Виброталдауға арналған мойынтіректердің ақау жиіліктерінің калькуляторы
Калькулятор частот дефектов подшипника для виброанализатора
Расчёт BPFO, BPFI, BSF, FTF по геометрии подшипника и оборотам вала (методика ISO 15243 / AFBMA). Встроенная база 16 типовых подшипников SKF/FAG. Обратная диагностика: введите пик из спектра — инструмент определит, какой элемент подшипника разрушается.
| Дефект | 1×, Гц | 2×, Гц | 3×, Гц | 5×, Гц | Боковые полосы |
|---|
Формулы частот дефектов (стандарт ISO 15243, AFBMA/ABMA):
BPFO = (Z/2) × fr × (1 − (Bd/Pd)·cos(α))
BPFI = (Z/2) × fr × (1 + (Bd/Pd)·cos(α))
BSF = (Pd/2Bd) × fr × (1 − (Bd/Pd)²·cos²(α))
FTF = (fr/2) × (1 − (Bd/Pd)·cos(α))
где Z — число тел качения, Bd — диаметр шарика/ролика, Pd — средний диаметр подшипника (pitch diameter), α — угол контакта, fr = n/60 (Гц).
Практика диагностики: BPFI всегда больше BPFO (в формуле +Bd/Pd против −Bd/Pd). Если в спектре виден пик на BPFO и его 2-я, 3-я гармоники — это точный диагноз. Один пик без гармоник — скорее всего не подшипник, а другой источник (дисбаланс, расцентровка). Дефект BSF часто проявляется как 2×BSF (дефект проходит через оба кольца за один оборот шарика).
Быстрые приближения (±5% для радиальных шарикоподшипников α=0°):
BPFO ≈ 0,4 × Z × fr BPFI ≈ 0,6 × Z × fr FTF ≈ 0,4 × fr
| Подшипник | d×D×B, мм | Z | Bd, мм | Pd, мм | α° |
|---|---|---|---|---|---|
| 6203 | 17×40×12 | 8 | 6.35 | 28.5 | 0 |
| 6204 | 20×47×14 | 8 | 7.94 | 33.5 | 0 |
| 6205 | 25×52×15 | 9 | 7.94 | 38.5 | 0 |
| 6206 | 30×62×16 | 9 | 9.53 | 46.0 | 0 |
| 6207 | 35×72×17 | 9 | 11.11 | 53.5 | 0 |
| 6208 | 40×80×18 | 9 | 12.70 | 60.0 | 0 |
| 6209 | 45×85×19 | 9 | 12.70 | 65.0 | 0 |
| 6308 | 40×90×23 | 8 | 15.875 | 58.5 | 0 |
| 6309 | 45×100×25 | 8 | 17.46 | 72.5 | 0 |
| 6310 | 50×110×27 | 8 | 19.05 | 80.0 | 0 |
| 7205 BE (АС 40°) | 25×52×15 | 11 | 7.14 | 38.5 | 40 |
| 7206 BE (АС 40°) | 30×62×16 | 12 | 8.73 | 46.0 | 40 |
| 22208 CC (сфер. рол.) | 40×80×23 | 16 | 9.50 | 60.0 | 0 |
| 22210 CC (сфер. рол.) | 50×90×23 | 15 | 10.60 | 70.0 | 0 |
| NU308 (цил. рол.) | 40×90×23 | 10 | 14.00 | 65.0 | 0 |
| NU310 (цил. рол.) | 50×110×27 | 11 | 16.00 | 80.0 | 0 |
УРТ өнім каталогы
РТИ, пластиктер, тығыздағыштар және жетектік белдіктерді өндіру және жеткізу. Екатеринбургтегі қоймадан жіберу.
