ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ & ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ & ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΒΛΑΒΩΝ ΡΟΥΛΕΜΑΝ ΚΥΛΙΣΗΣ έκδοση BD-2015b-01
Copyright Ε.Μ.Π. - 2015 Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Εργαστήριο Δυναμικής και Κατασκευών κτ. Μ αιθ. Μ002 Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. Απαγορεύεται η χρήση, αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρούσας παρουσίασης, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για πάσης φύσεως εμπορικό ή επαγγελματικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό μη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσεως, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα. Πληροφορίες Δρ. Ι. Αντωνιάδης, Καθηγητής, antogian@central.ntua.gr, 210-7721524 Δρ. Χ. Γιακόπουλος, ΕΔΙΠ, chryiako@central.ntua.gr, 210-7722332
1. Εισαγωγή 2. Τύποι/αιτίες βλαβών 3. Διάγνωση βλαβών ρουλεμάν με ανάλυση κραδασμών 4. Φθορά εξωτερικού δακτυλίου ρουλεμάν 5. Φθορά εσωτερικού δακτυλίου ρουλεμάν 6. Φθορά στοιχείων κύλισης ρουλεμάν 7. Φθορά κλωβού ρουλεμάν 8. Μη ευθυγραμμισμένο ρουλεμάν 9. Βιομηχανική εφαρμογή
1.Εισαγωγή
1. Εισαγωγή: Κατηγορίες ρουλεμάν How It's Made - Ball Bearings (NTN) https://www.youtube.com/watch?v=b6svvy1lyoa
1. Εισαγωγή: Εφαρμογές Υποστηρίζουν την περιστροφική λειτουργία στοιχείων σε περιστρεφόμενες μηχανές
1. Εισαγωγή: Εφαρμογές
1. Εισαγωγή: Διάρκεια ζωής ρουλεμάν Μεγαλύτερη ζώνη φόρτισης Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής ρουλεμάν υπό σταθερές συνθήκες λειτουργίας
2.Τύποιβλαβών
2. Τύποι βλαβών: Αιτίες φθοράς ρουλεμάν Λίπανση 36% Εγκατάσταση 16% Ακαθαρσίες 14% Κόπωση 34%
2. Τύποι βλαβών: Συμβουλή... 1. Ορθός καθορισμός 2. Μεταφορά 3. Αποθήκευση 4. Εγκατάσταση 5. Λίπανση 6. Λειτουργία Μειωμένη διάρκεια ζωής 10% αύξηση φορτίου (π.χ. από απευθυγραμμία) μειώνει κατά το 1/3 την υπολογισμένη διάρκεια ζωής του ρουλεμάν Ικανότητες & γνώσεις Κουλτούρα αξιοπιστίας Στρατηγική
2. Τύποι βλαβών Φθαρμένος εξωτερικός δακτύλιος Φθαρμένος εσωτερικός δακτύλιος Φθαρμένος κλωβός Φθαρμένα στοιχεία κύλισης 1.ΔΙΑΒΡΩΣΗ (corrosion)... αιτία... από υγρασία, νερό και λοιπά διαβρωτικά στοιχεία συμπτώματα... απολέπιση (flaking) και ρωγμές στις μεταλλικές επιφάνειες διορθωτικά μέτρα... αναβαθμισμένοι στεγανωτικοί δακτύλιοι (sealing) λιπαντικό με αντι-σκοριακές ιδιότητες Απόσταση στοιχεών κύλισης Γκριζό-μαυρες ραβδώσεις σκουριάς V-ring
2. Τύποι βλαβών 2.ΑΝΕΠΑΡΚΗΣ ΛΙΠΑΝΣΗ (lubrication)... αιτία... σταδιακή εξάντληση απώλεια λιπαντικών ιδιοτήτων ακατάλληλο για ταχύτητα & φορτίο ανεπαρκές να διατηρήσει μεμβράνη (film) ακατάλληλο σύστημα λίπανσης Σύστημα ανακυκλοφ φορίας (circulating syste em) Σύστημα βάπτισ σης (splash system m) διορθωτικά μέτρα... έλεγχος επάρκειας λιπαντικού έλεγχος ιδιοτήτων λιπαντικού συχνή επαλίπανση συμπτώματα... επιφάνεια καθρέπτης αύξηση θερμοκρασίας αρπάζουν οι επιφάνειες... μπλε και καφέ αποχρωματισμός μικροσκοπικές ρωγμές επιφανειών (surface distress) ρωγμές κόπωσης (fatigue)
