Виброактивность подшипников и их диагностика реферат
Обновлено: 02.07.2024
Презентация на тему: " Вибрации в подшипниках качения. 1. Анализ методов исследования вибраций подшипников качения. 1.1 Диагностика подшипников качения по спектру огибающей." — Транскрипт:
1 Вибрации в подшипниках качения
2 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
3 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
4 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
5 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).
6 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
7 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.
8 2. Диагностические параметры вибраций подшипников качания 2.1Виброускорение 2.2Виброскорость 2.3Виброперемещение
9 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
10 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
11 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.
12 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.
13 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.
14 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
15 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. 16 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
17 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
18 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.
Причинами колебаний, возникающих в подшипниках скольжения, являются наличие обязательного бокового зазора между подшипником и цапфой вала, а также наличие динамических сил в пульсирующем потоке смазочной жидкости в зазоре, определяемых гидродинамическими свойствами смазки и толщиной смазочного слоя. В связи с этим подшипники скольжения являются сложным объектом для вибродиагностики. Эталонный спектр колебаний бездефектных подшипников скольжения не имеет характеристических частот и устанавливается экспериментально. В дальнейшем развивающиеся дефекты диагностируются по изменению спектральных составляющих. Дополнительно эффективным методом оценки состояния подшипников скольжения является также анализ формы траектории движения вала. Форма траектории зависит от многих факторов, в том числе от количества и качества смазки, наличия дефектов подшипника и вала. При отсутствии дефектов траектория обычно представляет собой замкнутый эллипс, что связано с различной жесткостью подшипника в вертикальном и горизонтальном направлениях. Анализ отклонения от эталонной формы траектории позволяет определить наличие и качество смазки, обнаружить дисбаланс ротора, выявить основные дефекты подшипника и оценить степень их опасности.
Источниками вибрации в подшипниках качения являются их кинематические особенности, дефекты и повреждения. При каждом перекатывании тел качения по дефектам и неровностям эти источники генерируют импульсы соответствующей частоты, совокупность которых образует сигнал колебаний. К основным дефектам изготовления относятся овальность и волнистость дорожек качения, огранность тел качения и дисперсия их размеров, неравномерный радиальный зазор между кольцами и телом качения. Ось вала в подшипнике с зазором блуждает (совершает прецессию), при этом происходит столкновение с телом качения, являющееся причиной импульсных колебаний.
Подшипники качения устанавливаются обычно с гарантированным радиальным зазором. При этом радиальная жесткость подшипника периодически изменяется из-за того, что внутреннее кольцо опирается поочередно на четное и нечетное число тел качения. Периодические составляющие радиальной жесткости могут достигнуть 25 % от среднего значения.
Частота периодической составляющей изменения жесткости равна zfс, где z — число тел качения; fс — частота вращения сепаратора относительно неподвижного наружного кольца:
Где - частота вращения внутреннего кольца подшипника (вала)б Гцб =n/60; n – число оборотов вала, об/мин; D – диаметр окружности,проходящей через центры тел качения (средний диаметр сепаратора подшипника)б мм; - угол контакта тел качения в подшипнике.
Эта же частота и ее кратные гармоники будут соответствовать наличию единичного дефекта на наружном кольце подшипника при перекатывании по нему тел качения:
Аналогично при перекатывании тел качения по внутреннему кольцу частота, соответствующая повреждению внутреннего кольца:
Частота, соответствующая повреждению тел качения при их вращении определяется по формуле
Наибольшее применение в настоящее время нашли следующие четыре метода виброакустической диагностики подшипников качения: по общему уровню (OL) вибрационного сигнала (по амплитуде виброперемещения или виброскорости); по спектральному анализу вибросигнала (автоспектру — АS); по методу ударных импульсов (SРМ); по спектральному анализу огибающей высокочастотной вибрации (ЕS). В современных программах автоматической диагностики подшипников для повышения достоверности постановки диагноза, как правило, используется комбинация методов ОL, АS и ЕS.
Диагностика по общему уровню вибросигнала (ОL) является наименее информативной, осуществляется в низкочастотной области и позволяет выявить только сильно развитые дефекты в предаварийном состоянии подшипника. Несмотря на недостатки, метод из-за своей простоты продолжает использоваться в системах защитного мониторинга.