Сипаттамалық жиіліктерді есептеу не үшін қажет
Виброанализатор механиканы экранда спектр түрінде көрсетеді — бұл әртүрлі жиіліктердегі шыңдар жиынтығы. Бір шың — 107 Гц, екіншісі — 163 Гц, үшіншісі — 214 Гц. Калькуляторсыз бұл жай ғана мағынасыз сандар. Ал есептеу арқылы — нақты диагноз: «107 Гц — бұл BPFO, сыртқы сақинаның ақауы; 214 Гц — оның екінші гармоникасы, диагнозды растайды; 163 Гц — BPFI, ішкі сақинаның ақауы». Сипаттамалық жиіліктер мойынтірек геометриясымен және біліктің айналым жиілігімен тікелей байланысты, сондықтан спектрде олардың болуы арқылы мойынтіректің нақты қай элементісінің бұзылып жатқанын 90%+ ықтималдықпен анықтауға болады.
Біздің калькулятор халықаралық стандарт бойынша есептеуді жүзеге асырады ISO 15243:2017 (АҚШ-тағы AFBMA/ABMA). Есептеу бір секундты алады — мойынтірек моделін (6205, 6308, NU310 және т.б.) және біліктің айналым жиілігін енгізесіз, 4 негізгі жиілікті олардың гармоникаларымен және бүйірлік жолақтарымен аласыз. Стандартты емес мойынтіректер үшін геометрияны қолмен енгізу мүмкіндігі бар. Құралдың басты ерекшелігі — кері диагностика: құралда көріп тұрған шыңның жиілігін енгізіңіз, және құрал оның ақаудың сипаттамалық жиіліктеріне сәйкес келетінін (1×, 2×, 3×, 5× гармоникаларын және бүйірлік жолақтарды ескере отырып) анықтайды.
Төрт сипаттамалық жиілік: әрқайсысы нені білдіреді
Домалау мойынтірегінде бұзылуы мүмкін төрт негізгі элемент бар, және әрқайсысына спектрдегі өз діріл жиілігі сәйкес келеді:
| Жиілік | Анықтамасы | Элемент | 6205 үшін типтік жиілік @ 1800 |
|---|---|---|---|
| BPFO | Ball Pass Frequency Outer | Сыртқы сақинаның ақауы | 107 Гц |
| BPFI | Ball Pass Frequency Inner | Ішкі сақинаның ақауы | 163 Гц |
| BSF | Ball Spin Frequency | Домалау денелерінің ақауы (шариктің/роликтің) | 70 Гц (немесе 2×BSF = 139 Гц) |
| FTF | Fundamental Train Frequency | Сепаратордың ақауы (cage) | 12 Гц |
BPFO — шариктердің сыртқы (қозғалмайтын) сақтағы ақау арқылы өту жиілігі. Бұл спектрдегі ең тұрақты сигнал — сыртқы сақина қозғалмайды, ақау әрқашан жүктеме аймағында болады, соққылар бір-бірінің соңынан біркелкі жүреді, амплитудасы тұрақты. 1×, 2×, 3× гармоникаларынан нақты «жиі қадаланған шарбақ» қалыптасады. Бұл ең оңай диагностикаланатын төрт ақаудың ішіндегі. Әдетте BPFO ≈ 0,4 × Z × fr (радиалды шарикті мойынтіректер үшін).
BPFI — шариктердің ішкі сақтағы ақау арқылы өту жиілігі. Мұнда күрделірек: ішкі сақина білікпен бірге айналады, және ақау жүктеме аймағынан мезгіл-мезгіл шығып қалады. Біліктің әр айналымында соққы амплитудасы өзгереді, бұл спектрде BPFI ± fr, BPFI ± 2fr жиіліктеріндегі бүйірлік жолақтардытудырады. Энергия спектр бойынша «жағылады», бұл анықтауды қиындатады. BPFI әрқашан BPFO-дан жоғары — бұл формулалардың тікелей салдары (біреуінде +Bd/Pd тұр, екіншісінде −Bd/Pd).