2. Τύποι βλαβών 3.ΚΡΑΔΑΣΜΟΙ (vibrations)... αιτία... έκθεση σταματιμένων ρουλεμάν σε κραδασμούς κατά τη μεταφορά τους (απουσία λιπαντικού) από γειτονικές εν λειτουργία μηχανές συμπτώματα... ραβδώσεις (fluting) από κυλινδρικά στοιχεία κύλισης κοιλότητες (cavities)από σφαιρικά στοιχεία κύλισης πιθανή σκουρία στον πυθμένα λόγω οξείδωσης 4.ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ (rough treatment)... αιτία... απευθείας κτυπήματα από σφυρί διορθωτικά μέτρα... χρήση αντικραδασμικής βάσης προστασία κατά την μεταφορά συμπτώματα... ρωγμές απολέπιση παραμόρφωση κλωβού διορθωτικά μέτρα... χρήση εργαλείου εγκατάστασης (mounting sleeve)
2. Τύποι βλαβών 5.ΞΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ (abrasive particles or contamination)... αιτία... άμμος μεταλλικά ρινίσματα (chips) από κατεργασία μεταλλικά στοιχεία ή καρβίδια φθαρμένα γρανάζια ακαθαρσίες και μικροστοιχεία του περιβάλλοντος ακατάλληλος καθαρισμός φωλιών (housings) συμπτώματα... ξεφλούδισμα (pitting) των μεταλλικών επιφανειών ανάπτυξη σφήνας στον κλωβό αυλακώσεις στα στοιχεία κύλισης ακατάλληλη γεωμετρία επαφής των μεταλλικών επιφανειών σημάδια τριβής (abrasive wear) προκαλούν αυξημένη ανοχή (endplay)ή διάκενο (clearance), που μπορούν να μειώσούν την διάρκεια ζωής και να προκαλάσουν κακή ευθυγράμμιση στο ρουλεμάν διορθωτικά μέτρα... τακτική επιθεώρηση στεγανωτικών δακτυλίων (seal) έλεγχος καθαρότητας λιπαντικού τακτική συντήρηση και αντικατάσταση φίλτρων προστασία από ακαθαρισίες καθαρά εργαλεία εγκατάστασης διατήρηση ρουλεμάν στη συσκευασία του πριν την εγκατάσταση
2. Τύποι βλαβών 6.ΚΟΠΩΣΗ (normal fatigue)... αιτία... μεγάλα φορτία (overloading) μεγάλη προφόρτιση (preload) σφικτή συναρμογή εσωτερικού δακτυλίου υπέρβαση προβλεπόμενης διάρκειας ζωής συμπτώματα... έντονοι κραδασμοί θραύση των κινούμενων επιφανειών (spalling) διορθωτικά μέτρα... αντικατάσταση ρουλεμάν 7.ΜΕΓΑΛΑ ΦΟΡΤΙΑ (excessive loads)... αιτία... μεγάλα φορτία (loads) συμπτώματα... θραύση μεγάλων επιφανειών έντονα σημάδια υπερθέρμανσης (overheating) ανεπαρκής λιπαντική μεμβράνη (film) διορθωτικά μέτρα... μείωση φορτίου ανασχεδιασμός και χρήση ρουλεμάν μεγαλύτερης ικανότητας (capacity)
2. Τύποι βλαβών 8.ΟΛΙΣΘΗΣΗ (slippage tracks)... αιτία... ολίσθηση στοιχείων κύλισης λόγω χαμηλού φορτίου και φτωχής λίπανσης μικρής έκτασης ζώνη φόρτισης (επιβράδυνση στοιχείων κύλισης εκτός ζώνης και επιτάχυνση αυτών εντός ζώνης) γρήγορες εναλλαγές της ταχύτητας συμπτώματα... τραχύτητα επιφανειών (roughening) κυλίδες (spotted smear marks) διορθωτικά μέτρα... μείωση διάκενου (clearance) προφόρτιση (preload) επιλογή κατάλληλου λιπαντικού επιλογή ρουλεμάν ικανότητας χαμηλών φορτίων (lower load carrying capacity)
2. Τύποι βλαβών 9.ΑΞΟΝΙΚΗ ΣΥΜΠΙΕΣΗ (axial compression)... αιτία... λάθος εγκατάσταση (mounting) η αξονική χάρη (axial freedom of movement) δεν είναι ικανή να διαχειριστή τις θερμικές διαστολές συμπτώματα... απολέπιση (flaking) διορθωτικά μέτρα... έλεγχος προσαρμογής μεγαλύτερ χάρη εάν η θερμοκρασιακή διαφορά μεταξύ άξονα και φωλιάς δεν μπορεί να μειωθεί απολέπιση στη ζώνη φόρτισης ισχυρό αξονικό φορτίο έναντι του ακτινικού φορτίου
