Ассоциация EAM
Ассоциация эффективного управления производственными активами

2.3. Вибрация механизмов

Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с.

Наиболее информативным методом получения данных о техническом состоянии механического оборудования в настоящее время является анализ параметров вибрационного сигнала. Для решения различного уровня практических и исследовательских задач используются:

  • анализ шумов механизмов;
  • измерение общего уровня вибрации;
  • измерение параметров вибрации;
  • анализ спектра вибрационного сигнала и анализ временных реализаций [8].

Предварительно рассмотрим природу возникновения механических колебаний на примере одномассовой системы (рисунок 2.6). Параметрами данной системы являются:

  • масса (m);
  • жёсткость (c);
  • коэффициент демпфирования (h).

Колебания системы возможны при воздействии силы (F), переменной относительно направления колебаний. Сила F может быть и постоянной, однако параметры контактирующих поверхностей могут служить причиной её периодического изменения. Например, сила тяжести при взаимодействии с изношенной поверхностью подшипника при вращении вала служит источником колебаний. Частотная характеристика колебаний укажет на характер повреждения.

Одномассовая система

Рисунок 2.6 – Одномассовая система

Параметры колебательного процесса определяются следующим уравнением, в котором k – частота собственных колебаний системы, ε – параметр, определяющий демпфирующие свойства системы:

Уравнение колебательного процессаПовреждения в механической системе могут приводить к изменению:

  • жёсткости (например, износ деталей, ослабление резьбовых соединений);
  • коэффициента демпфирования (в случае появления трещин);
  • воздействующих сил (при изменении шероховатости контактирующих поверхностей).

Вибрационные процессы можно разделить на стационарные (определённые во времени) и нестационарные (не определённые во времени). Стационарные процессы могут быть периодическими, гармоническими или полигармоническими и непериодическими – почти периодическими, переходными, а также случайными. Периодические колебания – колебания, при которых каждое значение колеблющейся величины повторяется через равные интервалы времени. Простейший периодический сигнал – гармоническое колебание.

Гармонические колебания – колебания, при которых значения колеблющейся величины изменяются во времени по закону синуса или косинуса (рисунок 2.7):

S(t) = A × sin(ω × t + φ),

где А – амплитуда колебаний; φ – начальная фаза колебаний; ω – угловая скорость.

Гармонический колебательный процесс

Рисунок 2.7 – Гармонический колебательный процесс

При гармонических колебаниях: А, φ, ω = сonst. При почти гармонических колебаниях: А, φ, ω – медленно меняющиеся функции времени, некоторые из них могут быть постоянными, некоторые возрастающими или убывающими. Например, амплитуда, угловая скорость при запуске либо при остановке механизма.

Полигармонические колебания могут быть представлены в виде суммы двух или более гармонических колебаний (гармоник), частоты гармоник кратны основной частоте (рисунок 2.8).

Полигармонический колебательный процесс

Рисунок 2.8 – Полигармонический колебательный процесс

Случайные процессы непредсказуемы по своим параметрам (частоте, амплитуде), но сохраняют свои статистические характеристики (среднее значение, дисперсию) на протяжении всего процесса наблюдения. Например: кавитация в проточной части насоса, шум работающего двигателя.

Нестационарные процессы разделяются на непрерывные и кратковременные. Это процессы, вероятностные характеристики которых являются функциями времени. Например: ударные процессы, проявление повреждений, трещин в процессе работы.

Вибрацию классифицируют:

  • по природе:
    • механическая;
    • аэрогидродинамическая;
    • электромагнитная;
    • электродинамическая);
  • по конструктивному узлу:
    • роторная;
    • лопаточная;
    • подшипниковая;
    • зубчатая.

Параметры периодических колебаний

  1. Частота вибраций:

    f = 1 / T (Гц),

    где Т – период (время полного цикла колебаний), с; ω = 2 × π × f – угловая скорость. Позволяет идентифицировать источник вибрации, повреждения.

  2. Виброперемещение S (мкм) – составляющая перемещения, описывающая вибрацию. Виброперемещение как диагностический параметр представляет интерес в тех случаях, когда необходимо знать относительное смещение элементов объекта или деформацию.
  3. Виброскорость V (мм/с) – производная виброперемещения по времени. Виброскорость используют при определении технического состояния машин при измерении общего уровня вибрации. Этот параметр связывают с энергией механических колебаний, направленной на разрушение деталей.
  4. Виброускорение а (м/с2) – производная виброскорости по времени. Виброускорение используют при определении степени повреждения и силы ударов в подшипниках качения и зубчатых передачах.

