Как правило, в местах наибольшего отклонения формы поверхности качения от правильной (расчетной) поверхность качения имеет повышенную шероховатость, и при прокатывании по ней тел качения изменяется сила трения, а следовательно, появляется модуляция высокочастотной случайной вибрации подшипника теми же частотами, на которых растет низкочастотная вибрация при плавном изменении формы поверхностей, качения. Глубина модуляции сил трения (в процентах от среднего значения) зависит не только от- соотношения шероховатостей поверхностей качения в разных точках, но и от некоторых параметров смазочного слоя, например, толщины и вязкости. При анализе процессов модуляции высокочастотной вибрации новых подшипников необходимо помнить, что неприкатанные поверхности качения почти всегда имеют неравномерную шероховатость, т.е. обладают зависимостью коэффициента трения от угла их поворота. Это приводит практически к такой же модуляции высокочастотной вибрации, что и при износе поверхностей качения.
Во вторую группу входит только один вид дефекта, возникающий либо при изготовлении подшипника, либо при ускоренном износе отдельных тел качения. Разноразмерность тел качения приводит к многократному увеличению удельных нагрузок на поверхности качения и резкому снижению ресурса подшипника. Дефект сопровождается ростом низкочастотной вибрации машины на частоте вращения сепаратора подшипника, иногда на ее второй и частично третьей гармониках, а также модуляции сил трения и высокочастотной случайной вибрации подшипника этими же частотами. Если статическая радиальная нагрузка ротора на подшипник изменяется на вращающуюся с частотой вращения вала, в частности в вертикальных машинах или при изломах линии вала в плоскости крепления полумуфт, то частоту вращения сепаратора следует заменить на разность частот вращения вала и сепаратора. К сожалению, при выходном контроле подшипников на заводах-изготовителях разноразмерность тел качения в подшипнике по вибрации не контролируется, так как всеми методиками контроля подшипников на стендах предусмотрено измерение -их вибрации на частотах выше второй гармоники частоты вращения внутреннего кольца. Как правило, разноразмерность тел качения не контролируется и в процессе эксплуатации машин, хотя ускоренный износ одного из тел качения сопровождается резким изменением шероховатости поверхности тела качения и быстрым износом стенки сепаратора. Как показывают статистические данные, при отсутствии перегрузок в подшипнике и нарушений свойств смазки износ тела качения приводит к наиболее быстрому старению и отказу подшипников качения.
В третью группу сведены" дефекты поверхностей трения скольжения в подшипниках. Их непосредственное влияние на вибрацию подшипника сказывается лишь на высоких частотах, при задевании сепаратора за неподвижные элементы подшипника, а защитных колец - за вращающиеся элементы. Как правило, это задевание не носит строго периодического характера, поэтому изменяет только" две основных характеристики высокочастотной вибраций! её энергию (среднеквадратичное значение) и закон распределения мгновенных значений вибрации. Косвенное влияние этих дефектов на вибрацию подшипника может заключаться в изменении размеров стенок сепаратора (расстояние между отдельными телами качения); что влияет на вибрацию таким же образом, что и разноразмерность тел качения, а также в попадании продуктов износа в смазку и соответствующем изменении характеристик высокочастотной вибрации подшипника.
В четвертую группу сведены основные дефекты монтажа подшипников В машине, объединенные общими правилами их обнаружения. Перекосы поверхностей качения опасны тем, что могут привести к многократному превышению нагрузок на подшипники с ускорением процессов старения и износа нагруженных участков поверхностей качения. Если через короткое время из-за изнбеа поверхностей перегрузка прекращается; то произошедшие изменения состояния могут привести к резкому ускорению развития многих дефектов. Как правило, перекосы лишь незначительно изменяют низкочастотную вибрацию машины, причем нередко в сторону ее уменьшения. Наибольшие изменения в сторону роста вибрации приходятся на средние частоты из-за наличия на любой поверхности качения незначительных неровностей, которые существенно увеличивают вибрацию подшипникового узла при уменьшении толщины смазочного слоя из-за роста нагрузки или ухудшении качества смазки. Общим правилом для идентификации перекосов является преимущественный рост четных гармоник подшипниковой вибрации. При этом рассматриваются гармоники высокой кратности, обычно выше десяти. Так, при перекосах наружного кольца это четные гармоники, кратные удвоенной частоте перекатывания тел качения по наружному кольцу, внутреннего -четные гармоники частоты вращения и достаточно часто частоты перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, а приуперекот сах роликов -гармоники, кратные четвертой гармонике частоты вращения тел качения. Кроме роста подшипниковой вибрации на средних частотах, рост нагрузки на поверхности качения из-за снижения толщины масляного, слоя и имеющихся неровностей приводит к модуляции сил трения и случайной вибрации подшипниковыми частотами. Основным отличием такой модуляции является, с Одной стороны, возможное увеличение числа гармоник,в спектре огибающей вибрации, с другой стороны, преимущественный рост четных гармоник. При сильных перегрузках ловерхностей качения возможны импульсные разрывы смазочного слоя на неровностях поверхностей качения, в том числе периодические, и появление ультразвуковой вибрации импульсно ударного происхождения.