2. Τύποι βλαβών 10. ΜΗ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΙΣΜΕΝΑ ΡΟΥΛΕΜΑΝ (misalignment)... αιτία... απευθυγράμμιση βάσεων στήριξης λοξή εγκατάσταση λυγισμένοι άξονες (bent shafts) αγριάδα (burr) ή ακαθαρσίες (dirt) στον άξονα συμπτώματα... κυλινδρικά στοιχεία κύλισης απολέπιση στα άκρα των δακτυλίων σφαιρικά στοιχεία κύλισης διαγώνιοι σχηματισμοί σε αντιδιαμετρικές περιοχές αντιδιαμετρικά στον εσωτρικό δακτύλιο διορθωτικά μέτρα... επιδιόρθωση (rectify) των εδράσεων χρήση κατάλληλου εργαλείου εγκατάστασης στον εξωτρικό δακτύλιο
2. Τύποι βλαβών 11. ΜΕΓΑΛΗ ΑΝΟΧΗ (endplay)... αιτία... μικρή ζώνη φόρτισης μεγάλη χαλαρότητα μεταξύ στοιχείων κύλισης και δακτυλίων εκτός ζώνης φόρτισης αφόρτιστα στοιχεία κύλισης εισέρχονται εντός της ζώνης φόρτισης και εκτίθονται απότομα σε μεγάλα φορτία συμπτώματα... ολίσθηση και στρέβλωση των στοιχείων κύλισης εντός και εκτός της ζώνης φόρτισης (skidding and skewing) έντονη κινητικότητα και κρούσεις στους δακτυλίους των στοιχείων κύλισης κοίλανση των δακτυλίων (scalloping) φθορά του κλωβού (cage) διορθωτικά μέτρα... επιλογή ρουλεμάν με μικρότερη ανοχή προφόρτιση
2. Τύποι βλαβών 12. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΕΚΚΕΝΩΣΕΙΣ(electric current)... αιτία... δημιουργία ηλεκτρικού τόξου (arching) λόγω: ακατάλληλης γείωσης φθαρμένων καλωδίων ακατάλληλης ή φθαρμένης μόνωσης χαλαρών τυλιγμάτων δρομέα ηλεκτρικού κινητήρα συμπτώματα... γκριζόμαυρες αυλακώσεις σε μεγάλη έκταση παράλληλα με το άξονα ζικ-ζακ καψίματα στους δακτυλίους τοπικά καψίματα στους δακτυλίους και τα στοιχεία κύλισης διορθωτικά μέτρα... χρήση ειδικών ρουλεμάν με μόνωση κατάλληλη γειώση παράκαμψη του ρεύματος από τα ρουλεμάν
2. Τύποι βλαβών: Φθορά από ηλεκτρικές εκκενώσεις 12. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΕΚΚΕΝΩΣΕΙΣ(electric current)...
3. Διάγνωση βλαβών με ανάλυση κραδασμών Vibration Analysis - Diagnosing a Bearing Defect (Real World) https://www.youtube.com/watch?v=g8h2afavgh0&list=plptev3jqpplwitq95koe2swnoebwbug2p Detecting bearing tones with vibration analysis https://www.youtube.com/watch?v=5mnylm0n6l0
3. Διάγνωση με ανάλυση κραδασμών: Χαρακτηριστικές συχνότητες βλάβης D m D BD d d i d o D m =1/2*(d i + d o ) n...πλήθος στοιχείων κύλισης f r... ταχύτητα περιστροφής α... γωνία επαφής Χαρακτηριστικές συχνότητες βλάβη ης Φθαρμένος εξωτερικός δακτύλιος... Φθαρμένος εσωτερικός δακτύλιος... Φθαρμένος κλωβός... Φθαρμένα στοιχεία κύλισης... α
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Μηχανισμός Βλάβης F R Σημειακή φθορά Επιταχυνσιόμετρο F c B f shaft Q o Ζώνη φόρτισης
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Μηχανισμός Βλάβης FR Σημειακή φθορά Επιταχυνσιόμετρο Αποσβενόμενος κρουστικός παλμός Fc B fshaft Qo 1/fn Α1 Ζώνη φόρτισης Ε1 χρόνος [sec] fn... διεγηρόμενη ιδιοσυχνότητα Ε1... ενέργεια παλμού και Α1... μέγιστο πλάτος
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Μηχανισμός Βλάβης σταθερό σημείο φθοράς εντός ζώνης φόρτισης FR όπου Εi... ενέργεια παλμών και Αi... μέγιστο πλάτος Α1 ~ Α2 και... Fc B fshaft Ε1 ~ Ε2 Qo 1/fn 1/fn Α1 Α2 είναι: ΔΤο = 1/BPFO χωρίς ολίσθηση ισχύει... ΔΤ1 = ΔΤο Ε1 Ε2 ΑΛΛΑ λόγω ολίσθησης... ΔΤ1 ~ 1/BPFO ή ΔΤ1 ~ 1/BPFO ΔΤ1 = ΔΤο ± dt1(slip) όπου dt1(slip) έως 2% ΔΤο
