Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проявление автоколебательных процессов. Особенности строения и работы шарикоподшипников. Учебное пособие
.pdf
в области низких частот. Это явление усложняет разделение
низкочастотных вибраций, создаваемых подшипниками от виб-
раций, исходящих от других узлов механизмов.
Вторая проблема связана с низким уровнем подшипнико-
вой вибрации, когда можно предположить, что амплитуда про-
порциональна квадрату частоты вращения подшипника:
А ~ 2.
Эти проблемы достаточно просто решаются при помощи
измерительной аппаратуры, в которой можно измерять частоты
с большим динамическим диапазоном и высоким разрешением
по частоте.
Другой класс дефектов, которые создают вибрации, относится к дефектам установки подшипников в механизмы: перекосы колец и повреждения при запрессовке подшипников, напри-
мер, сколы и др.
Во время эксплуатации также образуются дефекты. Они
создаются в результате разнообразных внешних воздействий.
Перечислим основные.
1. Воздействие повышенной влажности приводит к корро-
зионному износу.
2. Наличие мелких частиц с высокой твердостью приводит
к абразивному износу и, как следствие, к деградации смазки.
3. Предельные внешние нагрузки вызывают выкрашивание
материала поверхностей качения.
Образующиеся во время эксплуатации дефекты в подшип-
никах в начальный момент приводят к изменению значений
свойств сил трения. В результате эти дефекты приводят к высо-
кочастотной случайной вибрации. Ударные импульсы, возника-
ющие при контакте поверхностей качения со многими видами
дефектов, можно рассматривать как одну из составляющих сил
трения, также обнаруживаемую по высокочастотной вибрации.
Следующий вид связан с образованием уже аварийно опас-
ных дефектов. Наличие таких дефектов в подшипниках вызывает
41
низкочастотные биения, которые затем передаются отдельным
узлам механизма и создают низкочастотные вибрации механизма
в целом. Указанный дефект на этой стадии эксплуатации подшипника можно выявить с большой степенью достоверности.
Отдельного рассмотрения требуют проблемы при проведении диагностики работы подшипников, которые используются
в грузоподъемных машинах. Они связаны с низким уровнем вы-
сокочастотной вибрации подшипников грузоподъемных механизмов и с наложением низкочастотной вибрации с высоким
уровнем вибрации [2]. Природа этого явления обусловлена тем,
что на высоких частотах вращения подшипника при уменьшении угловой скорости вращения вибрация падает быстрее, чем
на средних и низких частотах.
Другие требования предъявляются при проведении диа-
гностики подшипников в области высокочастотной вибрации,
создаваемой силами трения. Для успешного решения этой зада-
чи необходимо увеличивать чувствительность аппаратуры и ди-
намический диапазон. При соблюдении этих условий можно
провести выделение высокочастотных колебаний из исследуе-
мого спектра, в который входят собственные шумы измерительных приборов. Кроме того, для диагностики подшипников каче-
ния по среднечастотной вибрации при слишком слабом уровне
высокочастотной, как и при монтаже подшипника, необходимо
иметь приборы с высоким разрешением по частоте [2].
9.3. Методы диагностики подшипников
В литературе описано два основных метода, используемых
при диагностике работы подшипников при выявлении новых
дефектов. Первый метод основан на выявлении появления ударных импульсов. В основу второго метода положена фиксация
модуляции сил трения.
Одно из основных отличий между низкооборотными и высокооборотными подшипниками состоит в разном уровне тол-
42
щины масляного слоя D
D
выше, чем в низкооборотных. Малое значение D
масл
. В высокооборотных подшипниках
масл
приво-
масл
дит к разрывам масляной пленки. В результате образование
ударных импульсов в низкооборотных подшипниках происхо-
дит гораздо чаще, чем в высокооборотных. При этом наблюда-
ется наложение ударных импульсов друг на друга. Следует отметить, что величина ударных импульсов в низкооборотных
подшипниках гораздо меньше, чем в высокооборотных [2, 3].
Таким образом, практически идет процесс формирования сил
«сухого» трения качения. Если при этом удается выделить вы-
сокочастотную вибрацию подшипника, имеющего естественный
износ, обнаружить в нем компоненты, возбуждаемые ударными
импульсами, крайне сложно [3].
