Как по дрожанию корпуса узнать, что разбалансировано колесо, перекошен вал или появилась раковина в подшипнике? Добавляй неисправности насосу, смотри на сигнал и его спектр и сравнивай уровень с зонами ISO 10816.
Датчик на корпусе подшипника записывает, как корпус дрожит. Сам сигнал похож на запутанную кривую: в нем смешаны все причины сразу. Математика Фурье раскладывает его на синусоиды и показывает спектр: столбики на разных частотах. Тяжелое место на колесе дает пик на частоте вращения, перекос валов дает пик на двойной частоте, раковина на кольце подшипника дает удары с частотой, которую можно заранее посчитать по размерам подшипника. А общий уровень вибрации сравнивают с нормой ISO 10816 и понимают, можно ли еще работать.
Вибродиагност держит в голове три вещи: на какой частоте крутится вал, на какой частоте должен стучать дефект подшипника и какой общий уровень допустим. Числа под формулами берутся из опыта.
Где искать дисбаланс и расцентровку?
Обороты в минуту делим на 60 и получаем обороты в секунду, то есть герцы. Дисбаланс дает пик на f, потому что тяжелое место тянет вал один раз за оборот. Расцентровка гнет муфту дважды за оборот и дает пик на 2f.
С какой частотой стучит раковина на кольце?
Сепаратор с телами качения катится медленнее вала, примерно на 40 % от его оборотов. Каждое тело по очереди наезжает на раковину, поэтому число ударов в секунду равно числу тел, умноженному на частоту, с которой они проходят мимо неподвижной точки.
Можно ли работать дальше?
Возводим каждый отсчет скорости в квадрат, усредняем и извлекаем корень. Это одно число про всю вибрацию сразу. Его сравнивают с границами зон A, B, C, D из ISO 10816 для своего класса машины и фундамента.
Представь, что вал вращает внутреннее кольцо, а наружное стоит. Центр шарика лежит посередине между кольцами, его скорость равна половине скорости точки внутренней дорожки. Поэтому сепаратор вращается примерно вдвое медленнее вала, точнее с частотой f/2·(1 − d/D·cos φ).
Мимо одной точки наружного кольца за оборот сепаратора проходят все nт тел. Умножаем и получаем BPFO. Для обычного подшипника BPFO ≈ 0,4·nт·f, а частота дефекта внутреннего кольца ≈ 0,6·nт·f: там тела бегут навстречу вращению.
Как сигнал раскладывается на синусоиды, разобрано в теме «Ряд Фурье», а почему корпус звенит на своей частоте, в теме «Гармонический осциллятор».
Шаровые мельницы, грохоты, пульповые насосы, конвейеры. Вибродиагност раз в месяц обходит маршрут с прибором, а на главных агрегатах стоят постоянные датчики.
На карьерных самосвалах вибрацию редуктора мотор-колеса снимают на стенде или в движении. Пик на частоте зацепления выдает износ зубьев раньше, чем стружка в масле.
Двигатель с насосом после ремонта проверяют сразу: пик 2x говорит, что центровку сделали плохо, и муфта с подшипниками изнашиваются в несколько раз быстрее.
Вентиляторы радиаторов и рабочие колеса насосов балансируют прямо на месте: прибор показывает величину и угол пика 1x, а наладчик ставит грузик напротив тяжелого места.
У поршневых и аксиально-поршневых машин свои частоты: число поршней на частоту вращения. Рост этих пиков говорит об износе распределителя или клапанов.
Стиральная машина на отжиме прыгает от дисбаланса белья, автомобиль с несбалансированным колесом трясет руль на определенной скорости. Это тот же пик 1x.
Сигнал синтезирован, а не измерен: синусоиды 1x и 2x, затухающие удары по дефекту с частотой BPFO и нормальный шум. Удары возбуждают резонанс корпуса около 330 Гц; в жизни эту область разбирают методом огибающей, которого в опыте нет. Спектр считается прямым ДПФ по 1024 отсчетам за 1 с с окном Ханна, поэтому разрешение 1 Гц, и пики немного размыты. Границы зон взяты из ISO 10816-3 для машин мощностью 15–300 кВт; сейчас стандарт заменен на ISO 20816-3 с теми же по смыслу зонами. Проскальзывание тел качения не учтено: реальная BPFO бывает на 1–2 % ниже расчетной.