Розуміння частот несправностей підшипників
Визначення: Що таке частоти несправностей підшипників?
Частоти несправностей підшипників (також звані частотами дефектів підшипників або характеристичними частотами) є специфічними вібрація частоти, що виникають, коли елементи кочення (кульки або ролики) в підшипнику проходять через дефекти, такі як тріщини, відколи або ямки на кінцях підшипника або на самих елементах кочення. Ці частоти математично передбачувані на основі геометрії підшипника та швидкості обертання вала, що робить їх безцінними діагностичними індикаторами для раннього виявлення дефекти підшипників.
Розуміння та ідентифікація цих частот через аналіз вібрації дозволяє обслуговуючому персоналу виявляти проблеми з підшипниками за місяці до того, як вони стануть очевидними через підвищення температури, шум або катастрофічну поломку, що дозволяє проводити планове технічне обслуговування та запобігати дороговартісним незапланованим простоям.
Чотири основні частоти несправностей
Кожен підшипник кочення має чотири характерні частоти несправностей, кожна з яких відповідає різному типу дефекту:
1. BPFO – Частота передач м'яча, зовнішня об'ємна траєкторія
Швидкість, з якою тіла кочення проходять повз фіксовану точку на зовнішньому кільці:
- Фізичне значення: Якщо на зовнішньому кільці є дефект, кожен елемент кочення вдаряється об нього під час проходження, створюючи повторюваний удар.
- Типове значення: 3-5× швидкість вала для більшості підшипників
- Формула: BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
- Найпоширеніші: Дефекти зовнішнього кільця є найчастішим видом виходу з ладу підшипника
- Вплив зони навантаження: Стаціонарне зовнішнє кільце означає, що дефект знаходиться в постійному положенні відносно навантаження
2. BPFI – Частота передач м'яча, внутрішня траєкторія
Швидкість, з якою тіла кочення проходять повз фіксовану точку на внутрішньому кільці:
- Фізичне значення: Внутрішня обойма обертається разом з валом, тому кожен елемент кочення потрапляє на дефект внутрішньої обойми під час проходження.
- Типове значення: 5-7× швидкість вала для більшості підшипників
- Формула: BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Вище, ніж BPFO: Завжди вища частота, ніж BPFO для того самого підшипника
- Бічні смуги: Майже завжди показує 1× бічні смуги через модуляцію зони навантаження
3. BSF – Частота обертання м’яча
Частота обертання елемента кочення, що обертається навколо власної осі:
- Фізичне значення: Якщо елемент кочення має дефект, це впливає на обидві обойми на цій частоті
- Типове значення: 1,5-3× швидкість вала
- Формула: BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
- Найменш поширені: Дефекти елементів кочення трапляються рідше, ніж дефекти кочення
- Складний візерунок: Дефект торкається обох гонок, створюючи складну вібраційну сигнатуру
4. ЧПН – Основна частота руху поїздів
Частота обертання обойми підшипника (фіксатора):
- Фізичне значення: Швидкість обертання сепаратора, що переносить елементи кочення навколо підшипника
- Типове значення: 0,35-0,45× швидкість вала (субсинхронна)
- Формула: FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- Дефекти клітки: Зношені або пошкоджені клітки збуджують цю частоту
- Індикатор нестабільності: Також може виникати під час нестабільності ротора, викликаної підшипниками
Пояснення змінних формул
Формули для визначення частоти несправностей використовують такі геометричні параметри підшипників:
- Н = Кількість тіл кочення (кульок або роликів)
- n = Частота обертання вала (Гц) або швидкість (об/хв)
- Bd = Діаметр кульки або ролика
- Пд = Діаметр ділильного елемента (діаметр кола через центри тіл кочення)
- β = Кут контакту (кут між напрямком навантаження та віссю підшипника, зазвичай 0-40°)
Більшість програмного забезпечення для аналізу вібрацій містять бази даних підшипників з цими параметрами, попередньо розрахованими для тисяч моделей підшипників.
Як частоти несправностей відображаються у спектрах вібрації
Основний зовнішній вигляд
Коли в підшипнику виникає дефект:
- Основний пік: Частота несправностей проявляється як чіткий пік у частотний спектр
- Гармоніки: Зі збільшенням дефекту з'являються кілька гармонік (2×, 3×, 4×) частоти несправності.