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Μηχανισμός Βλάβης σταθερό σημείο φθοράς εντός ζώνης φόρτισης FR ΔΤ1 ~ ΔΤ2 ~ 1/BPFO όπου ΔΤ1 = 1/BPFO ± dt1(slip) ΔΤ2 = 1/BPFO ± dt2(slip) και dtj(slip) έως (1/BPFO)*2% Α1 ~ Α2 ~ Α3 και... Ε1 ~ Ε2 ~ Ε3 Fc B fshaft Qo 1/fn 1/fn 1/fn Α1 Α2 Α3 Ε1 Ε2 Ε3 ΔΤ1 ΔΤ2
4. Φθορά στοιχείου κύλισης ρουλεμάν: Μηχανισμός βλάβης κραδασμοί... θερμογραφία... Φθορά
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Ανάλυση απόκρισης διαμορφομένο κατά πλάτος σήμα ~ 1/BPFO ~ 1/BPFO ~ 1/BPFO ~ 1/BPFO ~ 1/BPFO ~ 1/BPFO 1/fn πεδίο χρόνου Α χρόνος [sec] ʄ fn BPFO 2*BPFO fn - 2*BPFO fn-bpfo fn+bpfo fn + 2*BPFO πεδίο συχνότητας 0 συχνότητα [Hz]
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Διαμόρφωση κατά πλάτος ~ 1/BPFO AITIO... διαμορφώνον σήμα Α1 1/fn χρόνος [sec] ʄ 0 BPFO Α2 συχνότητα [Hz] ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ... φέρον σήμα 0 fn ~ 1/BPFO ~ 1/BPFO ~ 1/BPFO ~ 1/BPFO ~ 1/BPFO ~ 1/BPFO 1/fn ΑΠΟΚΡΙΣΗ... διαμορφομένο χρονικό σήμα χρόνος [sec] ʄ Α1/2 Α2 Α1/2 συχνότητα [Hz] 0 fn-bpfo fn fn+bpfo
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Ανάλυση απόκρισης 1 0.5 0-0.5-1 0.06 1/f n1 fn1 0.04 0.02 0 1.5 1 0.5 0-0.5-1 1/f n3 1/f n2 0.1 0.05 0 f n2 f n3
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Ανάλυση απόκρισης Είσοδος στοιχείου κύλισης σε φθαρμένη περιοχή: παράγει χαμηόσυχνο σήμα χαμηλής ενέργειας Έξοδος στοιχείου κύλισης από φθαρμένη περιοχή: παράγει υψίσυχνο σήμα υψηλής ενέργειας
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Διεγηρόμενη ιδιοσυχνότητα Χρονικές συναρτήσεις (πεδίο χρόνου) ʄ Φάσμα (πεδίο συχνότητας) ΔΕΝ εμφανίζεται στο φάσμα η διεγηρόμενη ιδιοσυχνότητα fn ΑΛΛΑ το πλησιέστερο ακέραιο πολλαπλάσιο της συχνότητας BPFO σε αυτήν
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Διεγηρόμενη ιδιοσυχνότητα f n kbpfo 1 f shaft_1 BPFO 1 fn ~ kbpfo 1 kbpfo 2 (k+1)bpfo 2 f shaft_2 BPFO 2 kbpfo 2 < fn < (k+1)bpfo 2
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Ολίσθηση Αιτία... οι διαφορετικές ταχύτητες μεταξύ των στοιχείων κύλισης και των δακτυλίων. ακτινικό φορτίο Στοιχείο κύλισης τριβή εξωτερικός δακτύλιος φωλιά Το ακτινικό φορτίο είναι ανεπαρκές να αναπτύξει κατάλληλη δύναμη τριβής μεταξύ του στοιχείου κύλισης και της επιφάνειας του δακτυλίου που να υπερνικά τις ελκτικές δυνάμεις. Ως εκ τούτου, συνεχείς ολισθήσεις μεταξύ των επιφανειών επαφής μπορούν να οδηγήσουν σε απόξεση (γδάρσιμο), η οποία οξειδώνεται και διάβρωνεται λόγω του οξυγόνου.
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Ολίσθηση
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Ολίσθηση Δίχως ολίσθηση Χρονική κυματομορφή μετρούμενου σήματος 1 Φάσμα ακατέργαστου σήματος Φάσμα αποδιαμορφωμένου σήματος Με ολίσθηση έως 0,75% 0.5 0 0 10 KHz 10 KHz 0 0 500 Hz 500 Hz
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Αποδιαμόρφωση ακατέργαστο μετρούμενο σήμα x R (t) ʄ Ζωνοπερατό φίλτρο Hz Ζωνοπερατό φίλτρο ~ 1000 FL ΔF2 ΔF1 FH order 1 < order 2 ΔF1 > ΔF2 φιλτραρισμένο σήμα x F (t) Hilbert transform 1/BPFO ʄ BPFO 2*BPFO 3*BPFO 4*BPFO Hz aποδιαμορφωμένο σήμα (envelope) ~ 1000
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Εξέλιξη βλάβης Χρονική κυματομορφή (πεδίο χρόνου) Φάσμα (πεδίο συχνότητας) Κύρτωση ʄ...............
