Defekty łożysk – detekcja w spectrum

Poprzednia notka tyczyła się sposobów obliczania częstotliwości defektów łożysk. Tak, obliczenia to krok pierwszy. Ważniejszym jednak jest rozpoznanie i zdiagnozowanie odpowiednich częstotliwości w spektrum danego sygnału. Sprawa nie jest tak prosta jak mogłoby się wydawać: nie wystarczy jedynie dokonać transformaty FFT na naszym sygnale i zlokalizować czestotliwości odpowiadające odpowiednim defektom. Energia zawarta w tych komponentach nie jest na tyle duża aby wyraźnie wystawać ponad dużo głośniejsze składowe wibracji przez co ginie z pola widzenia w ich otoczeniu.

Jest jednak pewna właściwość przedmiotów, która pozwala na dużo łatwiejsze (co nie zawsze oznacza, że łatwe) znajdywanie oznak usterek. O właściwościach tych pisałem przy okazji charakteryzowania akcelerometrów – i chodzi tu o częstotliwości własne, tudzież rezonansowe przedmiotów. Trzeba wiedzieć, że sygnał o charakterze impulsowym pobudza bardzo szerokie spektrum częstotliwości. W tym samym czasie uderzenia powodowane defektami łożysk mają jak najbardziej charakter impulsowy właśnie – dynamiczny kontakt ‘metal o metal’ zawsze prowadzi do generacji impulsów. Dobra – rezonans, impuls, szerokie spektrum częstotliwości – podsumowuj powoli człowieku bo się gubię…

Załóżmy, że uszkodziła nam się kulka w łożysku. Pewna jej część ukruszyła się, w rezultacie czego powstała chropowata powierzchnia tam gdzię ubytek miał miejsce. Kulka obracając się uderza impulsowo (i okresowo) o ‘zdrową’ powierzchnię pierścieni łożyska. Generowany jest impuls. Impuls ten, gdy popatrzymy na wytworzoną wibrację w dziedzinie częstotliwości, pobudza szereg komponentów w całym dostępnym paśmie. Bardzo prawdopodobne, że w skład tych komponentów wchodzi częstotliwość rezonansowa np. akcelerometru lub obudowy łożyska. Jak wiemy z notki o rezonansie, ma on właściwość wzmacniania wszelkich częstotliwości, które znajdują się w jego regionie.

Czego mamy szukać w spektrum zatem ? Ano warto przyglądać się obszarowi rezonansu elementów maszyny i szukać równomiernie rozmieszczonych – w odległości odpowiadającej obliczonej częstotliwości defektu łożyska –  wystających ponad poziom szumu częstotliwości.

Jest jeszcze jedna ważna kwestia: modulacja amplitudy. Skup się. Sygnał o częstotliwości defektu pierścienia zewnętrznego nie będzie podlegał temu zjawisku, gdyż pierścień zewnętrzny nie przemieszcza się w trakcie pracy. Każdy kontakt jaki nastąpi (pomiędzy uszkodzoną powierzchnią pierścienia a ‘zdrową’ kulką) bedzie zawsze w tym samym miejscu więc akcelerometr (który naturalnie nie zmienia swej pozycji) bedzie odbierał sygnał z taką samą mocą i z tego samego kierunku. Inaczej ma się sprawa w przypadku pierścienia wewnętrznego który – osadzony na obracającym się wale – również podlega rotacji. Tutaj każdy kontakt między uszkodzoną powierzchnią pierścienia a kulką bedzie miał miejsce w innym punkcie obrotu wału przez co akcelerometer będzie odbierał sygnały z różnych miejsc i o różnym natężeniu. Z racji, że pierścień obraca się z częstotliwościa równą częstotliwości obrotu wału, komponenty widoczne w spektrum i odpowiadające defektowy pierścienia, będą modulowane prędkością wału co ukaże się w spektrum w formie wstęg bocznych. W przypadku defektu kulki będzie miała miejsce podobna modulacja jak w przypadku pierścienia wewnętrznego, jednak tym razem częstotliwości oddalone o obliczoną wartość BSF (patrz wzory w poprzedniej notce) będa modulowane przez FTF – gdyż dokładnie tyle czasu zajmuje jednej kulce przebycie pełnego cyklu wewnątrz łożyska.   Trochę to skomplikowane, wiem, ale zastanów się nad tym na spokojnie a na pewno zauważysz sens.

Szkic poniżej przedstawia opisane zależności modulacji kolejno dla BPFO, BPFI i BSF.  Odległości między poszczególnymi częstotliwościami w każdym z trzech przypadków na rysunku jest taka sama, jednak w rzeczywistości- zgodnie z opisem – bedzie ona zależała od obliczonych wartości częstotliwości defektów.