Таким образом, применение метода ударных импульсов
для диагностики низкооборотных подшипников можно использовать только в частных случаях. Диагностика подшипников методом ударных импульсов в грузоподъемных машинах проблематична, поскольку в их работе используются низкооборотные
подшипники.
Законы, которым подчиняются амплитуды модуляции сил
трения в подшипниках с дефектами, одинаковы у высокооборот-
ных и низкооборотных подшипников. Несмотря на то, что в вы-
сокооборотных подшипниках трение имеет гидродинамическое
происхождение, а в большинстве низкооборотных механиче-
ское или, по крайней мере, комбинированное. Именно поэтому
может успешно применяться метод спектрального анализа колебаний мощности случайной вибрации для диагностики и высоко-
оборотных, и низкооборотных подшипников качения [Там же].
Проблемы при диагностике подшипников качения во многом связаны со сложностями измерения высокочастотных составляющих вибрации. В высокооборотных подшипниках они
связаны в первую очередь с потерями при распространении высокочастотной вибрации и решаются путем установки датчика
вибрации на элементы подшипникового узла, имеющие непо-
43
средственный контакт с неподвижным кольцом подшипника.
В низкооборотных подшипниках соотношение уровней низко-
частотной (среднечастотной) и высокочастотной вибрации гораздо хуже, чем в высокооборотных. Всегда остается достаточно
сложной задача выделения высокочастотных колебаний из бело-
го шума, создаваемого работой измеряемой аппаратуры.
В настоящее время достаточно широко используют три метода при проведении диагностики подшипников, которые рабо-
тают в условиях с часто меняющимися угловыми скоростями [3].
Первый метод. Этот метод относят к основным. Сущность
метода состоит в поэтапном накоплении результатов спектраль-
ного анализа. Основа этого подхода заключается в выборе промежутка времени t, за который подшипник вращается 3–4 обо-
рота с постоянной угловой скоростью. За промежуток времени
t1 фиксируют спектр, затем за t2 снова фиксируют спектр
и т. д. Затем проводят усреднения спектров за разные отрезки
времени. Этот метод диагностики подшипников очень хорошо
подходит для грузоподъемных машин. Достоинством его является возможность проводить диагностику в реальных условиях
работающих механизмов.
Второй метод. В основе этого метода лежат специальные
диагностические режимы работы машины на холостом ходу, когда подшипники вращаются с постоянными угловыми скоростями. Этот метод относится к трудоемким, требует дополнительного оборудования и при его проведении необходимо выве-
сти машину из режима эксплуатации.
Третий метод. Этот метод диагностики подшипников
осуществляется в условиях непрерывно изменяющейся угловой
скорости вращения. Для этого необходимо использовать анализ
спектров вибрации с синхронизацией датчиков угла поворота
вала с диагностируемым подшипником. Применение этого метода позволяет проводить диагностику подшипников, работаю-
щих в качающихся механизмах.
44
9.4. Особенности диагностики подшипников
Проведение работ по диагностированию подшипников сопряжено с решением различных проблем. Рассмотрим некоторые из них. Первая проблема обусловлена ограниченным временем вращения подшипника со стабильной нагрузкой и постоянной угловой скоростью вращения.
Надежные результаты диагностики подшипника можно
получить при помощи спектрального анализа частоты вибрации
за время порядка 510 оборотов подшипника. В таких отраслях
промышленности, как энергетика, бумажная промышленность
и др., где машины вращаются со стабильной частотой длитель-
ное время, никаких специальных режимов работы подшипника
или измерительной системы предусматривать нет необходимо-
сти. Особенность диагностики низкооборотных подшипников
состоит в определении полосы частот сигнала вибрации. При
этом необходимо использовать базу диагностических признаков
дефектов тел качения.
Важнейшими критериями качества диагностики подшипников качения, в том числе и низкооборотных, являются вероятности пропуска сильного дефекта подшипника, ложного обна-
ружения дефекта и правильности определения вида дефекта.
Ясно, что эффективность диагностирования определяется
надежностью первых двух показателей. Третий критерий позволяет определить эффективность долгосрочного прогноза.
Наиболее высокие показатели достигаются при периодическом измерении спектра вибрации и составляют менее 3 % для
суммы вероятностей пропуска сильного дефекта и ложного дефек-
та [3]. Это достигается при интервалах между измерениями порядка 10 % от ожидаемого ресурса при отсутствии развитых дефектов.