Анализ автоспектра (АS) вибросигнала позволяет выявить наличие и интенсивность пиков на характеристических частотах подшипников и таким образом идентифицировать дефект и определить степень его развития. Как отмечалось выше, для каждого подшипника помимо частоты вращения имеется четыре характеристические частоты — наружного кольца, внутреннего кольца, тела качения и сепаратора. При анализе дефектов подшипника необходимо проводить исследование спектра на наличие и интенсивность пиков на характеристических частотах подшипников и их гармониках. Эти пики являются безусловным признаком дефекта. Вместе с тем автоспектр сложно поддается расшифровке и анализу из-за наличия большого числа источников вибрации, не имеющих отношения к подшипнику качения; наличие механических резонансов требует значительного времени для усреднения результатов и др.
Как уже отмечалось, даже идеальные подшипники качения являются виброактивными из-за параметрических и кинематических воздействий. Они возбуждают так называемую фоновую высокочастотную вибрацию, мощность которой постоянна во времени. При появлении дефектов, например внешнего кольца, появляются спектральные амплитуды (ударные импульсы) на участках, кратных частоте возбуждения. Эти ударные импульсы накладываются на фоновую вибрацию в виде пиков, затухающих во времени. При хорошем техническом состоянии подшипников пики превышают уровень фона незначительно. Сам уровень фона также невысок. Отношение пикового и среднеквадратического значений общего уровня фона, которое называется пикфактором, является диагностическим признаком, а метод, основанный на измерении пик-фактора на частоте 31,5. 32,5 кГц, называется методом ударных импульсов (SРМ). Принцип действия ударных импульсов поясняется на рис. 2.6, где представлены временные высокочастотные сигналы вибрации исправного подшипника качения и подшипника с раковиной на поверхности качения [15]. Сигнал при наличии дефекта приобретает модулированную форму.
 |
Рис 2.6. Высокочастотная вибрация исправного (а) и дефектного (б) подшипников качения
С ростом дефекта ударные импульсы возрастают, величина пикфактора возрастает максимально и достигает значения десяти и более. Далее пиковое значение импульса растет незначительно, но при расширении зоны распространения дефекта растет уровень фоновой вибрации. В предаварийном состоянии уровень фоновой вибрации становится соизмерим с уровнем пиков, так как вся фоновая вибрация при развитом и распространенном дефекте состоит из системы пиков. Величина пик-фактора при этом снижается.
Достоинствами метода SРМ являются высокая чувствительность к зарождающимся дефектам, быстродействие и простота измерений. Вместе с тем метод не позволяет идентифицировать вид зарождающегося дефекта. Приборы, в которых реализован метод SРМ, являются по существу контрольными приборами со светофорной сигнализацией: при исправном подшипнике и величине пик-фактора от 3 до 5 высвечивается зеленая зона, при зарождающемся дефекте и пик-факторе свыше 5 до 15 — желтая зона и при развитом дефекте с пик-фактором свыше 15 до 25 — красная зона. Кроме того, метод 5РМ перестает работать при наличии цепочки развитых дефектов, не чувствителен к дефектам сборки и не может быть использован для низкооборотных машин.
Наиболее информативным является метод ЕS, где вся информация о техническом состоянии подшипника содержится в огибающей высокочастотного сигнала. Частота модуляции высокочастотного сигнала определяет вид дефекта, а глубина модуляции — степень его развития. Помимо частоты модуляции, являющейся основным признаком дефекта, используется еще и ряд дополнительных признаков, В качестве примера в табл. 2.2 приведены основные и дополнительные диагностические признаки в спектре огибающей высокочастотной вибрации некоторых дефектов подшипников качения [15].
| Вид дефекта | Частота основных признаков | Частота дополнительных признаков |
| Неоднородный радиальный натяг | , нет роста ВЧ | |
| Перекос наружного кольца | , нет роста ВЧ | |
| Износ наружного кольца | , рост ВЧ | |
| Раковины, трещины на наружном кольце | Рост ВЧ | |
| Износ внутреннего кольца | , рост ВЧ | |
| Раковины, трещины на внутреннем кольце | , рост ВЧ | |
| Износ тел качения и сепаратор | , рост ВЧ | |
| Раковины, сколы на телах качения | , рост ВЧ |
Примечание fв — частота вращения вала; fн.к. — частота перекатывания тел качения по наружному кольцу; fвк — то же, по внутреннему;fтк — частота вращения тел качения;fс — частота вращения сепаратора; ВЧ — высокочастотная область спектра вибрации; i = 1, . n.
