Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Вибродиагностика подшипниковых узлов — это оценка технического состояния подшипников по параметрам их вибрации без разборки агрегата. Метод опирается на то, что дефекты колец, тел качения и сепаратора порождают в вибросигнале характерные частоты, по которым можно определить и сам факт повреждения, и его локализацию. Своевременный вибрационный контроль позволяет выявить зарождающийся дефект задолго до отказа и перейти от ремонта по факту поломки к обслуживанию по фактическому состоянию.
Ниже разобраны измеряемые параметры вибрации и точки её измерения, расчёт характерных частот дефектов (FTF, BPFO, BPFI, BSF), метод огибающей для ранней диагностики, признаки дефектов колец и тел качения по спектру, а также оценка состояния по зонам вибрации и порядок проведения диагностики.
Подшипник качения — источник периодических ударных воздействий: при каждом прохождении тела качения через дефект (выкрашивание, скол, вмятину, забоину) возникает короткий импульс, возбуждающий колебания конструкции. Эти импульсы повторяются с частотой, которая зависит от геометрии подшипника и частоты вращения вала. Регистрируя вибрацию на корпусе или опоре подшипника и раскладывая сигнал на частотные составляющие, диагност определяет, какой элемент повреждён и насколько развит дефект.
Каждому элементу подшипника соответствует своя характерная частота дефекта — по её появлению в спектре определяется локализация повреждения.
Вибрационный контроль состояния применяют к машинам, в состав которых входят подшипники качения и зубчатые передачи. При этом общая оценка вибрационного состояния машины (по уровню вибрации на опорах) и диагностирование собственно подшипниковых узлов — это разные, дополняющие друг друга задачи: первая отвечает на вопрос «допустима ли вибрация», вторая — «какой узел и как именно дефектен».
Вибрацию описывают тремя взаимосвязанными параметрами — виброперемещением, виброскоростью и виброускорением. Они связаны операциями дифференцирования и интегрирования сигнала, но информативны в разных частотных диапазонах, поэтому для диагностики подшипников и для общей оценки состояния используют разные величины.
Для общей оценки вибрационного состояния машины нормируется среднеквадратичное значение (СКЗ) виброскорости. Традиционно широкополосное измерение проводится в диапазоне частот примерно от 10 до 1000 Гц; для отдельных видов машин и для задач диагностики применяются другие, в том числе более широкие, полосы. Дефекты подшипников проявляются на существенно более высоких частотах, поэтому для их выявления используют виброускорение и специальные методы обработки.
Датчики вибрации (как правило, пьезоэлектрические акселерометры) устанавливают на подшипниковых опорах или в непосредственной близости от них — там, где путь передачи вибрации от подшипника к корпусу самый короткий. Измерения обычно выполняют в трёх направлениях:
Способ крепления датчика напрямую влияет на верхнюю границу рабочего диапазона частот. Для диагностики подшипников, где важны высокочастотные составляющие, временные способы установки (на магнит, щуп) сужают рабочую полосу; жёсткое крепление (шпилька) сохраняет высокочастотный диапазон.
В нагруженном подшипнике выделяют четыре характерные частоты. Они определяются числом тел качения, частотой вращения вала и соотношением геометрических размеров — диаметра тел качения, диаметра окружности их центров и угла контакта.
z
fr
d
D
α
FTF = (fr / 2) · (1 − (d / D) · cos α)
BPFO = (z / 2) · fr · (1 − (d / D) · cos α)
BPFI = (z / 2) · fr · (1 + (d / D) · cos α)
BSF = (D / (2d)) · fr · (1 − ((d / D) · cos α)²)
Между частотами есть полезные для самопроверки соотношения: BPFO = z · FTF, а сумма BPFO + BPFI = z · fr. Дефект на теле качения контактирует поочерёдно с обоими кольцами, поэтому в спектре он часто проявляется на удвоенной частоте — 2·BSF.
z = 8
d/D = 0,2
α = 0
1500 об/мин = 25 Гц
FTF = (25 / 2) · (1 − 0,2) = 10 Гц
BPFO = (8 / 2) · 25 · (1 − 0,2) = 80 Гц
BPFI = (8 / 2) · 25 · (1 + 0,2) = 120 Гц
BSF = (1 / (2 · 0,2)) · 25 · (1 − 0,2²) = 60 Гц
BPFO + BPFI = 80 + 120 = 200 = 8 · 25 = z · fr
Реальные частоты дефектов отличаются от расчётных на несколько процентов из-за проскальзывания тел качения, осевой нагрузки, температурных деформаций и неточности посадки. Поэтому при анализе спектра ищут составляющие не на единственном значении, а в узкой полосе вокруг расчётной частоты, и опираются на наличие гармоник и боковых полос, а не на одиночный пик.