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου: Εξέλιξη βλάβης - Χρονικοί δείκτες PEAK RMS απόκριση ρουλεμάν Crest Factor
4. Φθορά ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου: παρατήρηση διαδρομή ταλάντωσης ισχυρό σήμα 2 1 σημειακή φθορά 1. Εξωτερικός δακτύλιος 2. Σώμα φωλιάς εδράνου
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Μηχανισμός Βλάβης F R Σημειακή φθορά F c Επιταχυνσιόμετρο B f shaft Q o Ζώνη φόρτισης
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Μηχανισμός Βλάβης FR Ε1... ενέργεια παλμού και Fc Επιταχυνσιόμετρο Α1... μέγιστο πλάτος B fshaft Qo Ζώνη φόρτισης Α1 1/fn Αποσβενόμενος κρουστικός παλμός μακρυά από το μέγιστο φορτίο της ζώνης φόρτισης Ε1 fn... διεγηρόμενη ιδιοσυχνότητα παλμός μικρής ισχύος
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Μηχανισμός Βλάβης FR ΔΤ1 ~ 1/BPFΙ όπου ΔΤ1 = 1/BPFI ± dt1(slip) και dtj(slip) έως (1/BPFI)*2% Fc B fshaft περιστρεφόμενο σημείο φθοράς εντός ζώνης φόρτισης Qo 1/fn 1/fn Α1 Α2 και Ε1 Ε2 Α1 Ε1 ΔΤ1 Α2 Ε2 μακρυά από το μέγιστο φορτίο της ζώνης φόρτισης κοντά στο μέγιστο φορτίο της ζώνης φόρτισης Α1 <Α2 και Ε1 <Ε2
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Μηχανισμός Βλάβης Fc FR ΔΤ1 ~ ΔΤ2 ~ 1/BPFΙ όπου ΔΤ1 = 1/BPFΙ ± dt1(slip) ΔΤ2 = 1/BPFΙ ± dt2(slip) και dtj(slip) έως (1/BPFΙ)*2% B fshaft Qo περιστρεφόμενο σημείο φθοράς εντός ζώνης φόρτισης 1/fn 1/fn 1/fn Α1 Α2 Α3 Ε1 Ε2 Ε3 Α1 Α2 Α 3 και Ε1 Ε2 Ε3 ΔΤ1 ΔΤ2
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Μηχανισμός Βλάβης FR περιστρεφόμενο σημείο φθοράς εκτός ζώνης φόρτισης Fc B fshaft αμελητέας ή μηδενικής ισχύος κρουστικοί παλμοί Qo 1/fshaft 1 περιστροφή 1/fn 1/fn 1/fn Ε1 Ε2 Ε3 ΔΤ1 ΔΤ2
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Μηχανισμός Βλάβης διπλά διαμορφομένο κατά πλάτος σήμα 1/f shaft 1/f shaft πεδίο χρόνου ~ 1/BPFI ~ 1/BPFI 1/fn χρόνος [sec] ʄ fn πεδίο συχνότητας 2x -1x +1x 1x BPFI -1x +1x 2*BPFI -1x +1x -1x +1x -1x - 2*BPFI -BPFI +1x -1x +BPFI +1x -1x + 2*BPFI +1x 0 συχνότητα [Hz]
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Διεγηρόμενη ιδιοσυχνότητα 1/fshaft συνάρτηση Stribeck: περιγράφει ζώνη φόρτισης A 1/BPFI sec A συνάρτηση dirac: περιγράφει δύναμη κρούσης A 1/BPFI sec ένταση δυνάμεων κρούσης συναρτήσει του φορτίου sec
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Διεγηρόμενη ιδιοσυχνότητα Χρονικές συναρτήσεις (πεδίο χρόνου) ʄ Φάσμα (πεδίο συχνότητας) ΔΕΝ εμφανίζεται στο φάσμα η διεγηρόμενη ιδιοσυχνότητα fn ΑΛΛΑ το πλησιέστερο ακέραιο πολλαπλάσιο της συχνότητας BPFO σε αυτήν
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Διαμόρφωση κατά πλάτος ΑΠΟΚΡΙΣΗ... διαμορφομένο χρονικό σήμα ʄ Α3 Α2/2 Α2/2 Α1/4 Α1/4 Α1/4 Α1/4 συχνότητα [Hz] 0-1x -BPFI +1x -1x fn +1x -1x +BPFI +1x
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Εξέλιξη βλάβης Χρονική κυματομορφή (πεδίο χρόνου) Φάσμα (πεδίο συχνότητας) Κύρτωση ʄ...............
