Вибрация подшипников

Вибрации подшипников являются одним из главных индикаторов технического состояния вращающихся механизмов. Их своевременная диагностика позволяет не только избежать серьезных аварий, но и оптимизировать плановую замену узлов, снижая расходы на ремонт. Разберем, какие существуют нормы вибраций, что влияет на их уровень, как проводить измерения и какие признаки указывают на наличие дефектов.

Уровни вибрации подшипников: нормы и допуски

Вибрации принято оценивать по амплитуде и частоте колебаний. Нормируемые значения уровня зависят от скорости вращения вала, диаметра подшипников и типа конструкции — например, подвесной или опорный подшипник.

Согласно актуальным требованиям ГОСТ 34905.1-2022 (ISO 15242-1:2015), допустимые уровни вибрации машин различной мощности и скорости определяются исходя из их назначения, конструкции и условий эксплуатации.

Для новых подшипников качения предельно допустимый уровень вибрации обычно находится в диапазоне от 0,7 до 2,8 мм/с по эффективному значению виброскорости. Конкретное значение зависит от класса точности, диаметра и скорости вращения вала. По мере износа узлов допустимые уровни могут плавно увеличиваться, что учитывается при регламенте технического обслуживания.

Обратите внимание! Для тяжелых условий эксплуатации допустимые значения могут увеличиваться.

Факторы, влияющие на вибрацию подшипников

На повышение вибрации в подшипниках влияет множество факторов:

1. Износ тел качения. Поверхностные повреждения тел качения увеличивают трение и вызывают неравномерные силы, влияя на стабильность вращения вала.
2. Разбалансировка ротора. Неправильная центровка ротора относительно оси вала приводит к росту колебательных нагрузок и появлению вибрации.
3. Деформация посадочных мест. Износ посадочных поверхностей приводит к люфтам, увеличению амплитуды колебаний.
4. Нарушение условий смазки. Недостаток или загрязнение смазки вызывает перегрев и ускоренный износ, от чего вибрации усиливаются.
5. Внешние силы. Нагрузки от сопряженных узлов также усиливают вибрационные проявления.
6. Конструктивные особенности. Тип подвесного или опорного подшипника, его размеры и способ крепления влияют на динамические характеристики механизма.

Эти причины могут появляться как поодиночке, так и в комплексе, значительно снижая ресурс узла.

Нормы и допустимые уровни вибрации: ГОСТы

Согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 34905.1-2022 (ISO 15242-1:2015), допустимые уровни вибрации для машин различной мощности и скорости регламентированы в зависимости от их назначения и условий эксплуатации.

Основной критерий оценки состояния механизма — вибрационная скорость в диапазоне частот от 10 до 1000 Гц. По данным измерениям вибрации определяют, в каком состоянии находится оборудование: исправном, предаварийном или требующем немедленного ремонта.

Например, для механизмов со скоростью вращения до 1500 об/мин. пределы норм таковы:

• до 1,12 мм/с — нормальное состояние;
• от 1,12 до 2,8 мм/с — предельное состояние;
• более 2,8 мм/с — аварийное состояние.

Точные данные зависят от мощности, типа ротора, конструкции подшипникового узла и других факторов.

Методы измерения вибрации

Контроль вибраций в подшипниках основан на применении специализированных устройств — виброанализаторов и датчиков, измеряющих ускорение, скорость или смещение. Эти приборы фиксируют как общие параметры вибрационного состояния, так и детальные характеристики, позволяющие выявить ранние признаки дефектов.

Ключевые методы измерения вибраций:

1. Измерение виброскорости — наиболее часто используемый способ, обеспечивающий оценку общего состояния оборудования по эффективной скорости колебаний.
2. Измерение виброускорения — применяется для выявления высокочастотных процессов, возникающих при повреждении элементов качения.
3. Измерение вибросмещения — эффективен для обнаружения низкочастотных расстройств работы ротора и дисбалансов.

Расширенные методы анализа:

1. Спектральный анализ — позволяет разложить вибрационный сигнал на составляющие частоты. По характеру спектра можно выявить дефекты в подшипниках, определить частоты вращения и резонансные явления.
2. Анализ формы сигнала вибрации — изучает характер колебаний во времени, выявляя типовые признаки таких проблем, как задиры, трещины или усталостный износ.
3. Оценка собственных частот подшипников — помогает диагностировать изменения в конструкции и утрату жесткости элементов, когда собственные частоты начинают смещаться.
4. Термография — инфракрасное сканирование температурного поля оборудования позволяет вовремя обнаружить перегрев, указывающий на нарушения смазки или трение.
5. Контроль состояния смазки — проводится для определения нехватки или переизбытка смазочного материала, что прямо влияет на уровень вибрационных колебаний и ресурс работы узла.
6. Анализ пульсаций вибрации — отслеживает регулярные изменения амплитуды колебаний, что часто связано с повреждениями поверхности тел качения или дорожек.
7. Частотный анализ — определяет характерные частоты дефектов, например разрушение обоймы, износ тел качения или дефекты дорожек.
8. Анализ звуковых сигналов — позволяет выявлять аномальные шумы, появляющиеся при дефектах даже на начальных стадиях разрушения.

Современная диагностика сочетает сразу несколько подходов, что обеспечивает более точное выявление причин вибраций и позволяет своевременно принимать меры для предупреждения серьезных повреждений и замены подшипников. Уровень вибрации рекомендуется отслеживать при каждом плановом осмотре или ремонте, чтобы снизить риск преждевременных поломок.

Типичные признаки дефектов на спектре вибрации

При развитии дефектов наблюдаются характерные изменения спектра вибрации:

• повышение уровня вибрации на частотах, кратных скорости вращения вала;
• появление спектральных пиков на частотах, связанных с дефектами качения, в частности частоты вращения внутреннего и внешнего кольца, частоты контакта тел качения;
• наличие широкополосного шума (указывает на общее ухудшение состояния подшипника).
• всплески на гармониках частоты вращения ротора (свидетельствуют о развивающемся дефекте).

Для подшипников качения характерны сигналы с высокой амплитудой в области средних и высоких частот (от 500 Гц и выше).

Контроль вибрации подшипников — основной способ оценки их технического состояния. Понимание норм, факторов влияния, методов измерения и признаков дефектов позволяет значительно продлить ресурс оборудования и избежать внеплановых остановок. Соблюдение требований ГОСТ, регулярная диагностика и своевременная замена поврежденных узлов — залог надежности всей системы вращения.