زیاد طول کشیده است؟ صفحه بارگذاری را ببندید.

عیوب بیرینگ­‌های غلتشی (Rolling Element Bearings)

0

بیرینگ­‌های غلتشي شامل انواع بال­بیرينگ‌­ها و رولربيرينگ‌­ها بوده و به عنوان تكيه‌گاه‌­هاي شفت دوار در ماشین‌آلات بكار مي‌­روند.

داده‌های آماری ثابت نموده است كه تنها يك درصد از بیرینگ‌­های غلتشي به اندازه طول عمر كاري پیش‌بینی‌شده براي آن‌ها، می‌توانند بدون مواجهه با مشكلي به كاركرد خود ادامه دهند.

خرابي اين نوع بیرینگ‌­ها می‌تواند به دلايل مختلفي مانند وجود خطا در مرحله توليد و مونتاژ، بارگزاري بیش‌ازحد، شرايط كاركرد غيراصولي، مشکلات روانكاري و يا محيط كاري نامناسب اتفاق بيافتد.

سرانجام بر اثر اتمام طول عمر و خستگي مواد، بیرینگ ­از بين می‌رود.

اين امر اهميت مساله پایش وضعيت كاركرد اين نوع از بیرینگ­‌ها را بیش‌ازپیش آشكار می‌سازد

از طرفی تأثیر کاهش سطح ارتعاشات بر افزایش عمر بیرینگ بر کسی پوشیده نیست.

تحقیقات نشان می‌دهد که کاهش ۵۰% سطح کلی ارتعاشات، عمر بال­بیرینگ را تا هفت برابر و عمر رولربیرینگ را تا نه برابر افزایش می‌دهد.

جدول زیر تأثیر کاهش ارتعاشات بر افزایش عمر بیرینگ را نشان می‌دهد.

  نرخ افزایش عمر بیرینگ
درصد کاهش ارتعاشات بال­بیرینگ سایر بیرینگ‌­های غلتشی
۵% ۱۷% ۱۹%
۱۰% ۳۷% ۴۲%
۱۵% ۶۳% ۷۲%
۲۰% ۹۵% ۱۱۰%
۲۵% ۱۳۷% ۱۶۱%
۳۰% ۱۹۲% ۲۲۸%
۴۰% ۳۶۳% ۴۴۹%
۵۰% ۷۰۰% ۹۰۸%
تأثیر کاهش ارتعاشات بر افزایش عمر بیرینگ

 

ناپيوستگي سطح رینگ‌ها يا اجزاي چرخشي آن‌ها رایج‌ترین منشأ ايجاد خرابي در بیرینگ‌­هاي غلتشي می‌باشد.

به‌طورکلی عیوب سطوح رینگ داخلی (Inner Race)، رینگ خارجی (Outer Race)، ساچمه Roller) یا (Ball و قفسه (Cage / Retainer) بیرینگ، ارتعاشات بیرینگ‌­های غلتشی را به وجود می‌­آورند.

به‌محض بروز يك خرابي جزئي يا ناپيوستگي روي اجزاي بیرینگ، ارتعاشات ایجادشده نيز تغيير می‌نماید.

هر بار كه يكي از ساچمه‌ها يا رولرها از روي اين ناپيوستگي عبور می‌کند، در اثر برخورد ایجادشده يك شوك پالس ارتعاشي به وجود می‌آید كه اين شوك پالس‌­ها به‌طور متناوب بر اساس موقعيت اين ناپيوستگي و هندسه ياتاقان تكرار می‌شوند.

نرخ اين تكرارها به عنوان فرکانس‌های مربوط به اجزاي ياتاقان غلتشي ناميده می‌شوند.

روند پيشرفت خرابي اجزاء بيرينگ متفاوت بوده و داده آماری حاکی از آن است که سرعت پيشرفت خرابي به ترتیب مربوط به عیوب ساچمه، قفسه بيرينگ، رينگ داخلي و نهايتاً رينگ خارجي مي­‌باشد.

به همین دليل با شناسایی قسمت معيوب بيرينگ می­توان برای توقف ماشين و تعويض بيرينگ آن زمان‌بندی مناسبي را برنامه‌ریزی نمود.