Таким образом, достоинствами ЕS наряду с высокой чувствительностью является возможность идентификации вида дефекта по частоте модуляции и степени его развития по относительной глубине модуляции. При этом абсолютный уровень вибросигнала не имеет принципиального значения в связи с переходом на относительные измерения. Эталонным признаком бездефектного подшипника является отсутствие в спектре огибающей гармонических составляющих. Важнейшим достоинством ЕS высокочастотного сигнала является также то, что диагностике подвергается только тот подшипник, на котором установлены датчики. К числу основных недостатков ЕS следует отнести то, что данный метод перестает работать при развитых дефектах и в предаварийном состоянии. Кроме того, требуется достаточно большое время измерений для усреднения результатов.
Причинами колебаний, возникающих в подшипниках скольжения, являются наличие обязательного бокового зазора между подшипником и цапфой вала, а также наличие динамических сил в пульсирующем потоке смазочной жидкости в зазоре, определяемых гидродинамическими свойствами смазки и толщиной смазочного слоя. В связи с этим подшипники скольжения являются сложным объектом для вибродиагностики. Эталонный спектр колебаний бездефектных подшипников скольжения не имеет характеристических частот и устанавливается экспериментально. В дальнейшем развивающиеся дефекты диагностируются по изменению спектральных составляющих. Дополнительно эффективным методом оценки состояния подшипников скольжения является также анализ формы траектории движения вала. Форма траектории зависит от многих факторов, в том числе от количества и качества смазки, наличия дефектов подшипника и вала. При отсутствии дефектов траектория обычно представляет собой замкнутый эллипс, что связано с различной жесткостью подшипника в вертикальном и горизонтальном направлениях. Анализ отклонения от эталонной формы траектории позволяет определить наличие и качество смазки, обнаружить дисбаланс ротора, выявить основные дефекты подшипника и оценить степень их опасности.
Источниками вибрации в подшипниках качения являются их кинематические особенности, дефекты и повреждения. При каждом перекатывании тел качения по дефектам и неровностям эти источ ники генерируют импульсы соответствующей частоты, совокупность которых образует сигнал колебаний. К основным дефектам изготовления относятся овальность и волнистость дорожек качения, ог- анность тел качения и дисперсия их размеров, неравномерный радиальный зазор между кольцами и телом качения. Ось вала в подшипнике с зазором блуждает (совершает прецессию), при этом происходит столкновение с телом качения, являющееся причиной импульсных колебаний.
Подшипники качения устанавливаются обычно с гарантированным радиальным зазором. При этом радиальная жесткость подшипника периодически изменяется из-за того, что внутреннее кольцо опирается поочередно на четное и нечетное число тел качения. Периодические составляющие радиальной жесткости Moiyr достигнуть 25 % от среднего значения.
Частота периодической составляющей изменения жесткости равна zfc > г Де z — число тел качения; fc — частота вращения сепаратора относительно неподвижного наружного кольца:
где /в — частота вращения внутреннего кольца подшипника (вала), Гц, fB - п/60; п — число оборотов вала, об/мин; d — диаметр тел качения, мм; D — диаметр окружности, проходящей через центры тел качения (средний диаметр сепаратора подшипника), мм; Р — угол контакта тел качения в подшипнике.
