Вибрационная диагностика подшипников качения (стр. 4 из 12)

Последняя группа дефектов объединяет все возможные дефекты, смазки, разделить которые по вибрационным признакам практически невозможно. Влияние дефектов смазки на вибрацию заключается в том, что, во-первых, масляная пленка при дефектах смазки значительно легче рвется в зоне максимальных нагрузок на поверхности качения, а во-вторых, снижение толщины и вязкости смазочного слоя увеличивает подшипниковую вибрацию на средних и высоких частотах, возникающую из-за всегда имеющихся неровностей контактирующих поверхностей качения. Разрывы масляной пленки приводят к упругим или неупругим ,(акустическая эмиссия) ударам тел качения о поверхности колец, возбуждай ультразвуковую вибрацию поверхностей качения. Удары тел качения о неподвижное кольцо подшипника легко обнаруживаются по его ультразвуковой вибрации при установке датчика вибрации непосредственно на это кольцо или на корпус подшипникового узла, в который это кольцо запрессовано.

3.4. Оптимизация методов диагностики

и диагностических параметров на разных этапах

жизненного цикла подшипника

Вибрационная диагностика подшипников качения, невозможна без, учета влияния привода, обеспечивающего вращение подшипника, на контролируемую вибрацию либо подшипника, либо подшипникового узла, либо корпуса машины, в которую установлен диагностируемый подшипник.

Впервые после изготовления вибрационная диагностика подшипника может проводиться на этапе его выходного контроля на заводе-изготовителе, где, как правило, проводится выборочный контроль продукции. Подшипник при этом устанавливается и приводится во вращение на специальном стенде выходного контроле, схема которого приведена на рис.4.1.

Рис.4.1. Схема стенда для выходного контроля подшипников качения: 1 -фундамент; 2 - массивная рама; 3 - вал со шкивом; 4 - радиальный подшипник скольжения; 5 - радиально-упорный подшипник скольжения; 6 - электродвигатель с ременной передачей; 7 - переходная втулка; 8 – контролируемый подшипник качения; 9 -устройства для создания нагрузки на неподвижное кольцо подшипника; 10 - датчик вибрации; 11 - виброизоляторы; 12 - упорная шайба на валу

Для минимизации влияния вибрации привода на контролируемую вибрацию неподвижного наружного кольца подшипника вал, на который насаживается подшипник, вращается в высокоточных Подшипниках скольжения и приводится во вращение ременной передачей от малошумного электродвигателя, установленного на собственном массивном фундаменте, виброизолированном от фундамента вала с диагностируемым подшипником. Основной задачей вибрационного контроля является количественная оценка неровностей поверхностей качения, поэтому вибрация наружного кольца (обычно виброскорость) контролируется в вертикальном направлении в трех полосах частот: низкочастотной (от 50 до 300 Гц), среднечастотной (от 300 до 1800 Гц) и высокочастотной (от 1800 до 10000 Гц) при минимальных радиальных и осевых нагрузках на подшипник. Частота вращения подшипника обычно выбирается равной 1800 об/мин. Величина вибрации на средних и высоких частотах существенно зависит и от свойств смазки, поэтому измерения вибрации проводятся с использованием либо специальных смазок, либо с конкретным типом смазки, рекомендуемой для испытываемых подшипников.

При таком подходе не контролируется ряд геометрических характеристик подшипника, а именно, разноразмерность тел качения, являющаяся источником вибрации подшипника на частоте вращения сепаратора, несоосность посадочной поверхности и поверхности качения внутреннего кольца, являющаяся источником вибрации на частоте вращения, овальность поверхности качения внутреннего кольца, являющаяся источником вибрации на второй гармонике частоты вращения подшипника. Кроме того, практически не контролируется угловая несимметрия жесткости элементов качения, вызываемая, например, внутренними трещинами в металле. Для контроля несимметрии жесткости по вибрации необходимо нагружать подшипник до величин, сопоставимых с номинальными нагрузками, а это резко усложняет стенды и объем работ по выходному контролю подшипников. Поэтому заводы-поставщики подшипников предпочитают дополнительно проводить выборочный контроль физических свойств элементов подшипника невибрационными методами.

Задача входного контроля подшипников качения на машиностроительных и ремонтных предприятиях существенно отличается от задачи выходного контроля, так как вибрационный контроль достаточно часто бывает единственным используемым способом
входного контроля, от которого необходимо получить максимум
информации о реальном состоянии подшипника при минимуме
затрат. В этом случае стенд для входного контроля можно существенно упростить, добавить в него возможность создания больших радиальных нагрузок на подшипник, но параллельно усложнив аппаратуру измерения и анализа вибрации. Упростить стенд
удается в случае диагностики подшипников в режиме свободного
выбега, а усложнить контрольную аппаратуру - используя узкополосный синхронный спектральный анализ вибрации. Можно даже
производить одновременную диагностику двух подшипников качения разного типа, установленных с разных концов радиально
нагруженного маховика (рис.4.2).