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Αποδιαμόρφωση ακατέργαστο μετρούμενο σήμα x R (t) ʄ Ζωνοπερατό φίλτρο Hz Ζωνοπερατό φίλτρο ~ 1000 FL ΔF2 ΔF1 FH order 1 < order 2 ΔF1 > ΔF2 φιλτραρισμένο σήμα x F (t) Hilbert transform ʄ 1x BPFI 2*BPFI aποδιαμορφωμένο σήμα 1 (envelope) ~ 1000 Hz
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: Αποδιαμόρφωση aποδιαμορφωμένο σήμα 1 Hilbert transform ʄ 1x 2x 3x aποδιαμορφωμένο σήμα 2 ~ 1000 Hz
5. Φθορά ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ δακτυλίου ρουλεμάν: παρατήρηση διαδρομή ταλάντωσης ασθενές σήμα 7 6 σημειακή φθορά 5 4 2 1 3 1. Εσωτερικός δακτύλιος 2. Μεμβράνη λιπαντικού 3. Στοιχείο κύλισης 4. Κλωβός 5. Μεμβράνη λιπαντικού 6. Εξωτερικός δακτύλιος 7. Σώμα φωλιάς εδράνου
6. Φθαρμένα στοιχεία κύλισης
6. Φθορά στοιχείου κύλισης: Μηχανισμός βλάβης σημειακής φθοράς F R ο κλωβός περιστρέφεται με συχνότητα FTF ~ ½* fshaft Σημειακή φθορά F c Επιταχυνσιόμετρο B f shaft Q o περιστροφή στοιχείου κύλισης γύρω από τον άξονά του (spin) Ζώνη φόρτισης
6. Φθορά στοιχείου κύλισης: Μηχανισμός βλάβης σημειακής φθοράς FR ο κλωβός περιστρέφεται με συχνότητα FTF ~ ½* fshaft Fc Επιταχυνσιόμετρο B fshaft Ε1... ενέργεια παλμού και Α1... μέγιστο πλάτος Qo Ζώνη φόρτισης 1/fn Α1 Ε1 περιστροφή στοιχείου κύλισης γύρω από τον άξονά του (spin) Αποσβενόμενος κρουστικός παλμός fn... διεγηρόμενη ιδιοσυχνότητα
6. Φθορά στοιχείου κύλισης: Μηχανισμός βλάβης σημειακής φθοράς FR ΔΤ1 ~ 1/(2*BSF) όπου ΔΤ1 = 1/(2*BSF) ± dt1(slip) και dtj(slip) έως [1/(2*BSF)]*2% Fc B fshaft περιστρεφόμενο σημείο φθοράς εντός ζώνης φόρτισης Qo 1/fn 1/fn Α1 Α2 και Ε1 Ε2 Α1 Ε1 Α2 Ε2 μακρυά από το μέγιστο φορτίο της ζώνης φόρτισης Α1 <Α2 και ΔΤ1 πλησιέστερα στο μέγιστο φορτίο της ζώνης φόρτισης Ε1 <Ε2
6. Φθορά στοιχείου κύλισης: Μηχανισμός βλάβης σημειακής φθοράς Fc FR ΔΤ1 ~ ΔΤ2 ~ 1/(2*BSF) όπου ΔΤ1 = 1/(2*BSF) ± dt1(slip) ΔΤ2 = 1/(2*BSF) ± dt2(slip) και dtj(slip) έως [1/(2*BSF)]*2% B fshaft 1/fn 1/fn Qo 1/fn περιστρεφόμενο σημείο φθοράς εντός ζώνης φόρτισης Α1 Ε1 ΔΤ1 Α2 Ε2 ΔΤ2 Α3 Ε3 Α1 Α2 Α 3 και Ε1 Ε2 Ε3
6. Φθορά στοιχείου κύλισης: Μηχανισμός βλάβης σημειακής φθοράς FR ΔΤ1 ~ ΔΤ2 ~ ΔΤ3 ~ 1/(2*BSF) όπου ΔΤ1 = 1/(2*BSF) ± dt1(slip) ΔΤ2 = 1/(2*BSF) ± dt2(slip) Fc B fshaft ΔΤ3 = 1/(2*BSF) ± dt3(slip) και dtj(slip) έως [1/(2*BSF)]*2% 1/fn 1/fn Qo 1/fn 1/fn περιστρεφόμενο σημείο φθοράς εντός ζώνης φόρτισης Α1 Ε1 Α2 Ε2 Α3 Ε3 Α4 Ε4 Α1 Α2 Α 3 Α 4 και Ε1 Ε2 Ε3 Ε 4 ΔΤ1 ΔΤ2 ΔΤ3
6. Φθορά στοιχείου κύλισης: Μηχανισμός βλάβης σημειακής φθοράς FR ΔΤ1 ~ ΔΤ2 ~ ΔΤ3 ~ ΔΤ4 ~ 1/(2*BSF) όπου ΔΤ1 = 1/(2*BSF) ± dt1(slip) ΔΤ2 = 1/(2*BSF) ± dt2(slip) Fc B fshaft ΔΤ3 = 1/(2*BSF) ± dt3(slip) ΔΤ4 = 1/(2*BSF) ± dt4(slip) και dtj(slip) έως [1/(2*BSF)]*2% Qo περιστρεφόμενο σημείο φθοράς εντός ζώνης φόρτισης Α1 Ε1 1/fn Α2 Ε2 1/fn Α3 Ε3 1/fn Α4 1/fn Ε4 Α5 Ε5 1/fn Α1 Α2 Α 3 Α 4 Α 5 και Ε1 Ε2 Ε3 Ε 4 Ε 5 ΔΤ1 ΔΤ2 ΔΤ3 ΔΤ4
6. Φθορά στοιχείου κύλισης: Μηχανισμός βλάβης σημειακής φθοράς FR Fc περιστρεφόμενο σημείο φθοράς εκτός ζώνης φόρτισης B fshaft αμελητέας ή μηδενικής ισχύος κρουστικοί παλμοί Qo 1/fn 1/fn 1/fn 1/fn 1/fn Α1 Ε1 Α2 Ε2 Α3 Ε3 Α4 Ε4 Α5 Ε5 ΔΤ1 ΔΤ2 ΔΤ3 ΔΤ4
6. Φθορά στοιχείου κύλισης: Μηχανισμός βλάβης σημειακής φθοράς διπλά διαμορφομένο κατά πλάτος σήμα 1/FTF 1/FTF πεδίο χρόνου ~ 1/(2BSF) ~ 1/(2BSF) 1/fn χρόνος [sec] ʄ fn πεδίο συχνότητας FTF 2FTF -FTF +FTF 2BSF -FTF 2*(2BSF) +FTF -FTF - 2*(2BSF) +FTF -FTF -2BSF +FTF -FTF +FTF -FTF +FTF +2BSF -FTF + 2*(2BSF) +FTF 0 συχνότητα [Hz]
6. Φθορά στοιχείου κύλισης ρουλεμάν: Διαμόρφωση κατά πλάτος ΑΠΟΚΡΙΣΗ... διαμορφομένο χρονικό σήμα ʄ Α3 Α2/2 Α2/2 Α1/4 Α1/4 Α1/4 Α1/4 συχνότητα [Hz] 0 -FTF -BSF +FTF -FTF fn +FTF -FTF +BSF +FTF
6. Φθορά στοιχείου κύλισης ρουλεμάν: Εξέλιξη φθοράς Χρονική κυματομορφή (πεδίο χρόνου) Φάσμα (πεδίο συχνότητας) Κύρτωση ʄ...............