Эта же частота и ее кратные гармоники будут соответствовать наличию единичного дефекта на наружном кольце подшипника при перекатывании по нему тел качения
 |
Аналогично при перекатывании тел качения по внутренему кольцу частота, соответствующая повреждению внутреннего кольца:
Частота, соответствующая повреждению тел качения при их вращении, определяется по формуле
Наибольшее применение в настоящее время нашли следующи
Как уже отмечалось, даже идеальные подшипники качения являются виброактивными из-за параметрических и кинематических воздействий. Они возбуждают так называемую фоновую высокочастотную вибрацию, мощность которой постоянна во времени. При появлении дефектов, например внешнего кольца, появляются спектральные амплитуды (ударные импульсы) на участках, кратных частоте возбуждения. Эти ударные импульсы накладываются на фоновую вибрацию в виде пиков, затухающих во времени. При хорошем техническом состоянии подшипников пики превышают уровень фона незначительно. Сам уровень фона также невысок. Отношение пикового и среднеквадратического значений общего уровня фона, которое называется пик-фактором, является диагностическим признаком, а метод, основанный на измерении пик-фактора на частоте 31,5..32,5 кГц, называется методом ударных импульсов (SPM). Принцип действия ударных импульсов поясняется на рис. 2.6, где представлены временные высокочастотные сигналы вибрации исправного подшипника качения и подшипника с раковиной на поверхности качения [15]. Сигнал при наличии дефекта приобретает модулированную форму.
Рис. 2.6. Высокочастотная вибрация исправного (с) и дефектного (б) подшипников качения
С ростом дефекта ударные импульсы возрастают, величина пикт фактора возрастает максимально и достигает значения десяти и более. Далее пиковое значение импульса растет незначительно, но при расширении зоны распространения дефекта растет уровень фоновой вибрации. В предаварийном состоянии уровень фоновой вибрации становится соизмерим с уровнем пиков, так как вся фоновая вибрация при развитом и распространенном дефекте состоит из системы пиков. Величина пик-фактора при этом снижается.
Достоинствами метода SPM являются высокая чувствительность к зарождающимся дефектам, быстродействие и простота измерений. Вместе с тем метод не позволяет идентифицировать вид зарождающегося дефекта. Приборы, в которых реализован метод SPM, являются по существу контрольными приборами со светофорной сигнализацией: при исправном подшипнике и величине пик-фактора от 3 до 5 высвечивается зеленая зона, при зарождающемся дефекте и пик-факторе свыше 5 до 15 — желтая зона и при развитом дефекте с пик-фактором свыше 15 до 25 — красная зона. Кроме того, метод SPM перестает работать при наличии цепочки развитых дефектов, не чувствителен к дефектам сборки и не может быть использован для низкооборотных машин.
Наиболее информативным является метод ES, где вся информация о техническом состоянии подшипника содержится в огибающей высокочастотного сигнала. Частота модуляции высокочастотного сигнала определяет вид дефекта, а глубина модуляции — степень его развития. Помимо частоты модуляции, являющейся основным при-
знаком дефекта, используется еше и ряд дополнительных признаков В качестве примера в табл. 2.2 приведены основные и дополнительные диагностические признаки в спектре огибающей высокочастот ной вибрации некоторых дефектов подшипников качения.
| Вид дефекта | Частоты ОСНОВНЫХ признаков | Частоты донолнетельных признаков | |
| Неоднородный радиальный натяг | 2/в | 2ifB, нет роста ВЧ | |
| Перекос наружного кольца | 2/„.к | 2ifH K, нет роста ВЧ | |
| Износ наружного кольца | /н.к | 1/н к, i ‘ > 3 | Рост ВЧ |
| Износ внутреннего кольца | '/в | /в, рост ВЧ | |
| Раковины, трещины на внутреннем кольце | '/в. Рост ВЧ | ||
| Износ тел качения и сепаратора | /с. (/в-/с) | if с ‘(/в ~/с). Рост ВЧ | |
| Раковины, скопы на телах качения | 2*1-/г.к — | hfj.K — hf& рост ВЧ |
Примечание./, — частота вращения вала;/нк — частота перекатывания тел качения по наружному кольцу; faK — то же, по внутреннему; /т к — частота вращения тел качения; Уё — частота вращении сепаратора; ВЧ — высокочастотная область спектра вибрации; i = 1. п.
Таким образом, достоинствами ES наряду с высокой чувствительностью является возможность идентификации вида дефекта по частоте модуляции и степени его развития по относительной глубине модуляции. При этом абсолютный уровень вибросигнала не имеет принципиального значения в связи с переходом на относительные измерения. Эталонным признаком бездефектного подшипника является отсутствие в спектре огибающей гармонических составляющих. Важнейшим достоинством ES высокочастотного сигнала является также то, что диагностике подвергается только тот подшипник, на котором установлены датчики. К числу основных недостатков ES следует отнести то, что данный метод перестает работать при развитых дефектах и в предаварийном состоянии. Кроме того, требуется достаточно большое время измерений для усреднения результатов.
