Вибрации в подшипниках качения

1. Анализ методов исследования вибраций подшипников качения. 1.1Диагностика подшипников качения по спектру огибающей вибросигнала 1.2Диагностика подшипников качения по спектру вибросигнала 1.3Сравнение мощности сигнала в двух частотных диапазонах 1.4Диагностика подшипников по соотношению СКЗ и пиков в вибросигнале 1.5Акустическая диагностика подшипников качения

1.1Диагностика подшипников качения по спектру огибающей вибросигнала При помощи полосового фильтра (аналогового или цифрового) из всего сигнала выделяется узкий диапазон частот. Полученный сигнал детектируется цифровым детектором (строится огибающая сигнала), а от нее берется обычный спектр. Результирующий диагноз о состоянии подшипника делается на основании анализа соотношения амплитуд "подшипниковых" гармоник в спектре огибающей сигнала. Полученный спектр строится не по всему сигналу, а только по его узкополосной выборке. Спектр огибающей случайной высокочастотной вибрации подшипника с трещиной внутреннего кольца

1.2 Диагностика подшипников качения по спектру вибросигнала. Практическое применение данного метода является еще более сложным, чем использование метода диагностики по спектру огибающей. Проблема заключается в том, что в "классическом" спектре вибрации дефектного подшипника очень трудно определить амплитуду "подшипниковых гармоник", обычно в спектре вибросигнала их просто нет. Именно процедуры полосовой фильтрации, детектирования и получения спектра огибающей предназначены для выявления в сигнале подшипниковых гармоник. Метод диагностики подшипников качения по спектру вибросигнала

1.3Сравнение мощности сигнала в двух частотных диапазонах.. Вполне очевидно, что при появлении дефектов будет возрастать высокочастотная составляющая мощности, и чем больше (до определенного соотношения, но это уже предмет более серьезного рассмотрения) относительная мощность высокочастотных колебаний, тем сильнее развит дефект подшипника. Этот метод сравнительно недавно начал применяться на практике. Физический смысл метода достаточно прост. Рассчитывается мощность вибросигнала в двух фиксированных диапазонах частот, например, до 1000 герц и выше герц. Критерием технического состояния подшипника качения является соотношение этих рассчитанных мощностей (СКЗ).

1.4 Диагностика подшипников по соотношению СКЗ и пиков в вибросигнале. Чем больше пиковое значение превышает величину СКЗ, т. е. чем больше относительная амплитуда пиков вибрации - ударов, тем сильнее в подшипнике развит дефект, тем он опаснее. Физическая основа метода проста - проводится сравнение СКЗ вибросигнала со значением амплитуд пиков

1.5 Акустическая диагностика подшипников качения. 2. Весь диапазон частот разделяется на три, в каждом из которых рассчитывается интенсивность вибрации. Критерий технического состояния тот же - чем выше интенсивность вибрации, особенно в высокочастотной зоне, тем подшипник хуже. Сразу же отвечаем на вопрос, где взять эти критерии - взять их негде. Нужно нарабатывать их самим на каждый тип подшипника. 1. Определяется интенсивность вибрации подшипника на испытательном стенде (измеряется обычно в децибелах). Чем выше вибрация, тем подшипник хуже.

2. Диагностические параметры вибраций подшипников качания 2.1Виброускорение 2.2Виброскорость 2.3Виброперемещение

2.1 Виброускорение Виброускорение – это значение вибрации, прямо связанное с силой, вызвавшей вибрацию. Виброускорение характеризует то силовое динамическое взаимодействие элементов внутри агрегата, которое вызвало данную вибрацию Виброускорение измеряется в: метрах на секунду в квадрате [м/сек 2] G, где 1G = 9,81 м/сек 2 децибелах, должен быть указан уровень 0 дБ. Если не указан, то берётся значение 10-6 м/сек 2

2.2 Виброскорость Виброскорость – это скорость перемещения контролируемой точки оборудования во время её прецессии вдоль оси измерения. В практике измеряется обычно не максимальное значение виброскорости, а ее среднеквадратичное значение, СКЗ (RMS). Физическая суть параметра СКЗ виброскорости состоит в равенстве энергетического воздействия на опоры машины реального вибросигнала и фиктивного постоянного, численно равного по величине СКЗ. Виброскорость измеряется в: миллиметрах на секунду [мм/сек] дюймов в секунду [in/s]: 1 in/s = 25,4 мм/сек децибелах, должен быть указан уровень 0 дБ. Если не указан, то берётся значение 5 * 10-5 мм/сек

2.3 Виброперемещение Виброперемещение (вибросмещение, смещение) показывает максимальные границы перемещения контролируемой точки в процессе вибрации. Обычно отображается размахом (двойной амплитудой, Пик-Пик, Peak to peak). Виброперемещение – это расстояние между крайними точками перемещения элемента вращающегося оборудования вдоль оси измерения.

