При соударении двух физических тел в каждом из них, в общем случае, возникают продольные, поперечные и крутильные колебания. Поперечные колебания, обусловленные упругой деформацией тела, в простейшем случае описываются синусоидой (см. рис.1):
Рис.1. Поперечные колебания
Продольные же колебания, обусловленные колебаниями геометрических размеров тела («растяжение-сжатие») под воздействием поперечной силы, представляют собой быстрозатухающие переходные процессы, амплитуда которых прямо пропорциональна скорости удара (см.рис.2):
Рис.2. Продольные колебания
Измерение и анализ этого быстро затухающего сигнала (импульса) и лежит в основе метода ударных импульсов.
Дорожки подшипников качения, как и тела качения, всегда имеют отклонения от идеальной геометрической формы и при вращении подшипника неизбежно наблюдаются механические соударения и генерируются ударные импульсы, амплитуда которых зависит от скорости вращения подшипника и неровностей соударяющихся поверхностей. Данные импульсы находятся в диапазоне частот 28 ÷32 кГц и регистрируются пьезоэлектрическим датчиком, свободным от влияния шума и вибрационного фона.
Как показывает практика, амплитуда ударных импульсов разрушающегося подшипника может в 1000 раз превосходить амплитуду ударных импульсов нового подшипника. По этой причине, для удобства работы применяется шкала, отградуированная в децибелах.
Даже абсолютно новый подшипник качения генерирует ударные импульсы, уровень которых dBi принято называть «ковровым» уровнем. По мере износа подшипника амплитуда ударного импульса достигает значения dBm, и тогда нормированное значение dBn рассчитывается как:
dBn= dBm – dBi (1)
Рис.3 График зависимости уровня ударных импульсов от ресурса подшипника
Здесь:
- «зеленая» зона (dBn < 20) – хорошее состояние подшипника;
- «желтая» зона (dBn =20÷40) – удовлетворительное состояние подшипника;
- «красная» зона (dBn >40) – неудовлетворительное состояние подшипника, необходимость его замены.
Измерения ударных импульсов проводятся с помощью индикаторного щупа непосредственно на корпусе подшипника (см. рис.4)
Рис.4. Точки измерения датчиком ударного импульса
При отсутствии прямого доступа к подшипнику, измерения проводятся на подшипниковых опорах с учетом поправки на демпфирование конструкцией подшипникового узла.
Уровень ударных импульсов зависит от геометрических размеров и типа, скорости вращения и технического состояния подшипника. То есть, для выделения составляющей сигнала, соответствующей техническому состоянию подшипника, необходимо компенсировать вклад, вносимый геометрией, типом и скоростью вращения подшипника. Эта процедура проводится в автоматическом режиме электроникой измерительного прибора.
Отметим главные причины повышения уровня ударных импульсов:
- проблемы со смазкой (загрязнение, ухудшение качества, повышение температуры, недостаточность или несоответствие марки смазки)
- повышенная нагрузка на подшипник;
- существенное отклонение геометрических размеров деталей подшипника от эталонных форм;
- удары деталей подшипника;
- неправильная посадка подшипника;
- повышенный зазор в подшипнике;
- шум зубчатого зацепления;
- расцентровка валов машины;
- неисправности электромагнитной природы;
- развитие дефектов подшипника (выкрашивание колец, раковины, трещины);
- кавитация перекачиваемой среды и др.
Следует особо отметить, что зачастую причиной повышения уровня ударных импульсов является не повреждение подшипника, а проблемы со смазкой, которые проявляют себя повышением «коврового» уровня. Мониторинг «коврового» уровня позволяет своевременно обнаружить проблемы со смазкой подшипника и тем самым, предотвратить само появление повреждение тел и дорожек качения.
Метод ударных импульсов обладает целым рядом преимуществ, обеспечивающих его широкое применение для диагностики подшипников, а именно:
- высокой чувствительностью, информативностью и помехозащищенностью;
- достоверностью результатов;
- доступностью по цене и простотой реализации.
Метод ударных импульсов реализуется на практике через достаточно простые и компактные переносные приборы, такие как тестер BALTECH VP-3450.
Рис.5. Тестер для диагностики подшипников BALTECH VP-3450
Тестер BALTECH VP-3450 состоит из электронного блока и выносного (через кабель) пьезодатчика ударного импульса, помещенного в рукоятку-держатель. Также для уточнения источника ударных импульсов тестер комплектуется наушниками, подключаемыми к разъему 10 (см.рис.5). Диапазон измерений BALTECH VP-3450 включает большую часть случаев применения подшипников с допустимой максимальной частотой вращения до 19999 об/мин., максимальным значением dBi равным 40. Допустимое минимальное значением dBi равно -9, фактический предел равен 0 dBi.
Рис.6. Комплектация тестера подшипников BALTECH VP-3450
При проведении измерений тестером BALTECH VP-3450 очень важно правильно выбирать точки измерений и корректно вычислять «ковровый» уровень dBi в соответствии с типом и размерами подшипника и частотой его вращения.
Рекомендуется проводить диагностику стандартных подшипников прибором BALTECH VP-3450 хотя бы один раз в месяц, и более чаще – диагностику особо нагруженные подшипников и подшипников ответственного оборудования, подшипников с дефектами, а также подшипников, чья оценка состояния нестабильна.
Для обучения работе с тестером BALTECH VP-3450 обязательно требуется прохождение курса ТОР-103 «Основы вибродиагностики. Метод ударных импульсов» в лицензированном Учебном центре компании «БАЛТЕХ». Можно также воспользоваться услугами специалистов Отдела Технического сервиса компании «БАЛТЕХ» и получить навыки работы с тестером BALTECH VP-3450 прямо на своем рабочем месте.