فرکانس‌­های ارتعاشی قسمت‌های مختلف بیرینگ

فرکانس­‌های ارتعاشی قسمت‌های مختلف بیرینگ به قرار زیر می‌باشد:

۱-فرکانس گذر ساچمه روی کنس داخلی (Ball Pass Frequency Inner Race (BPFI

فركانس ناشي از برخورد ساچمه­‌ها  با نقطه خاصی از طوقه یا کنس داخلي بيرينگ، فرکانس گذر ساچمه روی کنس داخلی را ایجاد نموده و با مخفف “BPFI” نمايش داده مي­‌شود.

BPFI معمولاً ۰٫۶ برابر سرعت شفت ضرب در تعداد ساچمه­‌های بیرینگ است.

عیوب بیرینگ غلتشی
شکل ۱ خرابی رینگ داخلی بیرینگ

۲- فرکانس گذر ساچمه روی کنس خارجی (Ball Pass Frequency Outer Race (BPFO

فركانس ناشي از برخورد ساچمه‌ها  با يك نقطه خاص از طوقه یا کنس خارجی بيرينگ فرکانس گذر ساچمه روی کنس خارجی را تولید کرده و با مخفف “BPFO” بیان می­‌شود.

BPFO معمولاً ۰٫۴ برابر سرعت شفت ضرب در تعداد ساچمه‌­های بیرینگ است.

عیوب بیرینگ غلتشی
شکل ۲ خرابی رینگ خارجی بیرینگ

۳-فرکانس چرخش ساچمه (Ball Spin Frequency(BSF

فرکانسی كه هر كدام از ساچمه­‌ها، در داخل بيرينگ حول محور خود می‌چرخند را فرکانس چرخش ساچمه می‌نامند و با مخفف “BSF” نشان داده می­‌شود.

مثلاً اگر رولر یا ساچمه کچل شده باشد (pit)، در هر دوران ساچمه، ضربه‌ای به محفظه یاتاقان وارد می‌­شود.

فرکانس این سري از ضربه‌ها، فرکانس چرخش ساچمه می­باشد.

BSF معمولاً ضريب كاملي از فركانس شفت متصل به بیرینگ نیست.

چنانچه عيبي روي ساچمه حادث شود فرکانسي معادل دو برابر فرکانس چرخش ساچمه BSF2 ايجاد مي­‌شود.

چون هر ساچمه در هر دوري که حول محورش می‌چرخد، یک‌بار با رينگ داخلي و يک با رينگ خارجی برخورد مي­کند. در اکثر مواقع اين فرکانس با فرکانس­های BPFO و  BPFI مدوله‌شده و طيف فرکانسی پيچيده­‌اي را توليد می‌کند.

با افزايش سطح عيب روي ساچمه فرکانس BSF2، فرکانس رزونانس سيستم را تحريک و مدوله می‌کند.

عیوب بیرینگ غلتشی

عیوب بیرینگ غلتشی
شکل ۳ خرابی ساچمه‌های بیرینگ

۴-فرکانس قفسه بیرینگ (Fundamental Train Frequency (FTF

قفسه یا کیج، جزئی از بیرینگ‌­های دارای المان‌­های غلتشی یا رولر بیرینگ­‌ها می‌باشد.

نگه­داشتن المان‌­های غلتان یعنی ساچمه یا رولر در فواصل منظم پشت سر هم و جلوگیری از به هم چسبیدن آن‌ها در بیرینگ، وظیفه کیج است.

این فرکانس معمولاً به صورت خلاصه FTF ناميده مي‌­شود. وجود پيك طيفي در FTF نادر است، زيرا اينرسي FTF معمولاً كوچك می‌­باشد.

اما FTF ديگر فرکانس‌­هاي ياتاقان را مدوله کرده و در نتيجه باندهاي كناري يا همان سايد باند در آن فرکانس­‌ها به وجود می­‌آید.

ولی اگر يك پيك طيفي در FTF به وجود آيد، بايد به خرابي در يكي از اجزاي غلتان ياتاقان شك کنید.