Взаимосвязь колебательных величин при гармонических процессах:

S = V × 103 / (2 × π × f) = a × 106 / (2 × π × f)2;
V = 2 × π × f × S × 10-3 = a × 103 / (2 × π × f);
a = (2 × π × f)2 × S × 10-6 = 2 × π × f × V × 10-3.

Основные характеристики колебательных, вибрационных процессов

Размах колебаний – разность между наибольшим и наименьшим значениями колеблющейся величины в рассматриваемом интервале времени (двойная амплитуда).

Пиковое значение – определяется как наибольшее отклонение колебательной величины от среднего положения.

Среднеарифметическое мгновенных значений вибрации характеризует общую интенсивность вибрации.

Среднее квадратичное значение – квадратный корень из среднего арифметического или среднего интегрального значения квадрата колеблющейся величины в рассматриваемом периоде времени.

Коэффициент амплитуды (пикфактор) – отношение пикового значения к среднеквадратичному значению измеряемого параметра.

Измерения виброперемещения (пиковое или амплитудное, размах колебаний) проводят в низкочастотном диапазоне 2-400 Гц. Ориентировочные значения виброперемещения указаны в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Значения виброперемещения и техническое состояние
Частота вращения, мин-1 Амплитуда виброперемещения, мкм
отлично хорошо удовлетворительно требует исправления опасно
300 0-27 27-70 70-140 140-260 > 260
500 0-25 25-60 60-125 125-240 > 240
600 0-22 22-56 56-118 118-240 > 230
1000 0-18 18-45 45-100 100-200 > 200
1500 0-15 15-40 40-85 85-170 > 170

Измерение общего уровня вибрации

При определении значений общего уровня вибрации проводят измерение среднеквадратичного значения виброскорости в частотном диапазоне 10-1000 Гц. Это соответствует требованиям стандарта ИСО 10816. Регламентируется проведение измерений в трёх взаимно перпендикулярных направлениях: вертикальном, горизонтальном и осевом. При нормальной работе горизонтальная составляющая имеет максимальное, а осевая – минимальное значение. Виброскорость для большего количества механизмов не должна превышать 4,5 мм/с.

Значения виброскорости, определяющие границы состояний:

  • до 4,5 мм/с – удовлетворительное;
  • 4,5-10,0 мм/с – плохое;
  • свыше 10,0 мм/с – аварийное.

Значения приведены для работы под нагрузкой.

Для оценки состояния подшипников качения проводят измерения пикового и среднеквадратичного значений виброускорения в частотном диапазоне 10-4000 Гц. В общем случае:

  • хорошее состояние характеризуется значением пикового значения виброускорения – до 10,0 м/с2;
  • удовлетворительное состояние – среднеквадратичное значение не превышает 10,0 м/с2;
  • плохое состояние наступает при превышении 10,0 м/с2 среднеквадратичного значения;
  • если пиковое значение превышает 100,0 м/с2 – состояние становится аварийным.

Одним из признаков наличия значительных повреждений является присутствие в спектре виброускорения составляющих со значениями свыше 9,8 м/с2.

< 2.2. Шумы механизмов Содержание 2.4. Контроль температуры механизмов >

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Аналогичные записи
  • 7.7. Обработка поверхности Обозначение шероховатости поверхности (смотри таблицу 7.3, таблицу 7.4): – знак I применяется для поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается; – знак II применяется для поверхности, которая должна быть обработана удалением слоя материала, например, точением, фрезерованием, сверлением, шлифованием, полированием, травлением и т.п.; – знак III применяется для поверхности, образуемой без удаления слоя материала, например, литьём, [...]
  • 7.6. Основы термообработки Термообработка металлов и их сплавов — процесс целесообразно выбранных операций нагрева и охлаждения, в результате которого повышаются механические свойства, изменяются физические свойства, а следовательно, увеличивается срок эксплуатации деталей. Основными видами термообработки являются: отжиг, нормализация, закалка и [...]
  • 7.5. Сопротивление материалов Модуль Юнга (модуль упругости первого рода) Е, МПа, Н/мм2 — постоянная упругости в законе Гука в пределах, когда деформация пропорциональна напряжению. Модуль Юнга численно равен напряжению, увеличивающему длину образца в два раза: для стали, Ест = (2,0-2,2)×105 МПа; для чугуна, Еч = 1,2×105 МПа; для меди, Ем = 1,0×105 МПа; для алюминия, Еал = 0,6×105 МПа; [...]
  • 7.4. Мерительный инструмент Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с. Мерительный инструмент В зависимости от назначения в процессе производства средства измерения и контроля линейных и угловых величин подразделяются на [...]
  • 7.3. Обозначения и свойства сталей, бронз, баббитов Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 [...]

Поддержите нас

Подписка

Рубрики