Диагностика подшипников в этом случае производится по величинам каждой из значимых подшипниковых составляющих вибрации в спектре вибрации, измеряемом от частоты вращения сепаратора до 100-300 гармоники частоты вращения вала и по подшипниковым составляющим в спектре огибающей высокочастотной вибрации.

Рис.4.2. Схема стенда для входного контроля подшипников качения: 1 -массивная рама; 2 - переходники для установки подшипников; 3- ротор с активным сердечником и двумя диагностируемыми различными подшипниками; 4 - электромагнитное устройство для создание радиальной нагрузки,; 5 – электродвигательдля разгона ротора; 6 - ременная передача с натяжителем;7 - датчики вибрации; 8-фотоэлектрический датчик оборотовна штативе с магнитной основой; 9 - виброанализатор

Следующий этап диагностики подшипников качения - после их установки в машину при выходном контроле вибрации машины. На этом этапе контролируется появление дефектов сборки, а при отсутствии входного контроля подшипников по вибрации - наличие дефектов изготовления подшипников.

Дефекты монтажа подшипников обнаруживаются двумя основными методами. Простейшим может считаться контроль появления ударных импульсов в подшипниках по ультразвуковой вибрации неподвижного кольца. Эти импульсы появляются из-за продавливания слоя смазки в местах наибольшего нагружения поверхностей качений. Второй метод – узкополосный анализ вибрации подшипниковых узлов с поиском значимых составляющих подшипниковой вибрации высокой кратности и сравнением их величин с пороговыми значениями для конкретного типа машин, а также анализ спектров огибающей высокочастотной вибрации подшипниковых узлов. Второй метод более трудоемкий, но, он используется значительно чаще, так как позволяет определить вид дефектов для их последующего, устранения. Этот метод может быть автоматизирован, что во много раз сокращает его трудоемкость.

Следует отметить, что для успешного разделения дефектов монтажа подшипников и дефектов других узлов машины подшипники можно диагностировать ив режиме свободного выбега машины, используя дополнительную информацию о времени ее полного или частичного выбега. Необходимо также помнить, что применение в подшипнике смазок низкого качества также приводит к росту среднечастотной и высокочастотной подшипниковой вибрации, резко затрудняя поиск и оценку степени опасности обнаруживаемых дефектов монтажа.

Следующий этап диагностики подшипников - после установки машин на месте их эксплуатации. Основная задача диагностики состоит в обнаружении перегрузок подшипников из-за дефектов монтажа, идентификации твида перегрузок и определения причин их появления. Для решения этих задач чаще всего используется рассмотренный ранее второй метод обнаружения дефектов монтажа подшипников, а основными причинами перегрузок являются несоосность валов, дефекты соединительных муфт и повышенные осевые нагрузки на валы.

Основными задачами диагностики подшипников качения в
процессе их эксплуатации являются долгосрочный прогноз их
безотказной работы и своевременное обнаружение дефектов. Задача обнаружения дефектов в свою очередь делится на две: обнаружение зарождающихся дефектов с наблюдением за их развитием (мониторинг состояния) и обнаружение предаварийного состояния подшипника (аварийная защита). Главными критериями
оценки эффективности любого метода и средства диагностики
подшипников качения являются вероятность пропуска предаварийного состояния подшипника и длительность долгосрочного прогноза его безаварийной работы.

Дефекты эксплуатации в подшипниках по величине и влиянию на длительность прогноза безотказной работы делятся на: зарождающиеся (слабые), развивающиеся (средние), развитые (сильные) и аварийно-опасные (опасные). Первые не влияют на длительность прогноза безотказной работы подшипника, которая может доходить до 20% от его среднего ресурса, но, как правило, не превышает шести месяцев. Они могут исчезать в процессе приработки, не переходя по величине в следующую, группу. Вторые после их образования не, могут исчезнуть, но они практически не увеличивают вероятность отказа подшипника ранее того времени, когда перейдут в группу сильных дефектов. Сильные дефекты оказывают влияние на надежность подшипника, повышая до величины 1-5% вероятность его отказа за ограниченное время, Достаточное дли подготовки к его замене (около месяца или 1-2% от среднего ресурса). Подшипники с опасными дефектами желательно заменять при первой возможности, а до замены постоянно контролировать их развитие, аварийно останавливая машину при больших скоростях развития дефекта.