В пятую группу входят дефекты, которые могут появиться как при монтаже, так и при эксплуатации оборудования (сопровождается многократными перегрузками поверхностей качения). При монтаже подшипников среди дефектов этой группы чаще других появляются радиальные статические перегрузки из-за несоответствия диаметров посадочных мест и подшипников, при монтаже машин - статические осевые перегрузки из-за осевых смещений машин друг относительно друга и радиальные статические или вращающиеся из-за несоосности соединяемых муфтами валов.
Эта группа дефектов по своему проявлению в вибрации очень похожа на дефекты, рассмотренные в четвертой группе. Низкочастотная подшипниковая вибрация машины при таких дефектах может не только не расти, но и снижаться, а основные изменения связаны с ростом подшипниковых гармоник вибрации высокой кратности и модуляцией высокочастотной вибрации подшипниковыми частотами. Как правило, из-за конечной точности изготовления поверхностей качения осевые и радиальные статические перегрузки подшипников проявляются так же, как и перекос внутреннего кольца, и лишь в некоторых случаях преимущественная модуляция случайной вибрации имеет место на третьей гармонике, частоты, вращения вала. Вращающиеся нагрузки также являются причиной модуляции случайной вибрации несколькими гармониками частоты вращения вала, но основной является первая гармоника с последующим падением величины кратных гармоник. В шестую группу выделены дефекты в виде проскальзывания подшипников в посадочных местах.
Как правило, проскальзывание начинается в импульсных режимах работы машины, в первую очередь при ее пусках, когда задача его обнаружения решается наиболее сложно. Изменения вибрации при проскальзывании заключаются прежде всего в нестабильности частот подшипниковых составляющих по отношению к частоте вращения ротора, задача измерения отношения Этих частот в режиме пуска - определённая техническая сложность. Если проскальзывание происходит и в стабильных режимах, то нестабильность подшипниковых частот обнаруживается по расширению подшипниковых составляющихвибрации по частотной координате. В момент проскальзывания наружного (неподвижного) кольца в посадочном месте происходит рост, в том числе и импульсный, сил трения и высокочастотной вибрации подшипника. Особенностью поведения внутреннего кольца подшипника с ослабленной посадкой является то, что при статической радиальной нагрузке на подшипник, например из-за силы тяжести ротора, один-два раза за оборот вала ось вала импульсно сдвигается во внутреннем кольце подшипника, создавая ударную нагрузку на подшипник и модулируя его высокочастотную случайную вибрацию.Необходимо учитывать, что такая же нагрузка может создаваться и при дефектах соединительных муфт, и при некоторых дефектах механических передач, например зубьев шестерен.
Следующая, седьмая группа дефектов объединяете себе раковины, сколы и трещины на поверхностях качения. Выделить трещины в поверхностях качения в отдельную группу дефектов по их влиянию на вибрацию подшипниковых узлов или машины в целом практически невозможно, хотя в некоторых машинах удаётся по вибрационным признакам разделить трещины и раковины на внутренних кольцах и телах качения: Влияние дефектов этой группы на вибрацию заключается в появлении периодических ударов, которые и являются источником импульсной вибрации. Чем резче границы повреждения, тем короче удары и шире частотная область возбуждаемой вибрации. Если при ударе разрывается масляная пленка, упругие соударения поверхностей качения возбуждают и ультразвуковую вибрацию до частот, существенно Превышающих сто килогерц. Развитые дефекты незадолго до отказа подшипников могут стать источником сильной вибрации всей машины на гармониках подшипниковой вибрации низкой кратности. При дефектах наружного кольца удары идут с частотой перекатывания тел качения по наружному кольцу, при дефектах внутреннего кольца - с-частотой перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, при дефектах тел качения - с двойной частотой вращения тел качения. Статическая нагрузка на подшипник приводит к модуляции силы удара о вращающиеся поверхности качения, в частности, при дефектах внутреннего кольца - частотой его вращения, при дефектах тел качения - частотой вращения сепаратора Вращающаяся нагрузка меняет частоты модуляции силы ударов, причем эти частоты могут сильно зависеть от особенностей нагрузки. Признаки периодической модуляции ударов - боковые составляющие у основных гармоник подшипниковых составляющих в спектрах вибрации и ее огибающей.