Діагностика дефектів підшипників
Дефекти підшипників — це мікроскопічні або макроскопічні дефекти — тріщини, викришування або раковини — на робочих поверхнях підшипника кочення. Оскільки підшипники кочення є основою більшості обертових машин і частою точкою відмови, раннє виявлення цих дефектів є одним із найважливіших завдань у галузі аналіз вібрації. Дефект спричиняє повторюваний, періодичний удар кожного разу, коли тіло кочення перекочується через нього, і саме ця періодичність робить несправність видимою у спектр задовго до того, як підшипник перегріється або стане чутним на слух.
1. Природа дефектів підшипників
Типовий підшипник кочення складається з чотирьох частин: зовнішнього кільця, внутрішнього кільця, комплекту кульок або роликів та сепаратора, який підтримує рівномірне розташування тіл кочення. Дефект — це пошкодження на будь-якій із цих поверхонь. Коли тіло кочення перекочується через нього, контакт генерує невеликий, різкий, високочастотний удар — “клацання.” Одне клацання несе дуже мало енергії, але удари повторюються при кожному проходженні, формуючи яскраво виражений періодичний сигнал. Аналіз вібрації виключно добре виявляє такі повторювані удари, саме тому підшипник, що деградує, можна виявити за місяці наперед, а не в момент заклинювання.
2. Чотири основні частоти несправностей
Основою діагностики підшипників є те, що для заданої геометрії підшипника та частоти обертання вала удари виникають із дуже конкретними, передбачуваними частотами. Ці частоти несправностей підшипників are:
- БПФО (Частота перекочування кульок по зовнішньому кільцю): частота, з якою тіла кочення проходять одну точку нерухомої зовнішньої обойми. Це найбільш поширена частота дефекту підшипника.
- БПФІ (Частота перекочування кульок по внутрішньому кільцю): частота, з якою тіла кочення проходять точку на внутрішній обоймі. Оскільки внутрішня обойма обертається разом із валом, BPFI є вищою, ніж BPFO.
- ЧСФ (Частота обертання кульки): частота, з якою тіло кочення обертається навколо власної осі. Дефект BSF часто виявляє енергію на подвоєній цій частоті, оскільки пошкодження контактує з обома обоймами при кожному оберті тіла кочення.
- Іноземний терорист (Фундаментальна частота сепаратора): частота обертання сепаратора, або «кошика». Це дуже низька частота, як правило менша за 0.5X від робоча швидкість.
Ці частоти залежать від геометрії підшипника — діаметра доріжки кочення, діаметра тіл кочення, кута контакту та кількості тіл кочення — а також від частоти обертання вала. Програмне забезпечення для аналізу вібрації зазвичай містить велику базу даних підшипників і обчислює їх автоматично; їх також можна визначити безпосередньо за допомогою калькулятор частоти дефектів підшипників якщо відомий каталожний номер або розміри підшипника.
3. Як дефекти підшипників проявляються в спектрі
Підшипниковий дефект, що розвивається, залишає характерний відбиток у Спектр ШПФ:
- Піки у високочастотній ділянці: сама дефектна частота (наприклад, BPFO) відображається як виражений пік у верхній частині частотного діапазону, осторонь від низькочастотних пікових гармонік обертання.
- Гармоніки: різкий, імпульсний характер ударів зазвичай породжує декілька гармонік — точних кратних — дефектної частоти, а довга їх послідовність свідчить про добре розвинений дефект.
- Бічні смуги: це ключовий діагностичний маркер. Пік дефектної частоти, як правило, оточений бічними смугами, рознесеними на 1X частоту обертання. Пік BPFO з бічними смугами 1X є класичним відбитком дефекту зовнішньої обойми, тоді як дефект внутрішньої обойми (BPFI) майже завжди супроводжується бічними смугами 1X, оскільки обертовий дефект входить і виходить із зони навантаження підшипника один раз за оберт, модулюючи інтенсивність удару.
На найбільш ранніх стадіях ці піки є малими і легко губляться у шумовій підлозі спектра, тому зазвичай застосовують спеціалізовану методику виявлення.
4. Аналіз огинаючої для раннього виявлення
Аналіз обвідної, також відомий як демодуляція, є найпотужнішим методом виявлення дефектів підшипників на ранній стадії. Це метод обробки сигналу, що застосовує смуговий фільтр для усунення низькочастотних, високоенергетичних вібрацій від таких джерел, як дисбаланс і невідповідність, після чого зосереджується виключно на високочастотних, низькоенергетичних ударах, які спричиняє дефект. Повторювані удари збуджують власні частоти конструкції, а обробка огинаючої дозволяє виділити частоту повторення цього коливання.
В результаті спектр обвідної є напрочуд “чистим,” чітко відображаючи дефектні частоти підшипника та їх гармоніки на тлі низького рівня шуму. Це дає змогу виявити дефект за місяці — іноді за роки — до відмови підшипника, забезпечуючи часовий резерв, що робить планову заміну можливою замість аварійного простою.
5. Підтвердження діагнозу в польових умовах
Надійний висновок щодо підшипника ґрунтується на зіставленні виміряних піків із розрахованими дефектними частотами та підтвердженні очікуваного відбитку бічних смуг, в ідеалі підкріпленого спектром огинаючої та чіткою висхідною тенденцією за послідовними вимірюваннями. Переносний двоканальний прилад, такий як Балансет-1а дає змогу інженеру знімати спектр безпосередньо на машині, у її власних підшипниках при робочій швидкості, щоб перевірити підозрюваний дефект підшипника на місці відповідно до прогнозованих частот. Також варто виключити схожі прояви: структурні розхитування і несправності елементів кочення можуть обидва підвищувати широкосмугову енергію, але лише справжній дефект підшипника збігається з сімействами BPFO, BPFI, BSF або FTF.