3. Расчетный метод определения частот вибраций подшипников качения. Все гармонические составляющие вибрации, причиной которых являются подшипники качения, имеют частоты, связанные с частотой вращения внутреннего кольца (ротора) F вр частотой вращения сепаратора F с подшипника: где: F вр =n/60, Гц - частота вращения ротора; n - скорость вращения ротора, об/мин; d тк (d ш ) - диаметр тел качения, мм; D о - диаметр сепаратора подшипника, т.е. диаметр окружности, проходящей через центры тел качения D о =(d+D)/2, где: d и D - диаметры внутреннего и внешнего колец подшипника, соответственно; beta; - угол контакта тел и дорожек качения, град.

Частота контакта точки тела качения с кольцами, Гц: Fнк = Fс(Dо/dтк + cos β) - наружным Fвк = Fс(Do/dтк - cos β) - внутренним Fтк = 2Fc * Do/dтк - наружным и внутренним Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу (частота изменения жесткости подшипника), Гц: Fн = Fс * Z где Z - число тел качения.

Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу подшипника, Гц: Fв = (Fвр-Fc) * Z исходной базисной характеристикой для расчета информативных частот вибраций подшипников является частота вращения сепаратора Fс или частота вращения ротора Fвр. Значение Fc с достаточной для практики точностью можно рассчитать по упрощенной формуле: Fc = (0, ,42)Fвp ~ 0,4Fвp

Границы соотношений между информативными частотами и Fc можно представить в виде коэффициентов (значения коэффициентов уточнены с учетом результатов экспериментов): Kвp = Fвp/Fc = 2,38 - 2,63;Kн = Fн/Fc = ; Kв = Fв/Fc = 9, ,4;Kтк= Fтк/Fc= 8 -11,9; Kнк = Fнк/Fc = 5 - 6,9;Kвк= Fвк/Fc= 3 - 4,9.

Пример: Пpи частоте вращения ротора F вp =25 Гц (n=1500 об/мин) снята спектрограмма прямого спектра низкочастотной вибрации подшипника качения. Спектрограмма прямого спектра низкочастотной вибрации подшипника Первый шаг. Определение частот, дискретных составляющих вибрации: 10; 25; 36; 50; 65; 119; 140; 200; 220 Гц. Второй шаг. Расчет частоты вращения сепаратора подшипника и уточнение ее значения по спектрограмме: Fc =(0,39 - 0,42)Fвp = 9, ,5; по спектрограмме Fc = 10 Гц. Третий шаг. Расчет коэффициентов выделенных частот, дискретных составляющих вибрации с помощью зависимостей (8): 1; 2,5; 3,6; 5; 6,5; 11,9; 14; 20; 22

Четвёртый шаг. Сравнение полученных коэффициентов с интервалами их значений, соответствующими областям существования информативных частот, удобно вести в форме таблицы. KiKi Область существования Информативн ая частота 11FcFc 2,52,38 - 2,63F вp 3,63 - 4,9F вк 5,0-2F вp 6,55 - 6,9F нк 11, ,4F н, F в, F нк 14,09, ,4F н, F в 20,09, ,4FвFв 22,09, ,4FвFв Пятый шаг. Дополнительная идентификация коэффициентов 11,9 и 14 с помощью соотношения 22:11,9 = 1,85>1,6 ; 20:11,9 = 1,68 > 1,6, следовательно, Fтк = 119 Гц. 22:14=1,57,1,3<1,57<1,6; 20:14 = 1,43, 1,3 < 1,43 < 1,6, следовательно, Fн = 140 Гц. Реализация алгоритма требует постоянной исходной информации небольшого объема об интервалах значений коэффициентов, определяющих существование информативных частот, и переменной информации о частоте вращения Fвp.

4. Влияние вибраций на долговечность подшипников. Картина явления Углубления на дорожках качения роликоподшипников имеют вид продольных бороздок, а на дорожках качения шарикоподшипников – круглых вмятин (лунок). Их дно выглядит либо блестящим, либо матовым и покрытым ржавчиной. Мероприятия При транспортировке подшипник фиксировать радиальным предварительным натягом. Применять виброизолирующие башмаки. Если возможно, в качестве опор валов применять шариковые подшипники, а не роликовые. По возможности, применять смазывание масляной ванной. Причины Не вращающийся подшипник подвергается вибрационному нагружению.

Спасибо за внимание !