.
- விரைவான சீரழிவு: ஒரு உறுப்பு சேதமடைந்தவுடன் மற்றவை விரைவாகப் பின்தொடர்கின்றன, எனவே கண்டறியக்கூடிய கோளாறுக்கும் செயலிழப்புக்கும் இடையேயான கால இடைவெளி குறுகியதாக இருக்கும்.
5. Common Causes
Manufacturing and material defects
- உறுப்பு பொருளில் உள்ளார்ந்த சேர்க்கைகள் அல்லது வெற்றிடங்கள்.
- Improper heat treatment leaving inadequate or uneven hardness.
- Surface-finish defects.
- வட்டமற்ற பந்துகள் போன்ற வடிவியல் குறைபாடுகள்.
Installation damage
- கையாளும் போது ஏற்படும் தாக்கம் — பேரிங்கைக் கீழே விழவிடுதல் அல்லது தட்டுதல்.
- நிலையான அதிக சுமையினால் ஏற்படும் பிரினெல்லிங், அல்லது இயங்காத நிலையில் அதிர்வினால் ஏற்படும் தவறான பிரினெல்லிங்.
- பொருத்தும் போது நுழையும் மாசுபாடு, மேற்பரப்பில் துகள்களைப் பதியச் செய்கிறது.
இயக்க நிலைகள்
- போதிய மசகு இல்லாதது மேற்பரப்புச் சேதத்தையும் நுண்-வெல்டிங்கையும் ஏற்படுத்துகிறது.
- உருளும்-தொடர்பு சோர்வை விரைவுபடுத்தும் அதிக சுமை.
- பேரிங் வழியாகச் செல்லும் தவறான மின்னோட்டம், ஃப்ளூட்டிங் மற்றும் பிட்டிங்கை ஏற்படுத்துகிறது.
- உறுப்பு மேற்பரப்புகளைத் தாக்கும் அரிக்கும் சூழல்கள்.
- Hard-particle contamination creating indentations.
6. கண்டறிதல், நோயறிதல் மற்றும் திருத்த நடவடிக்கை
அதிர்வு பகுப்பாய்வு
- குறிப்பிட்ட பேரிங் வடிவியலுக்கான BSF மற்றும் FTF-ஐக் கணக்கிடவும் — a தாங்கி குறைபாடு அதிர்வெண் கணக்கிடுபவர் தண்டின் வேகத்தையும் பேரிங் பரிமாணங்களையும் நேரடியாக BPFO, BPFI, BSF மற்றும் FTF ஆக மாற்றுகிறது.
- என்வலப் ஸ்பெக்ட்ரத்தில் BSF உச்சத்தைத் தேடவும்.
- FTF பக்க-பட்டை வடிவத்தைச் சரிபார்க்கவும் — உருளும் உறுப்பு கோளாற்றை உறுதிப்படுத்தும் மிகவும் நம்பகமான ஒரே வழி.
- 2×BSF-ஐச் சரிபார்க்கவும், இது பெரும்பாலும் வீச்சில் அடிப்படை அதிர்வெண்ணை மிஞ்சும்.
- பல அளவீடுகளை எடுக்கவும்; எதிர்பார்க்கப்படும் வீச்சு மாறுபாடே உறுதிப்படுத்தும் சான்றாகும்.