BSF — шариктің өз осінен айналу жиілігі. Егер шарикте сынық немесе жарық болса, ақау оның әр айналымында сақиналарға соғылады. Маңызды: шариктегі ақау әдетте шариктің бір айналымында екі сақинаны даөтеді, сондықтан спектрде көбінесе дәл 2×BSF, ал 1× емес, көрінеді. Жанында FTF жиілігінде бүйірлік жолақтар пайда болады (сепаратор шарикті жүктеме аймағына жылжытады).
FTF — сепаратордың (шариктерді ұстап тұратын обойманың) тұтас алғандағы айналу жиілігі. Бұл ең төменгі жиілікті сипаттама, әдетте білік жиілігінің 0,35–0,48 бөлігі. FTF-тегі шыңның пайда болуы көбінесе сепаратордың бұзылуына қарағанда майлаудың жетіспеушілігі — сепаратор шариктерге үйкеле бастайды, соққы импульстары пайда болады. FTF-шың — бұл ерте ескерту сигналы, оны байыпты қабылдау қажет.
Есептеу формулалары (ISO 15243)
Барлық төрт жиілік әмбебап формулалар бойынша есептеледі, оларға тек подшипник геометриясы мен айналу жиілігі кіреді:
fr = n / 60 — біліктің айналу жиілігі (Гц), мұндағы n — минутына айналым саны.
BPFO = (Z/2) × fr × (1 − (Bd/Pd) × cos α)
BPFI = (Z/2) × fr × (1 + (Bd/Pd) × cos α)
BSF = (Pd / 2Bd) × fr × (1 − (Bd/Pd)² × cos² α)
FTF = (fr/2) × (1 − (Bd/Pd) × cos α)
мұндағы: Z — домалау денелерінің саны; Bd — шарик/роликтің диаметрі (мм); Pd — подшипниктің орташа диаметрі (pitch diameter, мм); α — жанасу бұрышы (градус).
Радиалды шарикті подшипниктер үшін (6205, 6308 және т.б.) жанасу бұрышы α = 0°, демек cos α = 1, және формулалар жеңілдетіледі. Радиалды-тіректі подшипниктер үшін (7xxx сериясы) α 15°, 25°, 40° болуы мүмкін — бұл барлық жиіліктерді айтарлықтай ығыстырады (cos 40° ≈ 0,766). Егер α қате берілсе (мысалы, 40 орнына 0), нәтиже 10–15%-ға өзгешеленеді — диагностикада бұл маңызды.
Жылдам жуықтаулар жедел бағалау үшін (радиалды шарикті подшипниктер үшін ±5% дәлдікпен):
BPFO ≈ 0,4 × Z × fr
BPFI ≈ 0,6 × Z × fr
FTF ≈ 0,4 × fr
Бұл жуықтаулар далада жылдам бағалау үшін ыңғайлы: мысалы, 6205 подшипнигі (Z=9), мотор 1450 айн/мин (fr ≈ 24 Гц) → BPFO ≈ 0,4 × 9 × 24 = 86,4 Гц, BPFI ≈ 0,6 × 9 × 24 = 129,6 Гц. Егер спектрде 86 Гц маңайында гармоникалары 172 және 258 болатын шың көрінсе — бұл BPFO, сыртқы сақина.
Калькулятордағы типтік подшипниктер базасы
Диагностика ыңғайлылығы үшін ресми геометрия параметрлері бар 16 ең кең таралған модельдің базасы ендірілген. Бұл деректер SKF, vibromera, iotbearings калькуляторларымен сәйкес келеді — 6205 @ 1800 айн/мин енгізгенде барлық сервистер бірдей мәндерді береді: BPFO=107,2 және BPFI=162,8.
