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.
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.
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.
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.
 |
|
 |
 |
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
| 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.
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.
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.