6. Φθορά στοιχείου κύλισης ρουλεμάν: Αποδιαμόρφωση ακατέργαστο μετρούμενο σήμα x R (t) ʄ Ζωνοπερατό φίλτρο Hz Ζωνοπερατό φίλτρο ~ 1000 FL ΔF2 ΔF1 FH order 1 < order 2 ΔF1 > ΔF2 φιλτραρισμένο σήμα x F (t) Hilbert transform ʄ FTF 2BSF 2*(2BSF) aποδιαμορφωμένο σήμα 1 (envelope) ~ 1000 Hz
6. Φθορά στοιχείου κύλισης ρουλεμάν: Αποδιαμόρφωση aποδιαμορφωμένο σήμα 1 Hilbert transform ʄ FTF 2*FTF 3*FTF aποδιαμορφωμένο σήμα 2 ~ 1000 Hz
7. Φθορά κλωβού ρουλεμάν
7. Φθορά κλωβού: Μηχανισμός βλάβης ΣΠΑΝΙΑ!!! Fc Απώλεια υλικού κλωβού (ανομοιομορφία μάζας) Μεγάλο διάκενο fshaft ΑΖΥΓΟΣΤΑΘΜΙΑ (χαμηλόσυχνο φαινόμενο) Qo ΣΥΝΗΘΩΣ!!! Αναπτύσσεται παράλληλα με φθορές σε άλλα στρεφόμενα στοιχεία του ρουλεμάν (στοιχεία κύλισης, δακτύλιοι) mm/sec rms FTF 2*FTF 3*FTF 4*FTF Hz ~ 1000
7. Φθορά κλωβού: Μηχανισμός βλάβης εξωτερική διέγερση ακτινικό φορτίο Υγειές ρουλεμάν κατάλληλο διάκενο δ ο ʄ f external 1000 Hz
7. Φθορά κλωβού: Μηχανισμός βλάβης ακτινικό φορτίο Fr ΔT=(1/FTF)/2 Fr φθορά κλωβού αύξηση διακένου (clearance) a. μείωση ακαμψίας (stiffness) b. αύξηση κινητικότητας άξονα στην ακτινική κατεύθυνση (mobility) Fc Fc 1/FTF 1/f external 2 FTF 1 στοιχείο κύλισης δ 1 > δ ο f external 1000 Hz... 1/(2* FTF)
7. Φθορά κλωβού: Μηχανισμός βλάβης 1/f external 2 FTF 1 στοιχείο κύλισης δ 1 > δ ο 1000 Hz... f external 1/f external 2 FTF 2 στοιχεία κύλισης δ 2 > δ 1 1000 Hz... f external 1/FTF 1/f external 2 FTF 3 στοιχεία κύλισης δ 3 > δ 2 1/(2* FTF) 1000 Hz... f external
8. Μη ευθυγραμμισμένο ρουλεμάν
8. Μη ευθυγραμμισμένο ρουλεμάν
8. Μη ευθυγραμμισμένο ρουλεμάν Απευθυγραμμισμένος εσωτερικός δακτύλιος Σε κάθε περιστροφή του άξονα παρουσιάζεται μια ασταθής κίνηση (wobble) από τη μια πλευρά στην άλλη. Αυτός ο κραδασμός αυξάνει τα πλάτη των 1Χ και 2Χ αρμονικών στην αξονική κατεύθυνση (ομοιότητα μα κακή ευθυγράμμιση). Η χρονική κυματομορφή δεν είναι ενδεικτική (ημιτονοειδής μορφή). Απαραίτητη ανάλυση φάσης: σε 4 σημεία περιμετρικά του άξονα πάνω στη φωλά. Η διαφορά φάσης σε αντιδιαμετρικές θέσεις στην αξονικήκατεύθυνσηθαπρεπειναείναι 180 ο.