புலத்தில், இந்த முழு வரிசையும் — பரந்த-அலைவரிசை அளவை அளவிடுதல், ஸ்பெக்ட்ரத்தைப் பிடித்தல், மற்றும் என்வலப் பகுப்பாய்வை இயக்குதல் — ஒரு கையடக்க இரு-சேனல் பகுப்பாய்வி உருவாக்கப்பட்ட பேரிங் நோயறிதலின் சரியான வகையே. The Balanset-1A இயக்க வேகத்தில் இயந்திரத்தின் சொந்த பேரிங் வீட்டுப்பகுதிகளில் இருந்து FFT ஸ்பெக்ட்ரம் மற்றும் நேர அலைவடிவத்தைப் பதிவு செய்கிறது, இதனால் ஒரு பகுப்பாய்வாளர் இயந்திரத்தைப் பிரிக்காமல் இடத்திலேயே BSF குடும்பத்தையும் அதன் FTF பக்க-பட்டைகளையும் கண்டறிய முடிகிறது, பின்னர் சேதத்தை இது போன்ற ஒரு கருவியால் வகைப்படுத்தலாம்: Bearing Damage Classifier (ISO 15243). மாற்றத்தை மேற்கொள்ளும் முன், பேரிங் கோளாறு உண்மையானதே தவிர வெறும் கட்டமைப்புச் சார்ந்த கட்டுப்பொருள் அல்ல என்பதையும் இதே கருவி உறுதிப்படுத்த அனுமதிக்கிறது.
உடல் ஆய்வு
- பேரிங்கைப் பிரித்து ஒவ்வொரு பந்து அல்லது உருளையையும் தனித்தனியாகச் சோதிக்கவும்.
- ஸ்பால்கள், விரிசல்கள், பதிந்த பொருள் மற்றும் அரிப்பைத் தேடவும்.
- மேற்பரப்புக் கரடுமுரட்டுத்தன்மையை உணரவும் — மென்மையான அல்லது சொர சொரப்பான உறுப்புகள்.
- வடிவியல் துல்லியத்தைச் சரிபார்க்கவும் (வட்டமற்ற தன்மை).
- பராமரிப்புப் பதிவுக்காக ஒவ்வொரு குறைபாட்டையும் புகைப்படம் எடுக்கவும்.
திருத்த நடவடிக்கை மற்றும் மூல காரணம்
உடனடி பதில் என்பது கண்காணிப்பு அதிர்வெண்ணை இதற்கேற்ப அதிகரிப்பதாகும்: defect severity, பேரிங் மாற்றத்தைத் திட்டமிடுதல், மற்றும் இரண்டாம் நிலைச் சேதத்திற்காக ரேஸ்களைச் சரிபார்த்தல். நிலையான தீர்வு மூல-காரண பகுப்பாய்வில் உள்ளது: பேரிங் தேர்வு மற்றும் தரத்தை மறுஆய்வு செய்தல், மசகு போதுமானதா எனச் சரிபார்த்தல், மாசுபாட்டின் மூலங்களைக் கண்டறிதல், நிறுவல் நடைமுறையைத் தணிக்கை செய்தல், மற்றும் முன்கூட்டியே செயலிழப்பு ஏற்பட்ட இடத்தில் மேம்படுத்தப்பட்ட பேரிங் விவரக்குறிப்பைக் கருத்தில் கொள்ளுதல். இந்தக் கண்டுபிடிப்புகளை ஒரு கட்டமைக்கப்பட்ட பின்வரும் திட்டத்திற்குள் திருப்பி அளிப்பதே நிலை கண்காணிப்பு திட்டம், ஒரு முறை மட்டுமே நிகழும் செயலிழப்பைத் தடுக்கப்பட்ட ஒன்றாக மாற்றுவதாகும்.
உருளும் உறுப்பு குறைபாடுகள், ரேஸ்வே குறைபாடுகளை விட குறைவாகவே காணப்பட்டாலும், துல்லியமான நோயறிதலுக்கு FTF பக்க-பட்டைகளுடன் கூடிய அவற்றின் தனித்துவமான BSF கையொப்பத்தைத் தெளிவாகப் புரிந்துகொள்ள வேண்டும். என்வலப் பகுப்பாய்வு மூலம் முன்கூட்டியே கண்டறிவது, குறைபாடு கடுமையான பேரிங் சேதமாகவும் சாத்தியமான பேரழிவுச் செயலிழப்பாகவும் வளர்ச்சியடைவதற்கு நீண்ட காலத்திற்கு முன்பே திட்டமிட்ட பராமரிப்பைச் செய்ய உதவுகிறது.