| Подшипник | Өлшемдері, мм | Z | Bd, мм | Pd, мм | α° | Типтік қолданылуы |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6205 | 25×52×15 | 9 | 7.94 | 38.5 | 0 | кіші/орта қуатты электрмоторлар |
| 6206 | 30×62×16 | 9 | 9.53 | 46.0 | 0 | желдеткіштер, сорғылар |
| 6208 | 40×80×18 | 9 | 12.70 | 60.0 | 0 | редукторлар, конвейерлер |
| 6308 | 40×90×23 | 8 | 15.875 | 58.5 | 0 | 15–30 кВт электрмоторлар |
| 6310 | 50×110×27 | 8 | 19.05 | 80.0 | 0 | ауыр моторлар, редукторлар |
| 7205 BE | 25×52×15 | 11 | 7.14 | 38.5 | 40 | шпиндельдер, бұрандалы жүктемелер |
| 22208 CC | 40×80×23 | 16 | 9.50 | 60.0 | 0 | сфералық роликті, прокат стандарының біліктері |
| NU308 | 40×90×23 | 10 | 14.00 | 65.0 | 0 | цилиндрлік роликті, жоғары жүктемелер |
Базаға кірмейтін подшипниктер үшін қолмен енгізуді қосыңыз — тек төрт параметрді білу қажет: домалау денелерінің саны Z, шарик/ролик диаметрі Bd, орташа диаметр Pd, жанасу бұрышы α. Бұл параметрлердің барлығы өндірушілер каталогтарында көрсетілген. Маңызды: кейбір серияларда (әсіресе 6308, 6309, 6310) орташа диаметр Pd ішкі және сыртқы диаметрлердің қарапайым арифметикалық ортасына тең емес — нақты Pd (шариктердің центрлері бойынша) сақиналардың иықтарына байланысты кішірек болуы мүмкін. 6308 үшін нақты Pd = 58,5 мм, 65 мм емес; 6310 үшін — 80 мм (сәйкес келеді). Қолмен енгізу кезінде геометриялық есептеулерге емес, SKF немесе FAG каталогына бағдарланыңыз.
Спектрді қалай оқу керек: кезең-кезеңмен әдістеме
Виброанализатор спектрді көрсеткенде, алгоритм бойынша әрекет етіңіз:
1-қадам. Біліктің айналу жиілігін анықтаңыз fr = n/60 (3000 RPM мотор үшін fr=50 Гц; 1500 RPM → 25 Гц; 1000 → 16,7 Гц). Спектрде бұл жиілік әрдайым дерлік болады — одан бастаймыз. Егер fr күдікті үлкен болса, мүмкін теңгерімсіздік немесе центрлеу ауытқуы, подшипник емес.
2-қадам. Подшипнигіңіз үшін BPFO, BPFI, BSF, FTF калькуляторда есептеңіз. Егер нақты үлгісін білмесеңіз, 0,4Z×fr / 0,6Z×fr жуықтауларын қолданыңыз.
3-қадам. Есептелген жиіліктер маңайындағы спектрден шыңдарды іздеңіз. Диагноз қою үшін кем дегенде 2 растаушы белгі: немесе бір жиіліктің 1× және 2× гармоникалары, немесе негізгі жиілік + бүйірлік жолақтар. Жалғыз дара шың — көбінесе подшипник емес, басқа нәрсе (желдеткіштің қалақша жиілігі, редуктордың тісті жиілігі, желі жиілігі 50 Гц).
4-қадам. Егер сәйкестік табылса — ақаудың «жасын» амплитуда бойынша анықтаңыз. 1 мм/с RMS дейін — ерте саты, бақылаңыз. 1–4 мм/с — дамыған ақау, ауыстыруды жоспарлаңыз. 4 мм/с жоғары — сыни жағдай, тоқтату және шұғыл ауыстыру.
5-қадам. Алдыңғы өлшемдермен (тренд) салыстырыңыз. Бір жиілік амплитудасының ай ішінде 2 есе өсуі — үдемелі ақаудың нақты белгісі. Өсуінсіз тұрақты көрсеткіштер — подшипник жылдар бойы жұмыс істей алатын «қолайлы» мәселе.