- Бічні смуги: Для дефектів внутрішнього кільця та елементів кочення поширеними є бічні смуги 1× навколо частоти несправності
- Зростання амплітуди: Амплітуда частоти несправностей збільшується в міру прогресування дефекту
Бічні смуги
Бічні смуги надають важливу діагностичну інформацію:
- Дефекти внутрішньої раси: BPFI з бічними смугами ±1×, ±2× (дефект обертається в/поза зоною навантаження)
- Дефекти зовнішньої обойми: BPFO може мати бічні смуги 1×, якщо зовнішня обойма може трохи обертатися
- Дефекти кочення: BSF з бічними смугами на інтервалі FTF (модуляція кліткової частоти)
- Відстань між бічними смугами: Визначає, який компонент несправний
Рання та пізня стадія
- Рання стадія: Невеликі піки ледь перевищують рівень шуму, можуть вимагати аналіз конверта виявити
- Помірна стадія: Чіткі піки з гармоніками та бічними смугами у стандартному швидкому перетворенні Фур'є
- Просунута стадія: Дуже висока амплітуда, численні гармоніки, посилення широкосмугового шуму
- Пізня стадія: Спектр стає хаотичним з підвищеним рівнем шуму та численними піками
Методи виявлення
Стандартний аналіз швидкого перетворення Фур'є
- Розрахувати Швидке перетворення Фур'є вібраційного сигналу
- Шукайте піки на розрахункових частотах підшипників
- Ефективний при помірних та запущених дефектах
- Може пропустити дефекти на ранній стадії, приховані в шумі
Аналіз конверта (найефективніший)
Аналіз конверта (демодуляція) є золотим стандартом для виявлення дефектів підшипників:
- Фільтрує низькочастотні, високоенергетичні вібрації (від дисбалансу тощо)
- Зосереджено увагу на високочастотних впливах від дефектів підшипників
- Може виявляти несправності на 6-12 місяців раніше, ніж стандартне швидке перетворення Фур'є (FFT).
- Спектр обвідної чітко показує частоти та закономірності несправностей
Методи часової області
- Метод ударних імпульсів (МУП): Виявляє енергію удару від дефектів
- Крест-фактор: Співвідношення пікового значення до середньоквадратичного значення збільшується з впливом
- Ексцес: Статистичний показник імпульсивності, чутливий до раннього пошкодження підшипника
Практичне застосування
Діагностична процедура
- Визначити підшипник: Визначення моделі та розташування підшипника
- Обчисліть частоти: Використовуйте геометрію підшипника для розрахунку BPFO, BPFI, BSF, FTF (або знайдіть її в базі даних)
- Збір даних про вібрацію: Виміряйте на корпусі підшипника за допомогою акселерометр
- Аналіз спектру: Шукайте розраховані частоти в FFT або спектрі обвідної
- Підтвердження діагнозу: Перевірте наявність гармонік та бічних смуг, що відповідають типу дефекту
- Оцінка ступеня тяжкості: Амплітуда та склад гармонік вказують на стадію прогресування дефекту
- План дій: Планувати заміну підшипників залежно від серйозності проблеми та критичності обладнання
Приклад діагнозу
Двигун з підшипником SKF 6308, що працює на частоті 1800 об/хв (30 Гц):
- Розраховані частоти: BPFO = 107 Гц, BPFI = 173 Гц, BSF = 71 Гц, FTF = 12 Гц
- Спостерігається в спектрі обвідної: Пік на частоті 173 Гц з гармоніками на частоті 346 Гц, 519 Гц
- Бічні смуги: Бічні смуги ±30 Гц навколо піку 173 Гц
- Діагноз: Дефект внутрішньої обойми підтверджено (BPFI з 1× бічними смугами)
- Дія: Заплануйте заміну підшипника протягом 2-4 тижнів залежно від амплітуди
Важливість прогнозного обслуговування
- Раннє попередження: Виявлення дефектів за 6-24 місяці до виходу з ладу
- Специфічний діагноз: Визначте, який компонент підшипника пошкоджений
- Моніторинг тенденцій: Відстеження амплітуд частоти несправностей для прогнозування залишкового терміну служби
- Планове технічне обслуговування: Плануйте заміну під час зручного простою
- Запобігання вторинним пошкодженням: Замініть підшипник, перш ніж катастрофічна поломка пошкодить вал, корпус або інші компоненти
- Економія коштів: Уникнення аварійного ремонту, виробничих втрат та супутніх збитків
Частоти несправностей підшипників є одними з найпотужніших діагностичних інструментів у вібраційному аналізі. Їх математична передбачуваність у поєднанні із сучасними методами аналізу обвідної дозволяє надійно виявляти дефекти підшипників на ранній стадії, що є основою ефективних програм прогнозного обслуговування обертового обладнання.
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 