Особенностью диагностики при единственном измерении
спектра вибрации является наличие двух типов ошибок. Первый
тип ошибок связан с не возможностью идентифицировать дефекты смазки, приводящие к росту сил трения и высокочастот-
45
ной вибрации. Второй тип ошибок не позволяет разделить груп-
пы развитых дефектов в подшипнике, которые создают предава-
рийное состояние. Это обусловлено непериодичностью вращения тел качения, в результате которого силы трения становятся
апериодически модулированными.
Общим для обоих типов дефектов является повышенный
уровень вибрации и шума. В основе диагностики при этом лежит метод сравнения уровня шума и вибрации между исправным и изношенным подшипниками.
В качестве примера на рис. 16, 18 приведены спектры высо-
кочастотной вибрации исправного подшипника и подшипника
с дефектами. На рис. 17, 19 приведены результаты спектрального
анализа этих сигналов. В исправном подшипнике не наблюдается
сигнал от периодических низкочастотных колебаний (рис. 16, 18).
В подшипнике с дефектном колебания вибрационные колебания
наблюдаются явно (рис. 18) и хорошо выделяются в спектре огибающей в виде гармонических составляющих (рис. 19). Тип де-
фекта характеризуется частотами колебаний. Величина дефекта
зависит от глубины модуляции мощности вибрации, которая
определяется соотношением амплитуд гармонических колебаний
и случайных составляющих от белого шума [4].
Рис. 16. Вибрация не изношенных подшипников. Характерным являет-
ся отсутствие модуляций и ударных импульсов
46
Рис. 17. Спектральный анализ вибрации не изношенных подшипников
Рис. 18. Вибрация изношенных подшипников. Модуляция и ударные
импульсы ярко выражены
Подход, основанный на анализе спектра вибраций, позво-
ляет выделить две группы дефектов на поверхности качения.
Первая группа дефектов характеризуется износом и проявляется
в плавной модуляции сил трения. Вторая группа дефектов со-
держит раковины и трещины. Эти дефекты приводят к импульс-
ному характеру изменения сил трения.
Важным следствием этого метода является возможность
получить информацию о характере динамических нагрузок, дей-
47
ствующих на подшипник со стороны механизма. В список дефектов, обнаруживаемых по динамическим нагрузкам на поверхности качения, входят и дефекты монтажа подшипника, такие как
перекос колец, которые определяются нестабильностью режимов
работы машины и низким уровнем высокочастотной вибрации.
Рис. 19. Спектральный анализ, отражающий спектр вибрации изно-
шенных подшипников
Качество диагностики низкооборотных подшипников методом спектрального анализа растет с повышением динамического диапазона и линейности технических средств спектраль-
ного анализа сигналов вибрации.
48
10. ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
И РАСЧЕТА ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
Подшипник: опора или направляющая, которая определя-
ет положение движущейся части относительно других частей
механизма (ГОСТ ИСО 4378-1–2001).
Подшипник качения: подшипник, работающий по прин-
ципу трения качения (ГОСТ 520–89 (ИСО 492–86, ИСО 199–79,
СТ СЭВ 774–85)).
Принцип работы подшипников качения основан на ис-
пользовании трения качения. На рис. 20 приведена принципи-
альная схема строения подшипников качения: два кольца, сепаратор и тела качения. На кольцах есть дорожки качения (жело-
ба), по которым катятся тела качения.
Рис. 20. Принципиальная схема подшипника качения
На рис. 21 приведены примеры подшипников с различны-
ми телами качения.
К подшипникам качения машин и механизмов предъявля-
ется ряд требований, среди которых следует отметить: обеспе-
49
чение необходимой долговечности, жесткости, бесшумности
а б в
г
д
и незначительного сопротивления вращению.
Рис. 21. Виды шарикоподшипников с разными телами качения:
а – с шариками; б – с короткими цилиндрическими роликами; в – с длин-
ными цилиндрическими или игольчатыми роликами; г – с коническими
роликами; д – с бочкообразными роликами Примечание: приведены только некоторые виды тел качения
Основными причинами утраты работоспособности под-
шипников являются [4]:
– усталостное выкрашивание поверхностей тел качения
или беговых дорожек колец;
– абразивный износ;
– разрушение сепараторов;
– раскалывание колец и тел качения;
– образование недопустимых пластических деформаций на
беговых дорожках и телах качения.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]