Моделирование неисправностей шарикоподшипников качения на примере двухрядного сферического подшипника (стр. 5 из 5)
Спектр огибающей при отсутствии дефектов представляет собой почти горизонтальную, волнистую линию. При появлении дефектов над уровнем линии сплошного фона начинают возвышаться дискретные составляющие, частоты которых однозначно просчитываются по кинематике и оборотам подшипника. Частотный состав спектра огибающей позволяет идентифицировать наличие дефектов, а превышение соответствующих составляющих над фоном однозначно характеризует глубину каждого дефекта.
Достоинства метода - высокая чувствительность, информативность и помехозащищенность.
Недостаток - высокая стоимость, необходим анализатор спектра вибрации с функцией анализа спектра огибающей высокочастотной вибрации. Метод очень широко используется в среде профессионалов и стационарных системах контроля технического состояния оборудования.
Метод ударных импульсов основан на измерении и регистрации механических ударных волн, вызванных столкновением двух тел. Ускорение частиц материала в точке удара вызывает волну сжатия, которая распределяется в виде ультразвуковых колебаний. Ускорение частиц материала в начальной фазе удара зависит только от скорости столкновения и не зависит от соотношения размеров тел. Период времени мал, и заметной деформации не происходит. Величина фронта волны является мерой скорости столкновения (удара) двух тел. Во второй фазе удара поверхности двух тел деформируются, энергия движения отклонит тело и вызовет в нем колебания,
Для измерения ударных импульсов используется пьезоэлектрический датчик, на который не оказывает влияние фон вибрации и шум. Вызванная механическим ударом фронтальная волна сжатия возбуждает затухающие колебания в датчике (преобразователе).
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. Наблюдаемый процесс аналогичен тому, как отзывается на удары камертон. Как бы вы по нему ни ударили - он звенит на своей собственной частоте. Так и подшипниковые узлы от соударения дефектов "звенят" на своей частоте. Частота эта практически всегда лежит в диапазоне 28-32 кГц, и, в отличие от камертона, эти колебания очень быстро затухают, поэтому на осциллограммах они выглядят практически как импульсы, что и дало название методу.
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 дешев в реализации, существуют простые, портативные приборы.
Недостаток - существует одно ограничение, связанное с конструктивным исполнением механизма. Поскольку речь идет об измерении ультразвуковых волн колебаний, которые очень сильно затухают на границах разъемных 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. Метод широко используется в среде профессионалов, прост и доступен персоналу, обслуживающему оборудование.
8. Ресурс подшипника качения. Долговечность
Под долговечностью понимается число оборотов (или часов при заданной постоянной частоте вращения), которое подшипник должен проработать до появления признаков усталости материала любого кольца или тела качения. Под номинальной долговечностью (расчетным сроком службы) в миллионах оборотов или в часах Lh понимается срок службы подшипников, в течение которого не менее 90% из группы идентичных подшипников при одинаковых условиях должны отработать без появления признаков усталости металла (выкрашивания на поверхности или отслаивания металла). На долговечность существенное влияние оказывают величина и направление нагрузки, частота вращения n (в об/мин), смазка, динамическая грузоподъемность и другие факторы. С учетом основных факторов долговечность можно найти по формулам:
(1) 
(2);где р = 3 для шарикоподшипников и р = 10/3 для роликоподшипников; С - базовая динамическая грузоподъёмность подшипников качения; Р-эквивалентная нагрузка, действующая на подшипник качения и зависящая от значений радиальной и осевой нагрузок, условий работы, а также от конструкции подшипника. Формула (1) справедлива при n > 10 об/мин, а при n< 1 об/мин действующую нагрузку рассматривают как статическую и расчет ведут по статический грузоподъемности. Для облегчения расчетов в справочной литературе приведены таблицы зависимости L от С/Р и Lh от С/P и т.п. Под динамической грузоподъёмностью понимают нагрузку, которую способен выдержать подшипник в течение 1 млн. оборотов без разрушения с вероятностью 90%.
9. Решение задачи о поломке сферического двухрядного шарикоподшипника
Данный тип поломки показан на рис.35-37. Чётко виден след качения равномерно распространённый по всей окружности дорожки качения внешнего кольца, однако смещён в сторону, сонаправленную с осевой нагрузкой (в случае осевой нагрузки постоянного направления, см. рис. 24), либо сонаправленную с радиальной нагрузкой постоянного направления (в случае приложения комбинированной нагрузки, см. рис. 25).
Рис. 35, 36. Следы качения на внешнем кольце двухрядного сферического шарикоподшипника.
На рис.35 правая дорожка качения не имеет износа, превышающего допустимого. Левая же, в свою очередь, имеет характерный след с зернистой, а в некоторых участках "ёлочкообразной" структурой износа. На рис.36 виден скол кромки внешнего кольца, со стороны более изношенной дорожки качения, который распространён по1/2 части одной стороны кольца (см. рис. 37).
Рис. 37. Торец внешнего кольца двухрядного сферического подшипника.
Выводы
Таким образом, в данной работе рассмотрены основные виды повреждения элементов подшипников качения; разработаны причинно-следственные связи между видами и причинами повреждений; описаны типичные отказы подшипников качения и установлены причины соответственно их вызывающие; охарактеризовано влияние нагрузки и её направления на работу подшипников качения; приведены основные новые методы диагностики подшипников; даны понятия "ресурса подшипника качения", "долговечность", а также приведены соответствующие формулы для расчёта вышеупомянутых параметров; приведен пример поломки сферического двухрядного шарикоподшипника, на коем рассмотрен один из видов влияния нагрузки на работу подшипников качении.
Так, для приведённого примера, можно отметить, что он соответствует одному из видов влияния осевой нагрузки на тела качения. Имеет большое влияние примерный расчёт долговечности работы. Так, например, при работе подшипника при 10 об/мин он может проработать около 1 млн. оборотов, что соответствует 1600 ч работы; в то время как при 3000 об/мин он прослужит около 5 ч. Очень большое значение имеют методы контроля за работой подшипников в процессе эксплуатации, во многих случаях основывающиеся на методах вибродиагностики. Данные и подобные исследования крайне необходимы для контроля за состоянием подшипников, а также предупреждения их поломок и возникновения внештатных ситуаций.
Недостатки данных видов подшипников, к которым относят большие радиальные размеры, большое количество элементов, малую надёжность и малую стойкость к динамическим ударам, приводят к тому, что данному типу крайне необходимо уделять особое внимание при производстве, хранении, монтаже, эксплуатации.
Использованная литература
1. SKF, Повреждения подшипников качения и их причины, брошюра, 1994, 2002г.
2. М.В. Фомин, Расчёт опор с подшипниками качения, справочно-методическое пособие, изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана.
3. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. Подшипники качения. Справочник. М.: Машиностроение, 1975.572с.
4. В.М. Кравченко, В.А. Сидоров Визуальное диагностирование механического оборудования. - Донецк: ООО "Юго-Восток, Лтд", 2004. - 120 c.
5. Метод оценки технического состояния машин. Стеценко А.А., Бедрий О.И., Долгов Е.А., Стеценко О.А., "НТЦ "Диагностика", г. Сумы.
6. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения Учебник для вузов/ И.И. Беркович, Д.Г. Громаковский; Под ред.Д.Г. Громаковского: - Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2000, - 268 с.
7. Спришевский А.И. Подшипники качения. М.: Машиностроение, 1969.632с.