Представление современных методов оценки технического состояния и диагностики подшипников качения, применяемых в машиностроении. Подшипник качения как элемент любого роторного механизма. Осуществление ими пространственной фиксации вращающихся роторов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.02.2019 |
| Размер файла | 41,9 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Диагностика подшипников качения
Абильдаев Р.К.,Бакиров Р.Б.
В работе представлены современные методы оценки технического состояния и диагностики подшипников качения, применяемых в машиностроении. подшипник машиностроение роторный
Подшипник качения является, самым распространенным и наиболее уязвимым элементом любого роторного механизма. Они осуществляют пространственную фиксацию вращающихся роторов и воспринимают основную часть статических и динамических усилий, возникающих в механизме. Поэтому техническое состояние подшипников является важнейшей составляющей определяющей работоспособность механизма в целом.
Для оценки технического состояния и диагностики подшипников качения в настоящее время широко используются в практике следующие методы: "ПИК-фактор", по спектру вибросигнала, по спектру огибающей, по методу ударных импульсов.
Рассмотрим подробнее первые два метода:
1. Метод ПИК-фактора. Для контроля за техническим состоянием подшипников по данному методу необходимо иметь простой виброметр, позволяющий измерять два параметра вибросигнала:
- среднеквадратичное значение уровня (СКЗ) вибрации, т.е. энергию вибрации;
- пиковую амплитуду (ПИК) вибрации (положительную, отрицательную или полный размах - значения не имеет).
Отношение двух этих параметров ПИК/СКЗ, называется ПИК - фактором.
В осциллограмме нового, хорошо смазанного подшипника присутствует стационарный сигнал шумового характера (рис. 1.а).
С течением времени, по мере появления дефектов на деталях подшипника, в сигнале начнут появляться отдельные, короткие амплитудные пики, соответствующие моментам соударения дефектов (рис. 1.б). В дальнейшем, с развитием дефекта, сначала увеличиваются амплитуды пиков, потом постепенно увеличивается и их количество, рисунок (рис. 1.в). Например, дефект, появившись на одном из шариков, создаёт впоследствии забоину на кольце, с него она переносится на другой шарик, дефекты шариков начинают вырабатывать сепаратор и т.д. до полного разрушения.
Если изобразить результаты измерений на графике, мы увидим зависимости, показанные на рисунке 2. Сначала, по мере появления и развития дефекта, нарастает функция ПИК, а СКЗ меняется очень мало, поскольку отдельные, очень короткие амплитудные пики практически не меняют энергетические характеристики сигнала.
F0 - частота вращения; Fик - частота перекатывания тел по наружному кольцу
В дальнейшем, по мере увеличения амплитуд и количества пиков, начинает увеличиваться энергия сигнала, возрастает СКЗ вибрации.
Отношение ПИК/СКЗ из-за временного сдвига между ними, имеет явно выраженный максимум на временной оси. На этом и основывается метод ПИК-фактора.
Экспериментально было установлено, что момент прохода функции ПИК-фактор через максимум соответствует остаточному ресурсу подшипника порядка 2-3 недель.
Достоинство - простота. Для реализации нужен обычный виброметр общего уровня.
Недостатки - слабая помехозащищенность метода и необходимость проводить многократные измерения в процессе эксплуатации. Установить датчик непосредственно на наружной обойме подшипника практически невозможно, поэтому сигнал вибрации характеризует не только подшипник, но и другие узлы механизма, что в данном случае рассматривается как помехи. Чем дальше установлен датчик от подшипника и сложнее кинематика самого механизма, тем меньше достоверность метода [1].
Получить оценку состояния по одному замеру невозможно.
2. По спектру вибросигнала
Для контроля за техническим состоянием подшипников по данному методу необходим анализатор спектра вибрации (виброанализатор).
Метод базируется на анализе спектра вибрации - выявлении периодичности (частоты) появления амплитудным виброанализатором и по частотному составу спектра (рис. 3) можно идентифицировать возникновение и развитие дефектов подшипника. Каждому дефекту на элементах подшипника (тела качения, внутреннее и наружное кольцо, сепаратор), соответствуют свои частоты, которые зависят от кинематики подшипника и скорости его вращения.
