Анализ вибрации подшипников качения

Вибросигнал с внешней обоймы подшипников редук­торов является наиболее информативным, так как вибра­ция от зубчатых зацеплений передается по валу к подшип­никам и они являются узловыми точками акустических каналов распространения вибрации. Сами подшипники -вероятные очаги неисправностей редукторов.

Все гармонические составляющие вибрации, причи­ной которых являются подшипники качения, имеют ха­рактерные частоты, связанные с частотой вращения внут­реннего кольца f_в (с^-1) и частотой вращения сепаратора относительно неподвижного наружного кольца f_сн (с^-1):

, с^-1 (126)

где d -диаметр тел качения; D -диаметр сепаратора (диаметр окружности, про­ходящей через центры тел качения); β - угол контакта тел и дорожек качения.

Частота вращения сепаратора относительно вращаю­щегося внутреннего кольца

, с^-1 (127)

Частота контакта точки тел качения с одной из доро­жек качения (частота вращения тел качения вокруг своей оси):

, с^-1 (128)

При вращении ротора в подшипниках качения с ради­альными зазорами число тел качения, на которые опира­ется ротор, а следовательно и жесткость подшипника из­меняется с частотой перекатывания тел качения по наруж­ному кольцу f_нп, пропорциональной частоте вращения сепаратора f_сн и числу тел качения n, т.е.

, с^-1 (129)

При монтаже подшипников с натягом в спектре виб­рации появляются составляющие с частотами, кратными частоте перекатывания тел качения по внутреннему коль­цу подшипника f_вп, пропорциональной частоте вращения сепаратора f_св и числу тел качения п:

, с^-1 (130)

Так, для однорядного радиальноупорного подшипни­ка с размерами d = 7,9 мм и D = 38 мм; β = 15°; п = 12; N =1750 мин¹; f_нп = 140,7 Гц; f_вп = 209,3 Гц; f_тк = 138,2 Гц и f_сн = 11,7 Гц. Причиной случайной вибрации подшипни­ков качения может явиться сухое трение, так как смазка оказывает влияние, аналогичное сглаживанию поверхно­стей качения. Уровни случайной вибрации сильно зависят от чистоты поверхности качения, частоты вращения под­шипника, его размеров и количества смазки. Увеличение объема смазки или ее вязкости приводит к росту сил тре­ния и повышению передачи вибрации от тел качения на кольца, способствуя росту уровня высокочастотной виб­рации. К этому же приводит окисление смазки и наличие в ней твердых включений.

Например, дефекты подшипников, вызванные неу­довлетворительной смазкой, могут быть обнаружены виб­роконтролем как возрастание вибрации порядка 20 дБ в области 3 кГц.

Определим основные частоты, возникающие в под­шипниках качения из-за изменения формы тел качения или вмятин в обоймах:

, с^-1 (131)

Дефекта тела качения:

, с^-1 (132)

изменения формы внутренней дорожки:

, с^-1 (133)

изменения формы внешней дорожки:

, с^-1 (134)

Упругие колебания элементов подшипников могут возникать при контактах (ударах) тел качения с возник­шими дефектами (трещины, вмятины, сколы и др.) с пе­риодичностью частоты своего вращения, что проявляется в виде высокочастотных, экспоненциально-затухающих импульсов. Так, собственная частота шариков определя­ется по формуле

f ₅ = 0,848E/2 d · ρ, с^-1 (135)

где E -модуль упругости 1-го рода; ρ - удельная плотность материала.

Резонансная частота колец подшипника

, с^-1 (136)

где к – порядок резонанса; r – радиус нейтральной оси кольца; J -момент инерции площади поперечного сечения кольца; т - удельная линейная масса кольца. Например, для того же подшипника (d = 7,9 мм; D = 38 мм), резонансные частоты внешнего кольца f ₆ = 3,49; 11,4 кГц и т.д. и внутреннего кольца f ₆ = 9,74; 52,83 кГц и т.д.

Дискретные угловые частоты элементов подшипника рассчитывают по формулам:

(137)

где w ₁ -угловая скорость сепаратора относительно внут­реннего кольца; w ₂ -то же, относительно внешнего кольца; w ₃ -угловая скорость тела качения относительно сепаратора; w ₄ - относительная угловая скорость внутреннего кольца по отношению к наружному; D_e -диаметр дорожки качения внутреннего кольца; D_н -то же, внешнего.

Дата добавления: 2014-10-31