Диагностиканың типтік қателіктері
1-қате: желі жиілігі 50 Гц-ті BPFO-мен шатастыру. 1500 RPM синхронды мотор үшін желі жиілігі 50 Гц подшипниктің есептелген жиіліктерімен сәйкес келуі немесе жақын болуы мүмкін. Тексеру: қозғалтқышты өшіріңіз, 50 Гц-тегі шың жоғалуы тиіс. Егер қалса — бұл подшипник (немесе іргетас, корпус).
2-қате: дисбаланс гармоникаларын BPFO деп қабылдау. 2×fr, 3×fr BPFO диапазонына түсуі мүмкін. Тексеру: fr гармоникалары әрқашан нақты fr-ге еселі (мысалы, 25 / 50 / 75 / 100 Гц), ал BPFO гармоникалары BPFO-ға еселі (107 / 214 / 321 Гц) — әдетте сәйкес келмейді.
3-қате: 2×BSF-ті елемеу және тек BSF-ті іздеу. Шарик ақауының классикалық белгісі — дәл 2×BSF (ақау шариктің бір айналымында екі сақинаға да соғылады), 1× емес. Спектрде 1×BSF көбінесе көрінбейді, ал 2×BSF айқын көрінеді.
4-қате: қате Pd немесе α. Әсіресе Pd-дегі ±10% жиі шатастырылады — бұл барлық есептелген жиіліктерді пропорционалды ығыстырады. Егер спектр «сәйкес келмесе», өндірушінің datasheet құжатындағы подшипник параметрлерін тексеріңіз.
5-қате: бір ғана өлшем бойынша диагноз қою. Әрқашан 2–3 өлшемдік трендпен салыстырыңыз. Жалғыз шың кездейсоқ болуы мүмкін — құрылымның резонансы, көршілес жабдықтан келетін сыртқы діріл, шыңды жүктеменің өтуі.
Диагноздан кейін не істеу керек: ауыстыру мерзімдері
Спектрде сипаттамалық жиіліктің анықталуы подшипниктің ертең бұзылатынын білдірмейді. Ақаудың даму дәрежесі бойынша жіктеу бар:
| Спектрдегі белгілер | Сатысы | Қалған ресурс | Әрекеттер |
|---|---|---|---|
| 1× (BPFO/BPFI) деңгейіндегі кішкентай шың, амплитуда <1 мм/с | I — пайда болу | Бірнеше айдан – бір жылға дейін | Бақылау, 1 айдан кейін қайта өлшеу |
| Амплитудасы біркелкі кемитін 1×, 2×, 3× айқын шыңдар | II — даму | 1–3 ай | Жақын арадағы тоқтату кезінде ауыстыруды жоспарлау |
| Көптеген гармоникалар, бүйірлік жолақтар, амплитуданың 4 мм/с дейін өсуі | III — айқын | 2–4 апта | Шұғыл ауыстыру, күнделікті мониторинг |
| Жоғары жиіліктердегі (2–20 кГц) жоғары «көтерілу», спектр орамасы 10+ мм/с | IV — апатты | Сағат – бірнеше күн | Дереу тоқтату, ауыстыру |
Қалған ресурсты дәл бағалау үшін конверт әдісі (envelope analysis) — сигнал жоғары жиілікті сүзгі және демодулятор арқылы өткізіледі, шығысында тіпті өте ерте сатыдағы ақаулық жиіліктерінің айқын гармоникалары бар конверт спектрі алынады. Бұл әдіс кәсіби виброанализаторлардың көпшілігінде (SKF Microlog, B&K Vibro, Диамех, Vibrotest) жүзеге асырылған. Қарапайым қол виброметрлері (Vibration Pen) тек жалпы орташа квадраттық мәнді (RMS) көрсетеді — бұл диагностика үшін жеткіліксіз.
Жиі қойылатын сұрақтар
🔥 Есептеу бойынша көмек керек пе?
15 минут ішінде ең тиімді бағаны алыңыз