فرکانس‌­های FTF، BSF، BPFI و BPFO با توجه به ابعاد و هندسه بیرینگ و طبق روابط شکل ۴ قابل محاسبه است.

در این روابط n بیانگر تعداد ساچمه، فرکانس چرخش شفت، BD قطر ساچمه، D1 قطر داخلی رینگ بیرونی، D2 قطر خارجی رینگ داخلی و  زاویه تماس در بیرینگ تماس مایل می‌باشد.

مقدار برای بیرینگ شیار عمیق صفر لحاظ می‌­شود.

اين فرمول تا زماني دقيق خواهد بود كه بیرینگ صرفاً حركت غلتشي داشته باشد ولي در واقع ايجاد چنين شرايطي غیرممکن بوده و تا حدي حركت لغزشي نيز در سيستم وجود دارد.

بنابراین مقادیر محاسباتی با توجه به سر خوردن ساچمه‌ها و اختلاف بین مسیر واقعی حرکت ساچمه و قطر کنس، با فرکانس واقعی کاملاً یکسان نمی‌باشد

ولی از تقریب بسیار خوبی نسبت به شرایط واقعی برخوردار است.

امروزه به وسيله نرم‌افزارهایی که در دستگاه‌های آنالیزر ارتعاشات وجود دارند، تنها با وارد كردن شماره بيرينگ، نام شركت سازنده بیرینگ و سرعت دوران شفت، اين فرکانس‌ها توسط دستگاه آنالایزر محاسـبه می‌شوند.

عیوب بیرینگ غلتشی
عیوب بیرینگ غلتشی عیوب بیرینگ غلتشی
عیوب بیرینگ غلتشی
عیوب بیرینگ غلتشی
عیوب بیرینگ غلتشی
عیوب بیرینگ غلتشی
شکل ۴ فرکانس‌های ارتعاشی بیرینگ

 

به کمک روابط فوق فرکانس ارتعاشی بیرینگ‌های پرکاربرد محاسبه شده و در جدول زیر آورده شده است.

 

معمولاً با رشد هر عيبي در ياتاقان­‌هاي غلتشي، ضربه­‌های ناشي از آن عيب، فرکانس رزونانس مجموعه را تحريک مي­‌کند.

دامنه فرکانس­‌هاي رزونانسي تحریک‌شده، کاملاً ناپايدار و اتفاقي است.

همچنين رشد عيوب، مدوله شدن فرکانس‌های مربوط به عيب را با فرکانس دور شفت در بر دارد.

بنابراین و با توجه به فرکانس‌­های به دست آمده از روابط فوق و بررسی طیف­‌های ارتعاشی به علل خرابی این نوع بیرینگ‌­ها می­توان پی برد.

بعضی از این موارد در زیر آورده شده است:

اگر BPFI فرکانس غالب طیف فرکانسی باشد، به‌احتمال‌زیاد نیروهای ارتعاشی داخلی اعمال‌شده روی شفت نظیر نابالانسی، توربولانس سیال و خمیدگی محور عامل خرابی بیرینگ بوده است.

عیوب بیرینگ غلتشی
شکل ۵ فرکانس ارتعاشی BPFI

اگر فرکانس غالب ارتعاشی اندازه‌گیری شده از طیف‌های ارتعاشی مربوط به ساچمه‌­ها یعنی BSF باشد، درنتیجه روغن‌کاری ضعیف، داغ کردن و یا وجود جریانات الکتریکی که از بیرینگ عبور می‌کند را باید بیشتر بررسی نمایید.

عیوب بیرینگ غلتشی
شکل ۶ فرکانس ارتعاشی BSF

درنهایت اگر فرکانس غالب ارتعاشی به کنس خارجی بیرینگ و BPFO تعلق داشته باشد، علت خرابی ناشی از لرزش فونداسیون و ناهم­‎محوری دستگاه است.

البته اگر حلقه خارج بیرینگ در محفظه بیرینگ لق باشد، در صورت وجود عیب در حلقه خارجی، فرکانس BPFO در طیف فرکانسی  ظاهر نمی‌­شود.

عیوب بیرینگ غلتشی
شکل ۷ فرکانس ارتعاشی BPFO

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.