На ранней стадии дефекта дискретные составляющие на характерных частотах в обычном спектре скрыты общим вибрационным фоном машины (дисбаланс, расцентровка, лопаточные и зубцовые частоты) и имеют малую амплитуду. Однако слабые периодические удары от дефекта модулируют по амплитуде высокочастотные резонансные колебания конструкции подшипникового узла. На этом и строится метод огибающей (анализ огибающей высокочастотного сигнала).
Суть метода: исходный сигнал виброускорения полосовым фильтром выделяется в области высокочастотного резонанса, затем выполняется амплитудное детектирование (выделение огибающей) и спектральный анализ полученной огибающей. В спектре огибающей периодичность ударов проявляется в виде дискретных пиков на характерных частотах дефектов и их гармониках, очищенных от низкочастотного фона машины.
Спектр огибающей выявляет зарождающиеся дефекты подшипника раньше, чем они становятся заметны по общему уровню вибрации или в обычном спектре виброскорости.
Локализацию повреждения определяют по тому, на какой характерной частоте появляются составляющие и как они модулированы. Боковые полосы (сателлиты) вокруг основной частоты — ключевой признак, отражающий вход дефекта в зону нагрузки и выход из неё.
Дефект развивается стадийно. На зарождающейся стадии информативен только спектр огибающей — появляются составляющие на характерной частоте при неизменном общем уровне вибрации. По мере развития растут амплитуды дискретных составляющих и число их гармоник и боковых полос. На поздней стадии локальное повреждение распространяется, спектр обогащается множеством гармоник, поднимается широкополосный фон, и заметно возрастает общий уровень виброскорости.
Один и тот же дефект по мере развития меняет вибрационную картину, поэтому диагноз ставят не по единичному измерению, а по тренду — сравнению текущего спектра с базовым и с предыдущими измерениями того же узла.
Общую оценку вибрационного состояния машины выполняют по среднеквадратичному значению виброскорости, измеренному на опорах подшипников. Действующие стандарты вводят четыре зоны оценки, граничные значения которых зависят от типа машины, её мощности и жёсткости опор (податливые или жёсткие).
Зоны общего уровня вибрации характеризуют машину в целом, но не диагностируют подшипник: стандарты оценки вибрационного состояния по измерениям на невращающихся частях прямо оговаривают, что не предназначены для диагностирования подшипников качения и зубчатых передач. Поэтому общую оценку по зонам дополняют узкополосным спектральным анализом и методом огибающей, рассмотренными выше.
Зоны A–D отвечают на вопрос о допустимости вибрации машины; локализацию и стадию дефекта подшипника даёт только спектральный анализ.
Это оценка состояния подшипников по параметрам их вибрации без разборки агрегата. Дефекты колец, тел качения и сепаратора порождают в вибросигнале характерные частоты и ударные импульсы, по которым определяют наличие повреждения, его локализацию и стадию развития.
Вибросигнал раскладывают на частотные составляющие. Если в спектре появляются пики на характерных частотах дефектов (BPFO, BPFI, BSF, FTF), их гармониках и боковых полосах, делают вывод о повреждении соответствующего элемента подшипника. Для ранних дефектов применяют спектр огибающей.
BPFO — частота перекатывания тел по наружному кольцу, BPFI — по внутреннему, BSF — частота вращения тела качения, FTF — частота вращения сепаратора. Каждая соответствует своему элементу и вычисляется через число тел качения, частоту вращения вала и геометрию подшипника.
Слабые удары от зарождающегося дефекта модулируют высокочастотные резонансные колебания узла. Метод огибающей выделяет эту модуляцию: сигнал фильтруют в области резонанса, детектируют огибающую и анализируют её спектр. Так дефект обнаруживается раньше, чем по общему уровню вибрации.
Для общей оценки состояния машины нормируют СКЗ виброскорости. Дефекты подшипников проявляются на высоких частотах, поэтому для их диагностики используют виброускорение и анализ огибающей высокочастотного сигнала.
Из-за проскальзывания тел качения, осевой нагрузки, температурных деформаций и неточности посадки фактические частоты смещаются на несколько процентов. Поэтому составляющие ищут в узкой полосе вокруг расчётного значения и опираются на гармоники и боковые полосы, а не на одиночный пик.
Датчик устанавливают на подшипниковой опоре или рядом с ней, где путь передачи вибрации короткий. Измерения обычно выполняют в трёх направлениях — вертикальном, горизонтальном и осевом, на установившемся режиме работы машины.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.