8. Μη ευθυγραμμισμένο ρουλεμάν Απευθυγραμμισμένος εξωτερικός δακτύλιος Σε κάθε περιστροφή του άξονα παρουσιάζεται μια ασταθής κίνηση (wobble) από τη μια πλευρά στην άλλη. Αυτός ο κραδασμός αυξάνει τα πλάτη των 1Χ και 2Χ αρμονικών στην αξονική κατεύθυνση (ομοιότητα μα κακή ευθυγράμμιση). Η χρονική κυματομορφή δεν είναι ενδεικτική (ημιτονοειδής μορφή). Απαραίτητη ανάλυση φάσης: σε 4 σημεία περιμετρικά του άξονα πάνω στη φωλά. Η διαφορά φάσης εξαρτάται από τον τρόπο απευθυγραμμίας του εξωτερικού δακτυλίου. Έτσι, σε αντιδιαμετρικές θέσεις στην αξονική κατεύθυνση θα ΠΡΕΠΕΙναείναι 180 ο.
9. Βιομηχανική εφαρμογή
9. Βιομηχανική εφαρμογή D C B A Sampling rate f s : 8,33 KHz # samples P: 4096 f shaft ~ 1050 rpm ή 17,5 Hz BPFΟ TH ~ 142 Hz Bearing: 22220 EK 10 5 G's rms 0-5 -10 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 sec
9. Βιομηχανική εφαρμογή 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Hz BPFO m ~ 135 Hz G's rms Hz 0.2 0.15 0.1 0.05 0 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Hz G's rms 8* BPFO m 10* BPFO m 11* BPFO m 12* BPFO m 13* BPFO m 14* BPFO m - 2 BPFO m fn = 1351 + BPFO m + 2 BPFO m + 3 BPFO m + 4 BPFO m
9. Βιομηχανική εφαρμογή 1/BPFO ~ 1/135 Hz = 0,0074 sec 10 5 G's rms 0-5 10-10 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 sec 0,0075 sec 0,0609 sec 0,0684 sec 5 G's rms 0-5 ολίσθηση ~ ( 0,0074-0,0075 / 0,0074 )* 100 = 1,35% -10 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 sec
9. Βιομηχανική εφαρμογή 10 5 G's rms 0-5 -10 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 sec G's rms 4 2 0-2 0,0688 sec 0,0695 sec 0,0702 sec 0,0709 sec -4-6 0.065 0.07 0.075 0.08 sec 1/fn = 0,0007 sec fn ~ 1428 Hz
9. Βιομηχανική εφαρμογή Ακατέργαστο σήμα Βαθυπερατό φίλτρο (1000 2000 Hz) 10 0.2 G's rms 5 0-5 G's rms 0.15 0.1 0.05-10 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 sec Φιλτραρισμένο σήμα Φιλτράρισμα 5 0.25 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Hz 0.2 G's rms 0 G's rms 0.15 0.1-5 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 sec 7 6 Αποδιαμορφωμένο σήμα 0.05 Αποδιαμόρφωση (Hilbert) 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Hz G's rms 5 4 3 2 1 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 sec G's rms 0.2 0.1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Hz
9. Βιομηχανική εφαρμογή 1/BPFO ~ 0,0074 sec 0.3785 sec 0.3859 sec ʄ 0.2 0.1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Hz G's rms BPFO 2 BPFO 3 BPFO 4 BPFO 5 BPFO 6 BPFO
Αναφορές Cocked bearing http://www.mobiusinstitute.com/site2/item.asp?linkid=10008&ivibe=1&stitle=analysis Definitions http://www.mobiusinstitute.com/site2/item.asp?linkid=8026&ivibe=1&stitle=cocked bearing http://www.mobiusinstitute.com/site2/item.asp?linkid=8027&ivibe=1&stitle=cocked bearing Fag roller bearing damages http://www.slideshare.net/mhzin68/fag-roller-bearing-damages-excellent Bearing wear by current (video) http://www.ina.de/content.ina.de/en/branches/industry/railway/products_railway/traction_motor_ge arbox_bearings/traction_motor_gearbox_bearings.jsp Bearing slip http://www.maiwald-engineering.de/en/core_competencies.htm Bearings https://qualitybearings.wordpress.com/2010/08/31/bearing-load-type/ Detecting Bearing Faults http://reliabilityweb.com/index.php/articles/detecting_bearing_faults_-_part_3/ Monition http://www.monition.com/shaft-alignment-training.html
Αναφορές Bearing Failure Mechanisms.mp4 https://www.youtube.com/watch?v=apomlsqgk7w https://www.youtube.com/watch?v=xsjfeqpmsau Detecting bearing tones with vibration analysis https://www.youtube.com/watch?v=5mnylm0n6l0
Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Εργαστήριο Δυναμικής & Κατασκευών Δρ.ΑντωνιάδηςΙ..... antogian@central.ntua.gr Δρ.ΓιακόπουλοςΧ.... chryiako@central.ntua.gr