Наличие той или иной частотной составляющей в спектре сигнала говорит о возникновении соответствующего дефекта, а амплитуда этой составляющей - о глубине дефекта.
- высокая помехозащищённость (маловероятно наличие в механизме источников, создающих вибрации на тех же частотах, что и дефекты подшипника);
- высокая информативность метода. Возможна оценка состояния элементов подшипника (тел качения, внутреннего и наружного кольца, сепаратора), поскольку они генерируют разные частотные ряды в спектре.
- метод дорогостоящий, если виброанализатор использовать только для контроля подшипников;
- метод малочувствителен к зарождающимся и слабым дефектам в связи с тем, что подшипники в большинстве случаев является маломощными источниками вибрации. Небольшой скол на шарике или дорожке не в состоянии заметно качнуть механизм, чтобы мы увидели эту частотную составляющую в спектре. И только при достаточно сильных дефектах амплитуды этих частотных составляющих начинают заметно выделяться в спектре [2];
- метод используется достаточно широко, особенно в среде профессиональных специалистов и даёт хорошие результаты.
Пиковое значение амплитуды этого затухающего колебания прямо пропорционально скорости удара (v). Поскольку затухающий переходный процесс очень хорошо определяется и имеет постоянную величину затухания, его можно отфильтровать от других сигналов, т.е. от сигналов вибрации. Изменение и анализ затухающего переходного процесса - основа метода ударных импульсов.
Результаты измерений очень легко нормировать по скорости соударения, зная геометрию подшипника и его обороты. Амплитуды ударных импульсов однозначно связаны со скоростью соударения дефектов и глубиной дефектов. Поэтому, по амплитудам ударных импульсов можно достоверно диагностировать наличие и глубину дефектов.
Достоинства - высокая чувствительность, информативность и помехозащищенность. Метод прост и дёшев в реализации, существуют простые, портативные приборы.
Недостаток - Существует одно ограничение, связанное с конструктивным исполнением механизма. Поскольку речь идёт о измерении ультразвуковых волн колебаний, которые очень сильно затухают на границах разъёмных соединений, для точности измерений необходимо, чтобы между наружным кольцом подшипника и местом установки датчика существовал сплошной массив металла. В большинстве случаев это не вызывает проблем [3].
Метод широко используется в среде профессионалов, прост и доступен персоналу, обслуживающему оборудование
Литература
1. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. - М.: Машино-строение, 1987. - 389 с.
2. Бакиров Р.Б., Дубский Ю.В. Метрология, взаимозаменяемость и стандартизация. - Тараз: ТарГУ, 2000. - 234 с.
3. Бакиров Р.Б., Туралиев А.С. Машина жасау технологиясы. - Тараз: ТарГУ, 2006. - 235 с.
Подобные документы
Подшипник как техническое устройство, являющееся частью опоры. Производство в соответствии с требованиями подшипников качения, а именно шарикоподшипников радиальных однорядных. Трение скольжения подшипников качения. Структура однорядного шарикоподшипника.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 26.11.2010
Исследование общих сведений, условий работы и критериев работоспособности подшипника качения, работающего по принципу трения качения. Изучение особенностей подбора, посадки, крепления и смазки подшипников. Материалы для изготовления подшипников качения.
презентация [172,0 K], добавлен 25.08.2013
Понятие и функциональные особенности подшипников качения, их отличительные признаки от подшипников скольжения. Основные типы подшипников качения: шарикоподшипники радиальные однорядные, с одной и двумя защитными шайбами, с канавкой на наружном кольце.
реферат [22,9 K], добавлен 15.05.2012
Рассмотрение видов повреждений элементов подшипников качения. Разработка причинно-следственных связей между видами и причинами повреждения. Типичные отказы подшипников качения и их причина. Влияние нагрузки и её направления на работу подшипников качения.
контрольная работа [4,0 M], добавлен 31.05.2010
Основные эксплуатационные характеристики подшипников. Конструкция и эксплуатационная характеристика основных типов подшипников качения. Динамическая грузоподъемность подшипников. Расчет эквивалентных нагрузок при переменных режимах работы подшипника.
Читайте также: