А.В.Барков, Н.А.Баркова, А.Ю.Азовцев

МОНИТОРИНГ И ДИАГНОСТИКА РОТОРНЫХ
МАШИН ПО ВИБРАЦИИ

Санкт-Петербург

2000
УДК 629 12 05 594.647

Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. МОНИТОРИНГ И ДИАГНОСТИКА
РОТОРНЫХ МАШИН ПО ВИБРАЦИИ: Учеб, пособие СПб.: Изд.центр СПбГМТУ. 2000,
159 с.

Рассматриваются основные вопросы вибрационного мониторинга и диагностики*
роторных машин как основных элементов судовых энергетических установок.
Анализируются общие и специальные задачи виброакустической диагностики многих типов
узлов, определяющих надежность и ресурс машин в целом. Подробно рассматриваются
особенности влияния типовых эффектов на вибрацию узлов и машин в целом, выбора
виброакустических признаков и параметров, построения диагностических моделей.
Основные положения и выводы иллюстрируются практическими примерами.

Пособие предназначено для студентов специальностей «Системы электроэнергетики1
и автоматизации судов» и «Системотехника объектов морской инфраструктуры» Санкт*
Петербургского государственного морского технического университета. Оно может быть
полезным для студентов и аспирантов других специальностей, изучающих вопросы1
технической диагностики различных систем, а также для специалистов и экспертов в области
виброакустического мониторинга и диагностики роторных машин и оборудования.

Ил.73. Табл.15

Рецензенты: О.В.Хруцкий

Б.К.Елтышев

ISBN 5-88303-180-3

©СПбГМТУ,
2000
ВВЕДЕНИЕ

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ДИАГНОСТИКИ МАШИН

Начало первого этапа развития диагностики относится ко времени создания первых
машин, когда обслуживающий их персонал, ориентируясь только на свои ощущения,
прежде всего слуховые и зрительные, стал обнаруживать различного вида дефекты и
отклонения в работе машин. Качество диагноза на этом этапе практически всегда
определялось опытом и знаниями обслуживающего машину персонала, а для
локализации неисправности использовались простейшие приспособления, например,
стетоскоп.

Многие десятки лет органы зрения и слуха были непревзойденными измерительными
инструментами. В акустике даже единицы измерений шума и вибрации были выбраны
С учетом особенностей восприятия органов слуха человека. Соответственно и
диагностические задачи, решаемые акустическими методами, имели такую глубину
решения, которую можно было достичь, используя основные возможности органов
слуха. В этих условиях доля виброакустических измерений в диагностике не превышала
50%. а качество диагностики определялось опытом и знаниями специалиста. И в
настоящее время во многих областях техники еще работают эксперты, делающие в
•иброакусти'-'еской диагностике основную ставку на свой слух

Второй этап развития диагностики начался после появления первых измерительных
приборов, ряд характеристик которых стал превышать возможности слуха. Но и эти
приборы в течение двух-трех десятков лет были достаточно дорогими, поэтому этап
начался не с собственно диагностики, а с исследования машин как источников шума и
вибрации. Наиболее глубокие из таких исследований проводились и проводятся по
иказам военной промышленности, преимущественно работающей на Военно-морской
флот, где проблемы борьбы с шумом и вибрацией стоят наиболее остро. Пик этих
исследований в России, в которых непосредственное участие принимали авторы.
Пришелся на 70 - 80-е годы, еще до широкого внедрения в средства измерения
микропроцессорной техники. Эти годы дали жизнь большому количеству новых методов
и подходов к виброакустической диагностике, расширивших ее возможности и
Обеспечивших для многих типов машин решение уже более 80% диагностических
1ВДЭЧ.

восьмидесятые годы - это годы формирования двух направлений развития диагностики,
далеко не всегда успешно сосуществовавших друг с другом. Первое из направлений
Керактеризовалось интенсивным развитием средств измерений типовых параметров
Процессов, происходящих в машинах и оборудовании. Эти средства часто объединялись
• Мощные, в том числе и стационарные, системы мониторинга, т.е. системы наблюдения
11 поведением измеряемых параметров во времени и сравнения их величин с
пороговыми значениями. В рамках этого направления стали активно использоваться
средства автоматизации и компьютерная техника, позволяющие создать системы
нтоматического мониторинга, т.е. системы без обслуживания их оператором. Такие
системы стали включаться в состав средств аварийной защиты машин и оборудования,
отключающих их при возникновении аварийноопасной ситуации.

второе направление - это собственно диагностика, обеспечивающая интерпретацию
результатов измерений, производимых системой мониторинга, и переход к
определению технического состояния машин и оборудования, т е. к идентификации
имеющихся дефектов и прогнозу их развития. Именно в 80-е для решения задач
второго направления во многих странах стали массово готовиться специалисты по
диагностике Требования к такого рода специалистам, в отличие от операторов
проводящих измерения непрерывно росли Параллельно создавались различные
экспертные программы, повышающие эффективность работы специалистов Все это
позволило успешно использовать разрабатываемые системы мониторинга для
наиболее ответственного оборудования, стоимость которого во много раз превышала
затраты как на системы мониторинга, так и на их обслуживание.

Таким образом, на втором этапе развития отчетливо сформировалась две
составляющие диагностического обслуживания машин и оборудования. Первая
включает в себя измерения, и в ней стержнем являются возможности средств измерений
при минимальных требованиях к оператору, которого в автоматических системах
мониторинга может и не быть Вторая, а именно, интерпретация измерений, полностью
зависит от эксперта, возможности и квалификация которого определяют эффективность
всей диагностики

Начало 90-х годов ознаменовано постепенным снижением затрат на производство,
средств измерений и мониторинга в результате использования микроэлектроники с*
высокой степенью интеграции и микрокомпьютеров. Определяющими постепенно
становятся затраты на экспертизу получаемых результатов, а для стационарных
систем мониторинга также на монтаж датчиков и линий связи Продолжают расти
затраты на маркетинг и поддержку подобных систем Очевидной становится перспектива!
снижения затрат на системы мониторинга и диагностики за счет создания*
специализированного программного обеспечения для резкого повышения
производительности экспертов и, по возможности, отказа от них в типовых
диагностических ситуациях, удельный вес которых превышает 90%.

Именно эти годы стали началом третьего этапа развития диагностики, характеризуемого
активным развитием работ по созданию математического и программного обеспечения,
заменяющего эксперта в задачах интерпретации результатов, получаемых системами
мониторинга. Такие работы также стали группироваться по двум основным
направлениям, а именно, по разработке самообучающихся систем распознавания
состояний и по формализации наиболее эффективных алгоритмов диагностики,
используемых ведущими экспертами Сторонниками первого направления становятся,
как правило, не имеющие большого опыта практической диагностики разработчики
средств измерений и методов распознавания образов, широко используемых в
различных областях деятельности человека Методы распознавания образов после
адаптации к конкретным практическим ситуациям дают и в диагностике машин хорошие
результаты, но все сложности накопления необходимой информации о состоянии
машин на этапе адаптации ложатся на пользователя, во много раз увеличивая его
трудозатраты и сдвигая момент получения диагноза с высокой достоверностью на
время, сравнимое с ресурсом машины. Подобная работа не только оказывается
весьма трудоемкой, но и требует от пользователя достаточно высокой квалификации.
Стержнем второго направления является перевод наиболее эффективных алгоритмов
обнаружения и идентификации дефектов, а также прогноза их развития в форму,
необходимую для автоматизации процессов постановки диагноза и прогноза. Это
направление развивают специалисты с многолетним практическим опытом диагностики,
а одним из первых разработчиков программ автоматической диагностики является АО
ВАСТ. сотрудники которого много лет занимались виброакустической диагностикой на
кораблях Военно-морского флота России Основными преимуществами систем
диагностики второго направления можно считать высокую достоверность результатов,
получаемых с первого дня их использования, и отсутствие требований к диагностической
подготовке пользователя.
Из анализа развития диагностики машин можно определить и основные его тенденции
на ближайшее будущее. Так, на первом этапе развития оператор совмещал в себе
функции как измерителя, так и эксперта. Затем появилась тенденция деления функций
диагноста на две группы, выполняемых людьми с разной подготовкой. Одна из них
заключалась в проведении диагностических измерений, другая * в трактовке получаемых
результатов. Следующей тенденцией стала автоматизация измерений, объединяемых,
например, одной системой мониторинга. И, наконец, последней из тенденций стала
автоматизация функций эксперта Очевидно, что основной отличительной чертой
Третьего этапа развития диагностики будет создание единых компьютерных систем
мониторинга и диагностики без участия человека. Однако подобные системы должны
быть организованы таким образом, чтобы оператор-эксперт в любое время мог взять
управление системой на себя. Важнейшей частью подготовки такого эксперта является
освоение физических основ диагностики. Именно эти основы являются предметом
анализа в данном учебном пособии.

СОПОСТАВЛЕНИЕ С МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКОЙ

Анализ проблем технической диагностики показывает, что в них много общего с
диагностикой человека по физиологическим параметрам. Следовательно, и подходы
и решению этих проблем можно выбрать из тех, которые столетиями нарабатывались
 медицине.

И в медицине, и в технике на начальном этапе развития все задачи решал один
человек Его зрение и слух являлись основными измерительными инструментами, а
опыт определял качество диагноза. По мере развития средств измерений функции
измерителя передавались приборам и обслуживающему их персоналу, как правило,
нВ имеющему специальной диагностической подготовки. Постановку диагноза с уче-
том результатов выполненных измерений продолжал осуществлять специалист с
фундаментальной диагностической подготовкой, имеющий (при необходимости) до-
полнительную специализацию по определенному виду органов (узлов). В настоящее
время в медицине отчетливо проявляется тенденция объединения задач измерения и
постановки диагноза уже на базе автоматизированной системы комплексной диагнос-
тики, не только выполняющей измерения, но и ставящей диагноз. Эта же тенденция
начинает проявляться и в технической диагностике, но реальные системы автомати-
ческой диагностики поставляются на мировой рынок пока только несколькими фирма-
ми-производителями, лидерами в развитии этого направления. В автоматизирован-
ной диагностике роторных машин одним из лидеров является АО ВАСТ, создающее
такие системы совместно с рядом фирм США, Канады и Англии.

Многовековой опыт лежит в основе построения рациональной системы оказания
Массовой диагностической помощи в медицине. Организация работ по технической
диагностике еще далека от рациональной. Во-первых, в технической диагностике пока
На появились эксперты широкого профиля, которые за 15 минут могут установить
Причины типовой неисправности в 9 из 10 случаях, лишь изредка обращаясь за
консультацией к специалистам узкого профиля. Всю диагностику пока осуществляют
эксперты высокой квалификации, затрачивая основное время на анализ типовых
йитуаций. Во-вторых, еще не налажен массовый выпуск средств технической
диагностики и, как следствие, их стоимость достаточно велика.

Для решения этих двух проблем, затрудняющих массовое диагностическое
вбслуживание технических устройств, необходимо прежде всего определиться со
специализацией систем диагностики В настоящее время специализация часто
проводится по отраслям, чего практически нет в медицинской диагностике. Несмотря
на то. что и у людей встречаются профессиональные заболевания, их диагностика
проводится общими методами, лишь незначительно адаптированными к особенностям
профессиональной деятельности. Очевидно, что специализация по отраслям не даст
особых преимуществ и в технической диагностике. Совершенно другие результаты
может дать специализация по типам диагностируемых технических устройств. Как и
специализация медицинских приборов по органам и системам человека, специализация,
в технической диагностике по разным типам технических устройств просто необходима.
В данном пособии излагаются методические основы диагностики и прогноза состояния
роторных машин и их узлов для решения всей совокупности задач создания системы
автоматической диагностики, заменяющей экспертов высокой квалификации при
массовой диагностике машин. Разработанная методика позволяет создать аналог1
самых совершенных систем массовой диагностики в медицине, обеспечивая решение
следующих основных задач:

•	оптимизации состава средств измерения с учетом объема диагностических
измерений;

•	создания пакетов программ, заменяющих специалиста широкого профиля и
обеспечивающих достоверные результаты диагноза и прогноза более чем в 9 из
10 случаях;

•	минимизации совокупных затрат на измерения, постановку диагноза и
обслуживание системы диагностики;

•	организации обучения специалистов, уточняющих диагноз в отдельных случаях.!
при сложности его постановки в автоматическом режиме.

Основной проблемой технической диагностики, в отличие от медицинской, являются।
значительные практические сложности сбора необходимых статистических данных по
влиянию дефектов на различные измеряемые параметры. В медицинской диагностике
эти данные накапливались веками, а в технической диагностике, из-за высоких затрат
на визуальную дефектацию технических устройств перед их уничтожением или
капитальным ремонтом, таких данных крайне мало. Отработать алгоритмы диагностики
в такой ситуации могут только фирмы, имеющие крупные заказы на подобные
исследования. Именно такие заказы Военно-морского флота выполняли многие
сотрудники АО ВАСТ на протяжении около тридцати лет. что и позволило им предложить
ряд новых подходов к диагностике машин, заполнивших “вакуум” в общей методике
диагностики зарождающихся дефектов и создать достаточно простой комплекс
алгоритмов диагностики роторных машин для эксперта широкого профиля или
заменяющего его пакета программ автоматической диагностики. И то. что весь этот
комплекс построен на измерении и анализе вибрации без привлечения других видов
сигналов, упрощает и удешевляет создаваемые на его основе системы диагностики.
В медицине главной целью диагностики становится профилактика заболеваний, которая
эффективна только тогда, когда реально существуют и доступны каждому человеку
профилактические обследования с возможностью обнаружения отклонений в здоровье
и заболеваний на ранней стадии развития. Аналогом этого в технике является переход
от обслуживания и ремонта всех типов технических устройств по регламенту к
обслуживанию и ремонту по фактическому состоянию, определяемому по результатам
периодической диагностики. Такая возможность для роторных машин, глубокая
диагностика которых с помощью описываемых методик и разработанных по ним
программ автоматической диагностики выполняется за время порядка 10-20 минут,
уже существует. Основным фактором, сдерживающим ее широкое распространение,
остается лишь существующее представление о высокой стоимости диагностических
систем и их обслуживания при низкой достоверности результатов, если пользователь
не является высококлассным экспертом. Но такое представление справедливо далеко
не для всех систем. Реальный опыт эксплуатации разработанных систем автоматики и
диагностики показывает, что один оператор, не имеющий опыта диагностики, может
решить вопрос перевода на ремонт и обслуживание по фактическому состоянию
несколько сотен роторных машин. При этом стоимость системы диагностики много
меньше одного процента стоимости диагностируемых машин. Кроме того, оператор
может перейти не только к обслуживанию и ремонту машин по фактическому состоянию,
ио и к планированию закупки запасных частей с момента обнаружения зарождающихся
дефектов за несколько месяцев до возникновения аварийной ситуации.

Естественно, что экономическая эффективность подобных систем диагностики будет
зависеть от выбора входящих в нее технических средств и от опыта пользователя,
который после приобретения навыков работы с системой сможет поставить диагноз
самостоятельно, по автоматически предоставленным ему данным даже в тех редких
случаях, когда автоматический диагноз окажется неопределенным.

СИСТЕМЫ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ

В техническом обслуживании роторных машин вибрационный мониторинг и диагностика
занимают особое место в силу своих возможностей обнаружения изменений состояния
задолго до наступления аварийной ситуации. Системы вибрационного мониторинга и
(или) вибрационной диагностики чаще всего заменяют всю совокупность средств
внешнего контроля, если эти средства не входят в комплекс систем управления.

R силу исторических причин наибольшее развитие получили стационарные системы
вибрационного мониторинга с определенной годами отработанной структурой средств
измерения и анализа вибрации. Поскольку перед этими системами ставилась задача
достоверного обнаружения аварийной ситуации до того, как она станет необратимой,
вопрос идентификации дефектов на ранней стадии развития, с целью планирования
сроков и объемов ремонта для минимизации затрат, отходил на второй план. Задачей
систем вибрационной диагностики как стационарных, так и переносных, в отличие от
оистем мониторинга, является минимизация всех затрат на саму систему и ее
обслуживание, а также на обслуживание и ремонт всей группы диагностируемых
машин. При таком подходе "массового" диагностического обслуживания переносные
вистемы диагностики имеют определенные преимущества, если они с высокой
Мроятностью обнаруживают большинство зарождающихся дефектов и позволяют
наблюдать за их развитием. Такие системы, которые можно назвать системами
мониторинга развития дефектов, дают максимальный экономический эффект при
планировании обслуживания и ремонта машин, но могут быть недостаточно
аффективны при определении момента наступления аварийной ситуации, когда в
машине одновременно имеется несколько сильных дефектов.

Разные функции систем мониторинга и диагностики могут приводить к различиям в их
структуре. Но если системы мониторинга часто используются без средств диагностики,
го а системы диагностики составной частью обычно входят средства мониторинга.
Рис. В 1 Портативные системы мониторинга и диагностики . а - на основе цифрового прибора
для измерения и анализа вибрации, б - на основе персонального компьютера с
соответствующими устройствами в виде двух дополнительных плат.

Первыми из составных частей систем вибрационной диагностики являются средства
измерения и анализа сигнала вибрации Для роторных машин основным видом анализа
сигналов является спектральный, легко реализуемый с помощью цифрового
преобразования Фурье. Для измерения и анализа кроме датчиков вибрации
используются либо цифровые приборы (анализаторы спектра), либо компьютеры, но
в последнем случае они комплектуются дополнительными устройствами согласования
сдатчиками и преобразования сигнала в цифровую форму. Так, на рис.В.1 приведен
внешний вид цифрового прибора для измерения и анализа вибрации, а также его
аналога на основе персонального компьютера с соответствующими устройствами в
виде двух дополнительных плат.

Иногда пользователю приходится устанавливать датчики вибрации в недоступные
места стационарно, и в таких случаях он может либо вывести кабели в доступные
места и в них измерять вибрацию прибором, либо объединить эти датчики в
стационарную систему диагностики. Структура такой системы приведена на рис. В.2.

Рис В.2. Структура стаци-
онарной системы диагнос-
тики. состоящей из цент-
ральной диагностической
станции - компьютера с па-
кетом программ управле-
ния. диагностики, отобра-
жения состояния обору-
дования. блоков усиления и
коммутации, плат для пре-
образования сигналов в
цифровую форму и датчи-
ков вибрации.
Отличительной особенностью средств измерения и анализа вибрации таких систем
диагностики является возможность спектрального анализа не только самого сигнала,
но и колебаний его мощности, т.е. огибающей его компонент, предварительно
выделенных из сигнала. Такая возможность, как будет показано в настоящем пособии,
необходима для глубокой диагностики многих узлов роторных машин.

второй составной частью является компьютер с пакетом программ для вибрационного
мониторинга. Ее задачами являются хранение данных измерения вибрации, сравнение
параметров составляющих вибрации с пороговыми значениями, определение тенденций
изменения отдельных параметров вибрации, подготовка отчетных материалов и данных,
необходимых эксперту или заменяющей его программе для постановки диагноза и
прогноза. Эта часть системы диагностики строится обычно по общим для всех
производителей и пользователей правилам, выработанным за многие годы.

Третья составная часть системы диагностики - интеллектуальная, обеспечивающая
решение задачи идентификации дефектов и прогноза их развития поданным измерений
и промежуточным материалам, подготовленным средствами мониторинга. В
большинстве систем диагностики функции этой части выполняет эксперт со специальной
диагностической подготовкой. Достаточно часто для повышения производительности
яму предлагается использовать специальные экспертные программы. И лишь в редких
случаях производители систем мониторинга предлагают заменить эксперта пакетом
программ для автоматической диагностики машин.

Основным преимуществом современных систем диагностики является включение в
их состав пакета программ для такого рода автоматической диагностики,
обеспечивающего получение диагноза и прогноза с высокой достоверностью.

Естественно, что основное внимание в этих системах уделяется анализу
высокочастотной вибрации, которая в отличие от низкочастотной возбуждается малыми
по величине колебательными силами, возникающими еще в начальной стадии развития
дефектов.

11оследней составной частью систем диагностики можно считать средства профилактики
и технического обслуживания. Они содержат как средства для общих процедур,
например, балансировки роторов, замены смазки и т.п., так и специфические средства
для каждого вида машин, порядок применения которых определяет производитель
них машин. Поскольку даже общие процедуры обслуживания имеют свою специфику,
я настоящем пособии порядок их выполнения не рассматривается, несмотря на то. что
••дачи балансировки решаются с помощью тех же технических средств, что и задачи
вибрационного мониторинга.

Системы автоматической диагностики узлов роторных машин по вибрации выпускаются
уже около десяти лет. Наибольшее распространение получили системы диагностики
подшипников качения, которые успешно используются на десятках предприятий
различных отраслей промышленности, не требуя от операторов диагностической
подготовки. Но многие пользователи даже таких полностью автоматизированных систем
нбращаются с просьбами проводить их обучение физическим и практическим основам
диагностики роторных машин, позволяющих им применять эти системы для решения
более сложных задач и учитывать специфические особенности конкретных типов машин.
Количество таких обращений стало резко расти после разработки автоматизированных
пистем диагностики других узлов роторных машин, где часть решений, обобщающих
(ЮЗультаты диагностики, была возложена на оператора.

Естественно, что по мере выпуска новых поколений подобных систем степень
автоматизации будет расти, и они будут применяться для массового диагностического
обслуживания с переходом на ремонт оборудования по фактическому состоянию.
Поскольку при работе автоматических систем диагностики всегда существует
вероятность получения неоднозначных результатов, роль операторов таких систем не
может быть полностью сведена к выполнению только операций по измерению сигнала
вибрации

Следовательно, диагностическая подготовка оператора является тем резервом, который
позволяет до минимума снизить вероятность ошибок в результатах диагностики и
прогноза, а также получить диагноз и прогноз в неоднозначной ситуации.

Обучение специалистов по работе с ситемами автоматической диагностики роторных
машин по вибрации, как правило, выполняется в несколько этапов. На первом из них
производится изучение основ вибрации машин и методов измерения, а также анализа
сигналов вибрации. Далее изучаются основы вибрационного мониторинга и диагностики,
изложенные в настоящем учебном пособии. На втором этапе изучаются особенности
диагностических систем, в том числе по тем инструкциям, которые поставляются в
составе таких систем, т. е. проводится практическое обучение диагностики машин.

На третьем этапе специалист может получить ответы на свои вопросы, например, в
заочной школе обучения, организованной в Интернете (http://www.vibrotek.com), а также
посетить проводимые рядом фирм * производителей таких систем семинары по обмену
опытом.
1.	АНАЛИЗ ВИБРАЦИИ РОТОРНЫХ МАШИН

1.1.	МОНИТОРИНГ И ДИАГНОСТИКА

Пакеты программ для автоматической диагностики роторных машин по их вибрации (шуму)
состоят из двух основных частей. Первая включает в себя программы автоматического
мониторинга, вторая - программы автоматической диагностики.

Основной задачей мониторинга является наблюдение за развитием во времени определенных
параметров вибрации и шума. Для решения этой задачи в процессе мониторинга необходимо
осуществлять периодические измерения контролируемых параметров, обнаруживать
происходящие изменения, проводить построение трендов, определяющих основные тенденции
этих изменений, сравнивать наблюдаемые и прогнозируемые изменения с пороговыми
1начениями, задаваемыми пользователем. При этом необходимо иметь удобный инструмент
для графического анализа результатов измерений.

На диагностику же возложена задача по интерпретации изменений, обнаруженных в процессе
мониторинга. Для решения такой задачи необходимо:

•	выдел ить из обнаруженных опасные изменения, сопровождающие появлениедефектов.

•	определить вид и глубину каждого из обнаруженных дефектов.

•	дать обоснованный прогноз их развития,

•	определить временной интервал до следующего измерения или остаточный ресурс
диагностируемой машины (узла).

В задачи диагностики входят также предоставление удобного инструмента для графического
анализа основных и промежуточных результатов, вьщача экспертного заключения о состоянии
диагностируемого узла. Диагностика машины выполняется поэлементно, т е. производится
диагностика отдельных узлов (групп узлов), а полученные результаты являются основой для
диагностики машины в целом.

Программное обеспечение строится таким образом, чтобы пользователь мог выполнять
два вида мониторинга * машины в целом и любого ее узла. При этом можно осуществлять
мониторинг в целом не только роторных машин, но и любого оборудования, являющегося
источником вибрации (шума), в том числе и машин возвратно-поступательного или ударного
действия. В то же время мониторинг узла возможен только для определенной номенклатуры
узлов роторных машин, которые диагностируются пакетом программ, приобретенным
пользователем.

Мониторинг машин или оборудования в целом рекомендуется осуществлять по вибрации на
низких и средних частотах, измеряемых в точках на корпусе, удаленных от наиболее
Иброактивных узлов, с тем чтобы вклад в измеряемую вибрацию всех виброактивных узлов
был соизмерим. В этом случае дефекты любого узла приводят к изменению параметров
контролируемого сигнала, и они могут быть своевременно обнаружены. Но окончательный
выбор точек контроля, вида контролируемого сигнала и способа его анализа пользователь
проводит самостоятельно, принимая во внимание возможности используемых им технических
средств. Как правило, это делается с учетом стандартов и инструкций по контролю параметров
машин и оборудования, которые действуют на конкретном предприятии.

Основным отличительным признаком мониторинга узлов роторных машин является измерение
на только низкочастотных и среднечастотных, но и высокочастотных составляющих вибрации
или шума. Следует отметить, что между низко- и высокочастотной вибрацией существует
принципиальное отличие - низкочастотная вибрация очень хорошо распространяется на
•начительные расстояния практически без потерь, что позволяет использовать ее для
диагностики всех узлов машины одновременно (машины в целом), высокочастотная вибрация,
наоборот, быстро рассеивается по мере удаления от источника, отражаясь от любых стыков
и неоднородностей структуры, и ее имеет смысл использовать для мониторинга только
отдельных узлов. При мониторинге состояния отдельных узлов вибрация измеряется
непосредственно на корпусе контролируемого узла, а шум - в его ближней зоне. т.е. мониторинг
осуществляется с оптимальным учетом свойств псевдовибрации или псевдошума,
возбуждаемых контролируемым узлом роторной машины. Мониторинг узлов машины, как
правило, осуществляется по тем же параметрам сигналов вибрации или шума, по которым
проводится и их глубокая диагностика. Однако пользователь может дополнительно проводить
мониторинг по любым параметрам любых сигналов, включая их в совокупность данных для
мониторинга машины в целом.

Следует отметить, что на мониторинг состояния узлов машины падает основная нагрузка при
решении вопроса о том, вызвано ли обнаруженное изменение вибрации дефектом или
сменой режима работы. Как правило, обнаруженные изменения высокочастотной вибрации
нескольких узлов машины означают смену режима, а не появление дефектов.Диагностика
узлов роторных машин осуществляется по узкополосному автоспектру вибрации, а для
многих типов узлов совместно по узкополосным спектрам вибрации и огибающей ее
высокочастотных случайных составляющих. Вибрация измеряется на корпусе
диагностируемого узла или на корпусе другого узла, имеющего элементы механического или
гидродинамического трения, но лишь в том случае, если на последний действует динамическая
нагрузка со стороны диагностируемого узла. Примером могут служить зубчатые передачи,
где диагностика шестерен осуществляется по вибрации подшипников, на которые передается
динамическая нагрузка со стороны зубчатых зацеплений. В некоторых случаях, например, в
вентиляторах и турбинах, диагностика ряда узлов может осуществляться не по вибрации, а
по шуму потока воздуха, газа или пара. Диапазон частот измеряемой вибрации может
составлять от десятых долей частоты вращения узла до нескольких сотен частот вращения,
рднако не имеет смысла измерять вибрацию выше частоты порядка 20-30 кГц.

Дефекты узлов и деталей роторных машин, представляющие потенциальную опасность и
ограничивающие ресурс машины, могут возникать на этапах изготовления деталей, сборки н
монтажа машины, а также в процессе ее эксплуатации. Существующие методы обнаружения
и идентификации дефектов не являются достаточно универсальными и ориентированы на
обнаружение дефектов либо при изготовлении, либо при монтаже, либо при эксплуатации
машин.

В пакеты программ для глубокой диагностики узлов роторных машин заложены наиболее
эффективные методы обнаружения дефектов, появляющихся во время эксплуатации. Они
во многих случаях дополнены методами обнаружения дефектов сборки и монтажа узлов и
машины в целом. При этом в целях ограничения затрат на системы диагностики в них не
заложены исчерпывающие методы диагностики дефектов изготовления, в частности, внутрен-
них трещин и раковин в деталях машин. Эти дефекты должны исключить заводы-поставщики
деталей и узлов на этапе их пооперационного и выходного контроля. В то же время,
большинство дефектов изготовления, связанных с нарушениями формы и размеров деталей,
легко обнаруживаются с помощью таких пакетов программ.

Все дефекты, возникающие при нормальной эксплуатации машин, обнаруживаются задолго
до появления аварийноопасных ситуаций, а многие - на этапе зарождения. Исключения могут'
составлять лишь случаи, когда машины эксплуатируются в нештатных режимах, сопровож-
дающихся перегрузками, разрушением свойств смазки и т.п. Сразу после завершения работ
в таких режимах следует проводить глубокую диагностику узлов машины, чтобы исключить
возможность неожиданного появления сильного дефекта. В нормальных режимах
эксплуатации результаты диагностики позволяют обеспечить периодичность измерений в
несколько недель или месяцев, в зависимости от степени развития обнаруженных
дефектов.
Стандартный пакет программ для глубокой диагностики узлов роторной машины позволяет
МТоматически получить полный диагноз состояния узлов при двух основных ограничениях.
Первое - стабильность частоты вращения диагностируемой машины во время каждого
измерения вибрации (шума). Именно это условие позволяет эффективно использовать
спектральные методы анализа периодических процессов с накоплением результатов, дающим
возможность обнаружить даже слабые изменения в сигнале. Типовое время выполнения
подобного измерения составляет величину, за которую контролируемый узел делает от
нескольких десятков до нескольких сотен оборотов.

Второе - отсутствие ударных нагрузок на диагностируемую машину во время измерений.
Такой вид нагрузки при отсутствии дефектов имеет место в узлах возвратно-поступательного
действия, например, при смене направления движения поршня. Аналогичная ситуация
возникает в приводах прессов, а также машин, предназначенных для рубки и других операций
ударного действия. Ударные нагрузки возбуждают столь сильную вибрацию, что на ее фоне
часто невозможно измерить параметры вибрации диагностируемых узлов. Это не означает,
ЧТО в таких машинах невозможно обнаружить дефекты узлов возвратно-поступательного
действия или развитые дефекты других узлов. Изменения параметров ударных нагрузок и
возбуждаемой ими вибрации легко обнаруживаются при вибрационном мониторинге машины.
Основной проблемой в этом случае является идентификация дефекта, который, как правило,
вето время уже близок к аварийноопасному с минимальной вероятностью ошибки.

Именно поэтому для качественной диагностики машины с узлами возвратно-поступательного
действия их на время диагностики других узлов стараются отключить или, по крайней мере,
не нагружать.Наиболее полно по сигналу вибрации диагностируются те узлы, которые
являются постоянным источником вибрации.

К ним относятся:

•	подшипники качения,

•	подшипники скольжения,

•роторы машин,

•	механические передачи, в том числе зубчатые, ременные, червячные и т.п..

•	редукторы.

•	рабочие колеса насосов, турбин и т.п.,

•	электромагнитные системы электрических машин.

Во всех этих узлах на ранней стадии обнаруживаются самые опасные дефекты, что позволяет
Прогнозировать их развитие, давая тем самым долгосрочный и достоверный прогноз
ТОХнического состояния машины.

Все виды дефектов, обнаруживаемых в перечисленных узлах роторных машин, а также
Используемые методы их обнаружения и идентификации изложены в последующих главах
Нестоящего учебного пособия. Для каждого вида узла выбран основной метод диагностики,
вкоторому при необходимости добавляются другие методы, если они дают дополнительную
Информацию для идентификации дефекта.

Отличительной особенностью современного программного обеспечения является
диагностика каждого узла машины без учета работы других узлов. Это иногда приводит к
Обнаружению дефектов, вид которых автоматически не определяется, если это дефект
Другого узла машины, влияющий на работу диагностируемого узла. При появлении такой
ситуации на оператора ложится задача сравнения обнаруженных изменений вибрации в
нескольких узлах машины. Чтобы автоматизировать и эту часть работы, пользователь может
Оказать разработку специального диагностического модуля, объединяющего результаты
Диагностики всех узлов конкретного типа машин. Обычно эти модули выпускаются только для
стационарных систем диагностики.
1.2.	СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ В ЗАДАЧАХ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ!
РОТОРНЫХ МАШИН

Спектральный анализ - это математический аппарат для исследования периодических
процессов и выявления в них отдельных компонент, имеющих характерные частоты. Поэтому (
для успешного применения спектральных методов в диагностике роторных машин и былей
введено основное ограничение на свойства диагностируемых машин. Здесь и далее пол
термином «роторная машина» понимается машина, обладающая строгой периодичностыя
вращения, по крайней мере, за время порядка 5-10 периодов полного оборота
контролируемого вращающегося узла. Именно при таком ограничении могут эффективно^
использоваться алгоритмы и пакеты программ для автоматического мониторинга и
диагностики узлов машин такого типа. Колебательные силы, действующие за это время, №
возбуждаемую ими вибрацию можно разделить на три основные составляющие *
периодические, случайные стационарные и случайные нестационарные.

Основной вид анализа первых двух групп составляющих - спектральный. Этотвид анализа
считается необходимым и достаточным для использования современных алгоритмов и
программного обеспечения Особенности спектрального анализа сигналов рассматриваются
в настоящем параграфе. Для нестационарных случайных сигналов существует достаточно
много дополняющих друг друга видов анализа Ограничения на анализируемые свойства,
таких составляющих вибрации роторных машин и особенности их анализа рассматриваются
в главе 2

Диагностическая информация об особенностях простейших периодических сигналов может
содержаться в таких его параметрах, как период, амплитуда и форма. В спектре сигнала это
будут соответственно следующие параметры: частота основной гармоники, уровень
(амплитуда) основной гармоники и соотношение уровней (амплитуд) основной и кратных
гармоник, как это показано на рис. 1.1.

Рис 1.1. Пример перио-
дического сигнала, исполь-
зуемого при мониторинге
машин, а - временной сиг-
нал, б - узкополосный
спектр.
Реальный сигнал вибрации далек от моделей, приведенных на рис. 1.1, и даже в задачах
мониторинга обычно представляется в виде суммы составляющих с разными периодами, а
также случайных составляющих На рис. 1.2 приведены временная зависимость сигнала
вибрации, содержащего периодические и стационарные случайные составляющие, а также
•го узкополосный спектр. Диагностическая информация в таких сигналах, кроме
рассмотренных параметров каждой группы гармоник, содержится еще в соотношении амплитуд
и частот каждой группы гармоник, а также в соотношении амплитуд гармонических
составляющих и среднеквадратичных величин случайных составляющих.

Рис. 1.2. Временной сигнал
(а) и его узкополосный
спектр (б).

При измерении вибрации рекомендуется пользоваться датчиками виброускорения. Если
пользователь предпочитает по каким-либо причинам проводить мониторинг вибрации по
аиброскорости или по вибросмещению, он может воспользоваться правилами перевода
намеренного спектра виброускорения в спектр виброскорости или вибросмещения. Такие
спектры показаны на рис. 1.3.

И то же время для диагностики роторных машин используются только спектры
виброускорения, так как именно в них для большинства типов узлов роторных машин
оказываются сопоставимыми величины составляющих вибрации на низких, средних и
высоких частотах, что значительно облегчает их анализ. Объясняется это тем, что
разрушающее действие на узлы машин оказывают в основном силы, а по второму закону
Ньютона сила, действующая на массу, вызывает ускорение, а не ее движение или
перемещение. Скорость, а тем более смещение, очень сильно зависят от того, как долго
действовала сила в одном направлении, и чем больше частота действующей силы, тем
меньше скорость и смещение, вызванное этой силой. Таким образом сравнивать силы,!
действующие с разными частотами, желательно по спектрам виброускорений.

Рис. 1.3. Пример спектров,
используемых при мони-
торинге машин: а - спектр
виброускорения; б - спектр
виброскорости; в - спектр
вибросмещения.

а О	ISO	>20	4»U	S40 Частота Гц

Для того чтобы не потерять диагностическую информацию при анализе периодических
сигналов, необходимо использовать технические средства для узкополосного спектрального
анализа сигналов с большим разрешением по частоте, что легко осуществляется с помощью
цифровых методов Фурье анализа сигналов. Типичное число полос частотного разрешения
 анализаторе спектра составляет 400.800,1600,3200 и т.д. Но есть естественный предел,
который определяется физическим временем накопления данных, обратно
пропорциональным ширине одной полосы спектра, и стабильностью частоты вращения
диагностируемой машины. Типовое время накопления данных для измерения одного спектра
обычно близко к десяти периодам вращения диагностируемого узла, и за это время стабиль-
ность частоты вращения не должна быть хуже одного процента. Дальнейшее накопление
обычно проводится путем усреднения спектров. Оптимальное число спектральных
(Оставляющих в этом случае близко к 800-1600, что и является естественным ограничением
числа полос спектрального анализа. Лишь в специальных случаях требуется его увеличение,
причем большинство приборов для спектрального анализа сигналов для этой цели имеет
чПбциальный режим работы “Лупа" (“Zoom”), в котором выполняется спектральный анализ с
пчбмь малой шириной полосы спектра, но не всего сигнала, а его части в полосе частот,
выбираемой оператором. Пример такого вида спектра сигналов приведен на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Пример спектров,
используемых при мони-
торинге машин: а - узко-
пбЛОсный спектр вибрации:
А • узкополос-ный спектр
вибрации в режиме
•1ООМ».

И Ндачах мониторинга могут использоваться и другие веды спектрального анализа сигналов
»' меньшим числом частотных полос, ширина которых линейно связана со значением средней
(Сототы. Типичный пример - третьоктавный спектральный анализ, при котором ширина полосы
приблизительно составляет 23% от величины центральной (среднегеометрической) частоты.
I МОЙ "широкополосный" спектральный анализ появился еще до массового использования
влгоритма быстрого преобразования Фурье, на котором основана цифровая техника и
/ШПалосный спектральный анализ. Причина, по которой данный вид анализа может исполь-
«нщгься в задачах мониторинга и в настоящее время, заключается в том, что этот вед
анализа слабо чувствителен к изменениям режима работы сопровождающимся изменением
частоты вращения. За те несколько дней (месяцев), которые проходят между периодическими
измерениями вибрации, частота вращения, а с ней и спектральные составляющие вибраций
могут изменить свою частоту на несколько процентов, что усложняет процесс сравнений
узкополосных спектров вибрации.	I

В последние годы развитие цифровых методов спектрального анализа сигналов изменил!
подход и к построению третьоктавных спектров вибрации, которые стали синтезироватьс
из узкополосных спектров путем энергетического суммирования составляющих узкополосног
спектра которые попадают в одну третьоктавную полосу частот Пример узкополосное
спектра вибрации машины и построения по нему третьоктавного спектра показан на рис.1.5
Следует отметить, однако, что использование третьоктавных спектров вибрации дл
мониторинга состояния машин и оборудования не является оптимальным и, как правиле
происходит из-за давно устаревших стандартов по контролю вибрации машин в ряде облаете
промышленности На практике куда более эффективным является не объединение в одн
величину составляющих сигнала в интересующей пользователя полосе частот,
использование для этой полосы частот единого порогового значения, как показано на рис. 1.(
Результатом этого является минимизация потерь диагностической информации пр
изменении скорости вращения диагностируемой машины.

Рис. 1 5 Пример спектров,
используемых при мони-
торинге машин, а - узко-
полосный спектр сигнала
вибрации; б - третьоктавный
спектр того же сигнала
вибрации.

В задачах диагностики, как правило, следует использовать результаты идентификации кажд(
гармонической составляющей, обнаруживаемой в результате узкополосного спектрально
анализа сигналов, либо используя внешнюю информацию о частоте вращения машины. ли(
•лределяя ее автоматически по обнаруженным в спектре гармоническим составляющим
игнала вибрации (шума).

Модели детерминированных сигналов в задачах диагностики значительно сложнее моделе.
чриодических сигналов, используемых в задачах мониторинга. Если во втором случае
достаточно детерминированную часть сигнала вибрации роторной машины предстзвлятг

/ммой нескольких компонент с разными периодами, то в задачах диагностики дологпИ’г
|риходится рассматривать модулированные сигналы, являющиеся мультипликативной
месью периодических компонент.

<| узкополосном спектре такого сигнала, как это показано на рис 1 6 кроме основного ряда
1 зрмоник вибрации у каждой из них появляются еще и боковые составляющие отличающиеся
и частоту, кратную частоте модулирующего сигнала В згом случае диагностическая
информация может содержаться и в таких параметрах как частота глубина и форма
модуляции. Глубина модуляции определяется соотношением амплитуд основной и первых
Чжовых гармоник, форма - соотношением амплитуд первых боковых гармоник со вторыми,
'(•тьими и последующими боковыми гармониками

• ис.1.6. Узкополосный
пзктр вибрации с основ-
ами и боковыми соста-
вляющими.

150, дБ

Боковые составляю1Ц1е

190

но

90

Основные составляющие

800, Гц

Основные
составляющие

I (ЛЬ еще одно свойство физических процессов, проявляющееся при их спектральном анализе,
«второе достаточно часто дает важную диагностическую информацию. Это свойство также
•ярвктеризует нелинейное взаимодействие двух периодических процессов, но проявляется
•»но не в виде модуляции одного процесса другим, а в виде нелинейного преобразования
величины суммарного процесса (нелинейного преобразования биений двух или более
• врмонических процессов, приводящего к появлению новых периодических сигналов с
периодом, являющимся субгармоникой всех взаимодействующих процессов). Пример такого
- игнала показан на рис.1.7. где приведены форма измеренного сигнала и его спектр. На
* фактике подобный сигнал вибрации достаточно часто вслэечается в механических передачах,
«да и ведущий вал и ведомый имеют дефектные узлы, например, шестерни, контактирующие
Круг с другом.

И настоящей главе дано краткое описание тех возможных свойств периодических и
стационарных случайных сигналов, которые могут быть использованы для получения
диагностической информации, но без учета нелинейного взаимодействия периодических и
стационарных случайных компонент. Такое взаимодействие будет рассмотрено в
«шадующей главе.
Рис 1.7. Биения двух гар-
монических процессов с
нелинейным взаимодей-
ствием составляющих при
максимальных значениях:
а - временной сигнал: б - уз-
кополосный спектр вибра-
ции.

1.3. СПЕКТРАЛЬНЫЙ

ЗАДАЧАХ ДИАГНОСТИКИ РОТОРНЫХ МАШИН

Сам термин «спектр огибающей» случайного сигнала был введен в обиход
сравнительно недавно - в 1970-1980-е годы (преобразование Фурье и связанный с ни4
узкополосный спектр появились в XVIII веке), а практически применяться в массово!
диагностике метод анализа спектра огибающей начал только в 1990-х годах. Однако д(

сих пор лишь несколько фирм в мире располагают цифровыми методами выделения У
анализа огибающей и чуть большее число фирм используют аналоговые метод»
выделения огибающей.

Спектральный анализ огибающей применяется для анализа медленных изменений
мощности относительно быстрых процессов. Применительно к вибрационной диагностику
роторных машин можно говорить об анализе свойств сил трения и ударных импульсоц
представляющих собой нестационарные процессы.
/ спектров огибающей и методов диагностики на основе их анализа есть целый ряд
неоспоримых преимуществ по сравнению с автоспектрами. Во-первых, технология оги-
бающей основана на анализе высокочастотной вибрации, которая локализована в
пространстве около источника вибрации. Таким образом, измеряя спектр огибающей
вибрации диагностируемого узла, мы с большой вероятностью видим сигнал именно с
«того узла, а не с соседнего, как часто оказывается при измерении низкочастотных
ветоспектров вибрации. Во-вторых, спектр огибающей бездефектного узла обычно
вообще не содержит гармонических составляющих, и появление в нем хотя бы одной
пинии говорит о наличии того или иного дефекта, что в корне неверно в случае
ввтоспектров В-третьих, спектр огибающей, по сути, является относительным измере-
нием - по нему определяется глубина модуляции гл, т е. соотношение минимального Xmm
и максимального Хтах уровней, например, сил трения за оборот:

т(%) JX|»"~X""}.1OO%
(Х/паж + Хпмп)

Jro дает возможность говорить о величине дефекта по однократному измерению
вибрации. Для оценки величины дефекта по автоспектру необходимо сравнивать уровни
вибрации в момент последнего измерения с уровнями, измеренными ранее.

Одной из основных причин появления нестационарных составляющих вибрации в узлах
роторных машин являются удары. Короткий ударный импульс возбуждает быстро
опадающую вибрацию, которая к моменту появления следующего ударного импульса
может практически исчезнуть. При типовых режимах работы бездефектные роторные
машины без узлов возвратно-поступательного действия не являются источниками мощных
и редких ударных импульсов. Силы же трения, которые также являются следствием
действия большого количества накладывающихся друг на друга микроударов, можно
рассматривать в бездефектных узлах как стационарные силы, возбуждающие
стационарную случайную вибрацию.

I Йличие в узлах роторных машин редких и мощных ударных импульсов является признаком
появления дефектов. Таким же признаком дефектов является и изменение во времени
количества и величины микроударов, т.е. модуляция мощности случайной вибрации и
шума, возбуждаемых микроударами в узлах механического, гидродинамического или
вародинамического трения. Короткие ударные импульсы возбуждают преимущественно
высокочастотную вибрацию и шум. Если имеют место удары твердых тел друг о друга,
диапазон частот возбуждаемой вибрации может доходить до сотен килогерц. Если же
ударные импульсы возникают в жидкости, фронты этих импульсов оказываются более
(Намытыми, а частотный диапазон шума меньшим. Еще меньше частотный диапазон
подобных импульсов, действующих в газовой среде. Как следствие, анализ сигналов
вибрации и шума, возбуждаемых импульсными процессами, обычно производится в
верхней части диапазона звуковых частот, иногда захватывая ультразвуковой диапазон,
ПО превышающий 30-50 кГц.

НЯ рис. 18 приведены формы высокочастотного случайного сигнала на примере вибрации,
возбуждаемой силами трения в бездефектном подшипнике (а), в подшипнике, имеющем
неравномерный износ (б) и раковины на поверхности трения (в). В первом случае - это
иПЦионарная случайная вибрация, во втором - нестационарная, а в третьем - сумма
поставляющих ударного типа и нестационарных случайных составляющих.

Несмотря на существование разнообразных методов диагностики узлов трения по
вибрации или шуму, существует всего два основных физических решения, позволяющих
обнаружить ударные импульсы в узлах трения роторных машин. Первое заключается в
сравнении пикового (максимального) значения вибрации со среднеквадратичным
значением Эти значения показаны на первом и третьем сигналах.

Рис. 1 8 Формы высокочас-
тотной случайной вибрации
а - в бездефектном подшип-
нике (без модуляции); б -
в подшипнике, имеющем
неравномерный износ (с
модуля-цией); в - в подшип-
нике. имеющем раковины на
поверхности трения (с уда-
рами)





_ Xmix
_CR3

I



Xmax

СИЗ

в

Количественно это сравнение оценивается либо по их отношению (т.е. по величине^
пикфактора). либо по более сложным зависимостям, в которых это отношение является^
определяющим Подобное решение позволяет обнаружить ударные импульсы, но не.
модуляцию случайной вибрации, иллюстрируемую кривой (рис. 1.8.6).

Второе решение определяется свойством роторных машин, т.е. периодичностью как
ударных импульсов, так и модуляции случайной вибрации. Обнаруживаются они на фоне
стационарной случайной вибрации путем спектрального анализа модулирующего
процесса, т е путем спектрального анализа огибающей высокочастотной вибрации. Так.
на рис 1 9 приведены формы огибающей тех случайных сигналов, которые показаны на
рис 1 8, а на рис 1 10 - спектры огибающей, которые сильно различаются по спектральному
составу В спектре огибающей модулированного случайного сигнала число гармоник
невелико, а в спектре огибающей ударных импульсов количество гармоник может быть
большим. Именно по появлению гармонических составляющих в спектре огибающей
высокочастотной случайной вибрации обнаруживается факт ее периодической
амплитудной модуляции, а по наличию ряда кратных по частоте гармоник - появление
ударных импульсов.
Гис. 1.9. Формы огибающей
высокочастотной случай-
ной вибрации: а - в безде-
фектном подшипнике (без
ывдуляции);б - в подшипни-
ке, имеющем неравномер-
ный.износ (с модуляцией);
в • в подшипнике, имеющем
рековины на поверхности
гроння (с ударами).

Нис. 1.10. Спектры огибаю-
щей, высокочастотной слу-
женной вибрации а • в без
дефектном подшипнике
<00з модуляции); б - в под-
шипнике, имеющем нерав-
номерный износ (с модуля-
цией) в - в подшипнике,
•меюшем раковины на по-
верхности трения <с кдаоа-
Если факт присутствия многих видов дефектов в роторных машинах обнаруживается п!
наличию гармонических составляющих в спектре огибающей предварительно выделенной
полосовым фильтром высокочастотной случайной вибрации (шума) узлов трения ил!
потокосоздающих узлов, то величина этих дефектов определяется по глубине модуляций
вибрации (шума). Величина m связана с разностью \L уровней гармонической и случайной
составляющих спектра огибающей выражением

m = J(io"’°-l)~-> ,
V	Af« 1

где \fA - разрешающая способность при анализе спектра огибающей; А(ф - ширин
полосы фильтра, выделяющего высокочастотную вибрацию.

Итак, спектральный анализ огибающей в современных пакетах программ являете!
основным видом анализа высокочастотных случайных составляющих вибрации или шума
Их периодическая модуляция является признаком появления дефектов как узлов треню
например, подшипников или потокосоздающих узлов, так и многих других узло!
определяющих вид нагрузки на подшипники. Вид дефекта определяется по частота!
модуляции (частотам гармонических составляющих в спектре огибающей), а величин
дефекта - по глубине модуляции.

Спектральный анализ огибающей сигнала вибрации является основным видом анализ
модулирующих случайную вибрацию процессов, которые позволяют наиболее полж
описать вибрацию роторных машин с дефектами. Но модулированные по амплитуд
сигналы могут быть четырех видов, так как и модулирующий и модулируемый процесс!
могут быть как периодическими, так и случайными.

Для исследования модулирующих процессов, входящих в каждый из указанных видо
сигналов, следует выбирать свои методы анализа. В настоящее время используюта
два уже рассмотренных вида анализа сигналов. Это спектральный анализ собственн!
вибрации и спектральный анализ огибающей ее случайных составляющих, предварительн!
выделенных полосовым фильтром.

Так, если модулирующий и модулируемый процессы являются периодическими
используется спектральный анализ сигнала. В этом случае модулирующий процесс
идентифицируется по появлению боковых составляющих в спектре сигнала, как эти
показано на рис. 1.6.

Если модулируемый процесс является периодическим, а модулирующий - случайным, Л
для диагностики используются лишь те практически существующие случаи, когда частота
модулирующего случайного процесса на порядок или более ниже частоты модулируемого]
сигнала. В этом случае также используется узкополосный спектральный анализ сигналов,
в спектре которого модулируемые составляющие расширяются, как это показано на
рис.1.11. Количественной оценкой модулирующего процесса в этом случае является
отношение ширины модулируемых составляющих в спектре к ширине немодулированныя
составляющих. Естественно, что при проведении подобного анализа сигнала необходимо
исключить такую причину расширения линий, как нестабильность частоты вращения машины
за время выполнения измерений.	1

Для анализа случайных сигналов, модулированных периодическим низкочастотным
процессом, как уже рассматривалось ранее, используется метод спектрального анализа
огибающей. При этом встречаются также и случаи, когда сам модулирующий процесс
является модулированным, и чаще всего еще более низкочастотным процессом.
।'ИС, 1.11. Спектр вибрации
расширяющимися спект-
ральными составляющими.

iso, дБ

so

составляющие вибраций

модулированные

1001

»*ив. 1.12. Спектры огибаю-
щей высокочастотной виб-
рации при различных де-
фактах подшипников
^вчания: а - раковины на
нарухоюм кольце подшипни-
ка (отсутствуют боковые
оставляющие); б - ракови-
ны на внутреннем кольце
подшипника (в спектре оги-
бающей есть боковые со-
• f валяющие); в - износ тел
«ачания и сепаратора (ха-
маитаризуется расширением
ниниЙ спектра огибающей).
В этом случае приходится либо искать боковые составляющие в спектре огибающей
вибрации, либо определять ширину линий спектра огибающей. В качестве примера на
рис. 1.12 приведены такие спектры огибающей высокочастотной случайной вибрации ।
подшипникового узла с подшипником качения, имеющим разные виды дефектов.
Последний из видов модулированных сигналов, используемых в алгоритмах диагностики, I
содержит два случайных процесса, один из которых, более высокочастотный, является
модулируемым, а другой, низкочастотный - модулирующим. Для исследования модули*
рующего процесса в этом случае используется спектральный анализ огибающей
высокочастотной случайной вибрации, предварительно выделенной полосовым
фильтром. Факт наличия такого рода модуляции обнаруживается по подъему уровня
случайных составляющих спектра огибающей в его низкочастотной части, как это показано
на рис. 113.

Рис. 1.13. Спектр огибаю-
щей вибрации с подъёмом
в области низких частот.

Объем диагностической информации, содержащейся в спектре огибающей случайно!
вибрации, не меньше объема информации, содержащейся в автоспектре вибрации
Результаты анализа спектров низкочастотной и среднечастотной вибрации узла машины
обычно не противоречат результатам анализа спектров огибающей высокочастотной
вибрации и дополняют друг друга, если в процессе измерения и анализа вибрации ж
были допущены ошибки. Наиболее опасной и весьма сложно обнаруживаемой ошибкой
искажающей результаты, получаемые при анализе спектра огибающей вибрации узла
трения роторных машин, является нетравильный выбор полосы фильтра дл!
формирования огибающей Обязательным условием правильного выбора являете
отсутствие в полосе этого спектра гармонических ^смодулированных) составляющие
высокочастотной вибрации. Причиной столь жесткого ограничения является тот фат
что спектр огибающей вибрации - это спектр колебаний мощности тех составляющий
вибрации, которые выделены фильтрами для формирования огибающей. Если в полосу
фильтра попало несколько составляющих вибрации и мощность одних составляющий
меняется во времен^, а мощность других - постоянна, то в результате анализа колебаний
полной мощности невозможно оценить ни диапазон колебаний мощности одние!
составляющих, ни стабильность мощности других составляющих.

Чтобы исключить эти ошибки, целесообразно выбирать такие точки измерения вибрации
в узлах машины и такие полосы фильтра для формирования огибающей, в которых
доминирует случайная вибрация. Колебания мощности именно такой вибрации необходима
измерять.
1А ДРУГИЕ ВИДЫ АНАЛИЗА СИГНАЛОВ

Спектральные анализы сигналов вибрации и огибающей ее высокочастотных
составляющих являются в пакетах диагностических программ основными видами анализа,
ме которых строятся все алгоритмы обнаружения и идентификации дефектов. В то же
время многие технические средства измерений, применяемые пользователями
современного программного обеспечения, позволяют проводить и другие виды измерений
и анализа сигналов, в том числе и невибрационных. Для того чтобы пользователь мог
учесть результаты таких измерений, в пакетах программ предусмотрена возможность
ввода и анализа подобной информации.

Из наиболее часто измеряемых невибрационных параметров, кроме шума, следует
выделить два - температуру узлов машин и потребляемый электрическими машинами
fOK (напряжение). Результаты измерения температуры - типично скалярная величина, а
диагностическая информация содержится в зависимости значения измеряемой величины
nt времени или от величины других параметров, являющихся функцией времени.
Результатом измерения тока (напряжения) - чаще всего является его спектр, т.е. векторная
величина, имеющая несколько проекций (частотных полос).

Псе виды измерения и анализа различных сигналов, представляемых как скалярной, так
и векторной величинами, могут быть внесены в базы данных программ мониторинга,
входящих в пакеты диагностических программ

Результаты этих измерений в рамках программного обеспечения для мониторинга могут
анализироваться пользователем самостоятельно, в том числе сравниваться с порогами,
сдаваемыми самим пользователем, а конечные результаты анализа могут учитываться
в выдаваемых программами рекомендациях. Но все эти измерения не являются
ибязательными для постановки автоматического диагноза и прогноза состояния узлов
(шторных машин.

Пакеты программ вибрационной диагностики не позволяют своевременно решить всего
одну диагностическую задачу для роторных машин, а именно, обнаружить нарушения
состояния электрической изоляции в обмотках электрической машины, и то лишь до тех
пор, пока через поврежденное место не потечет ток. Поэтому единственными
результатами невибрационных измерений, которые могут радикально изменить диагноз
по вибрации, являются данные независимой оценки состояния изоляции. Для многих
пользователей этими данными являются результаты измерения сопротивления
моктрической изоляции, которые могут быть внесены в базу данных программ
мониторинга

Из достаточно часто применяемых в диагностике роторных машин методов анализа
вибрации и шума, которые могут дать дополнительную информацию, можно выделить
лишь несколько методов Во-первых, это фазовый анализ составляющих вибрации на
нвстотах, кратных частоте вращения. Он. в частности, является основой диагностики
пинии вала в программах балансировки. Во-вторых, это корреляционный анализ, который
может использоваться в задачах локализации источника вибрации, например, при
локализации места утечек в трубопроводах. И еще один метод, позволяющий
анализировать модуляцию ударных импульсов не по амплитуде, а по интервалам между
импульсами. Это может быть, например, спектральный анализ интервалов между
импульсами, и использоваться он может, например, для оценки износа сепаратора
подшипника качения при появлении в подшипнике ударных импульсов из-за других видов
дефектов (раковин на поверхностях качения).
Та же диагностическая информация, которая может быть получена из анализа временно^
выборки сигнала вибрации, а также при многих других видах обработки сигналов вибрации,
например, корреляционной, у роторных машин перекрывается теми результатами!
которые достигаются использованием в программах спектрального анализа сигнала i
огибающей его высокочастотных составляющих.

2.	ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ

2.1.	СТРАТЕГИЯ ВИБРАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА

Системы мониторинга машин и оборудования по протекающим в них физически!
процессам в настоящее время широко используются в различных областях деятельност
человека. Связано это с интенсивным развитием методов и средств измерения hi анализ
самых разных сигналов, а также вычислительных мощностей компьютеров, деглающи
доступным решение сложных задач наблюдения за процессами, происходящими в машина
и оборудовании

Основные тенденции в развитии подобных систем мониторинга по процессам
происходящим в объектах наблюдения, определяются ростом:

-	числа измеряемых физических процессов;

•	количества используемых датчиков и точек контроля этих процессов;

-	сложности анализа измеряемых сигналов;

•	сложности алгоритмов обработки результатов анализа;

•	вычислительных мощностей используемых компьютеров;

•	объема предоставляемых эксперту для принятия решения данных.

Некоторые из основных тенденций влекут за собой заметное увеличение стоимост
систем мониторинга и затрат на их обслуживание. Прежде всего это рост затрат н
привлечение экспертов для интерпретации полученных результатов. Также заметно н
стоимости системы сказывается рост номенклатуры датчиков и устройств для анализ
разных физических процессов, рост количества тех датчиков физических величин. которы
необходимо встраивать в узлы машин или оборудования.

Учитывая эти тенденции, целесообразно выбрать стратегию создания переносных систе
массового мониторинга машин и оборудования предприятий, основанную на решени
следующих задач:

-	минимизации стоимости базовых систем мониторинга с возможностью их
неограниченного расширения;

•	достижения экономически обоснованной достоверности результатов,
получаемых базовой системой мониторинга;

•	замены эксперта программами автоматической интерпретации получаемых в
типовых случаях результатов с возможностью подключения эксперта на л юбом
этапе мониторинга;

•	обеспечения возможности эксплуатации базовой системы мониторинга
оператором с минимальной подготовкой, получаемой во время краткосрочного
(не более 5 дней) обучения.	'

С целью оптимизации технических решений для базовой системы мониторинга был^
проведены многолетние исследования по оценке информативности разных видо|
сигналов, сопровождающих работу роторных машин. Результатом этих исследовани!
явился отказ от использования свойств таких физических процессов, как температуру
давление и другие, в качестве диагностических сигналов для базовой системы мониторинг!
МЭ существенных потерь диагностической информации. На первом этапев системе
"Гвди использоваться сигналы вибрации и шума, но в дальнейшем удалось ограничиться
юлько сигналами вибрации, так как шум в любых машинах или оборудовании является
источником вибрации отдельных частей корпуса, а возбуждаемая им вибрация сохраняет
практически весь объем диагностической информации даже о таких узлах, как рабочее
иолесо низкочастотного вентилятора.

следующий этап минимизации стоимости базовой системы мониторинга состоял в
упрощении средств измерений. Отказались от использования многоканальных систем,
ммеряющих взаимные характеристики вибрации в двух и более точках контроля, так как
•ги системы значительно увеличивают объем диагностической информации лишь в
пространственно распределенных системах, например трубопроводах, и в задачах
пространственной локализации источника шума, например течи.Поскольку эти задачи
выходят за рамки мониторинга состояния машин, подобные системы измерения и анализа
*; голи использоваться как дополнительные к средствам массового мониторинга роторных
машин.

UTO же время в измерительной части базовой системы мониторинга был сохранен канал
намерения частоты вращения, позволяющий решать задачи мониторинга многоскоростных
машин, а также проводить фазовые измерения вибрации, в частности, для балансировки
машин на месте эксплуатации.

11 результате в состав базовой системы мониторинга вошли сборщик данных с
возможностью измерения и анализа спектра вибрации, спектра ее огибающей, временной
выборки сигнала и фазовых характеристик, а также переносной компьютер для обработки
результатов измерений и пакет программ для мониторинга. В качестве примера на
рис.2.1. приведен состав базовой системы мониторинга роторных машин по вибрации, в
матером используется сборщик СД-11.

□аобенностью системы мониторинга машин и оборудования по вибрации является
выделение в программном обеспечении для мониторинга общей (пользовательской)
1асти как самостоятельной. Эта часть дополняется программами базовых мониторинга
и диагностики и решает основные стратегические задачи, поставленные перед
разработчиками. а именно, заменяет в типовых ситуациях эксперта и обеспечивает
высокую достоверность получаемых в автоматическом режиме результатов диагноза и
прогноза состояния узлов
роторных машин.

Рис. 2.1. Базовая система
мониторинга роторных ма-
шин по вибрации.
Общая (пользовательская ) часть системы мониторинга функционирует независимо. Ш
ее структура и объем используемой в ней информации определяются возможностями
технических средств измерений, имеющихся у пользователя, с приборным интерфейсом
связи с компьютером и протоколом обмена.	|

Многие из параметров, измеряемых любыми техническими средствами, могут быт
введены в базу данных общей части системы мониторинга с клавиатуры, что позволяв
пользователю произвольно расширять парк используемых средств измерений.

Что касается средств измерений, то среди них есть устройства, построенные п
модульному принципу, т е. имеющие взаимозаменяемые узлы (предусилители) для разны
типов датчиков разных физических процессов, соединяемых с единой анализирующе
аппаратурой Это даёт возможность пользователю по своему желанию наращиват
общую часть системы мониторинга при минимальных затратах.

К традиционным задачам мониторинга, как уже отмечалось, относятся измерени
выбираемых пользователем параметров разных видов сигналов, несущих известну!
пользователю диагностическую информацию, и наблюдение за развитием эти
параметров во времени, в том числе сравнение их с устанавливаемыми им пороговым
значениями, построение трендов для прогноза их развития. Выбираемые параметр!
могут рассматриваться как скалярные величины, представляющие одно или нескольи
не связанных между собой значений, например, температуры, давления и химическое
состава окружающей среды в точке контроля. Но чаще они рассматриваются ка
векторные величины, представленные группой значений, часть из которых связана дру
с другом, например, спектром вибрации в точке контроля, в котором часть спектральны
составляющих определяется частотой вращения машины в момент измерений.

Весьма важным инструментом традиционных систем мониторинга является графически
анализ результатов. Это двумерное и трехмерное графическое представление измер!
емых скалярных и векторных величин с возможностью анализа данных совместно
пороговыми значениями.

Так, на рис.2.2, приведено двумерное отображение векторной величины, а именно, спектр
виброускорения машины в точке контроля вибрации с указанием пороговых значений
Типичное число порогов для каждой величины -три (указывающие границы сильное
роста параметра, опасного роста параметра и низкого уровня сигнала).

Рис. 2.2. Спектр вибро-
ускорения машины с тремя
порогами.

—	 800, 14»

О

На рис.2.3, приведено трехмерное отображение векторной величины * спектра огибающс
высокочастотной вибрации узла машины, измеряемого в течение нескольких лет. Граф!
бранного пользователем сечения по оси частот показан в нижней части рисунка, он
ч «воняет определять тенденцию развития контролируемых параметров.

w 2.3. Трёхмерное ото-
। «жение спектра вибрации
«л«| машины и его спектра.

Не рис.2.4, приведено графическое отображение скалярной величины, представляющее
> обой зависимость контролируемой величины во времени, пороги допустимых изменений
и фонды, прогнозирующие возможные изменения и указывающие наиболее вероятное
время достижения пороговых значений.

'не 2.4. Тренды, харак-
|-1>м]ующие изменения и
н|мии допустимых значе-
' калярной величины

|ффективностъ общей части системы мониторинга машин и оборудования напрямую
'Мисит от принятых пользователем решений по выбору:

•	режимов работы машины и оборудования для мониторинга;

•	технических средств измерений и точек контроля измеряемых параметров;

•	методов анализа измеряемых сигналов;

•	периодичности измерений;

•	пороговых значений.
Базовая часть системы мониторинга построена на измерении сигналов вибрации й
ограничивает используемые методы их анализа. Обязательными являются измерения
виброускорения в точках, рекомендуемых программным обеспечением. Обязательными
также являются два вида анализа, а именно, спектральный анализ низкочастотной и]
среднечастотной вибрации и в большинстве случаев спектральный анализ огибающее
высокочастотных составляющих вибрации. Ограничены также и диапазоны измеряемо!
вибрации. Свобода предоставляется пользователю лишь в таких вопросах, как выбо|
режима работы машины, величин порогов опасного изменения вибрации, а такж
периодичности измерений в бездефектных машинах и оборудовании.

Базовая часть системы мониторинга имеет ряд существенных особенностей, отличающи!
её от основной (пользовательской) части системы и позволяющих оптимальным образов
использовать возможности вибрационной диагностики машин. К этим особенностям, кром<
рассмотренных ранее ограничений на выбор пользователя, относятся:

•	автоматический мониторинг потенциально аварийноопасных узлов машины потем
параметрам вибрации, которые в дальнейшем используются для идентификации
причин изменения вибрационного состояния;

•	возможность наблюдения за флуктуациями выбранных параметров в
автоматическом режиме отслеживания этих параметров при изменениях режима
работы машины, в том числе, частоты ее вращения

	возможность автоматической идентификации измеряемых параметров, а именно,
гармонических составляющих в спектрах вибрации и ее огибающей,

•	возможность автоматического исключения из рассмотрения результатов
ошибочных измерений, выпадающих за границы естественного статистического
разброса данных измерений:

•	простота под ключения диагностических модулей, обеспечивающих интерпретацию
обнаруженных изменений с высокой достоверностью получаемых результатов.
Весьма важной составной частью базовой системы мониторинга являются ограничения и
проведение вибрационных измерений, используемых для мониторинга, и в дальнейшем - дл!
диагностики
К ним относится ограничение диапазона частот вращения машины при измерениях, равно
* 10% от среднего значения, выбранного оператором при конфигурировании данных!
машине в программе мониторинга. Желательно также выдерживать ограничения на диапазон
нагрузок на машину в пределах * 20% от выбранного оператором среднего значения. Очен
важным является условие стабильности частоты вращения в момент измерений, которая н
должна быть хуже одного процента от ее средней величины. Во многих случаях рекомендуете
измерять вибрацию и частоту вращения синхронно. Такая возможность предусмотрена
современных средствах измерения.

Чтобы не пропустить момент появления аварийных ситуаций, важно следовал
рекомендациям программы мониторинга, изложенным в дальнейших главах настоящег
пособия (по периодичности измерений вибрации машины и ее узлов).

Базовая часть системы мониторинга использует не все основные направления вибрационной
мониторинга. Так. в базовой части основное направление вибрационного мониторинг
заключается в наблюдении за изменением мощности (амплитуды) отдельных составляющи
(групп составляющих) вибрации.

Второе направление, а именно, наблюдение за флуктуациями (модуляцией) мощносп
составляющих, используется уже в диагностической части системы. И, наконец, треть
направление, заключающееся в наблюдении за изменением пространственного положены!
источника, вообще не используется, так как при контроле вибрационного состояния основ
>шх узлов машины роторного типа оно не дает заметного роста получаемой диагностической
информации.

II пользовательской (общей) части системы мониторинга могут быть задействованы все
юиовные направления вибрационного и других видов мониторинга. Эти результаты
«уводятся в итоговые документы как результаты независимого мониторинга.

|<ыше были рассмотрены стратегия и основные технические решения при создании систем
мониторинга на базе переносных средств измерения физических процессов, сопровождающих
работу машин и оборудования.

И стационарных системах вибрационного мониторинга ряд основных технических решений
• сличается от принятых для переносных систем. Так. в стационарных системах отслежи-
ваются параллельно две тенденции - медленного и быстрого изменения контролируемых
иараметров с разными порогами опасных изменений и разными алгоритмами адаптации
них порогов. Кроме того, такие системы обычно имеют как стационарную часть с минимально
«оаможным количеством точек контроля и установленных в них датчиков, так и переносную
«есть, используемую для получения дополнительной информации в случае обнаружения
опасных изменений контролируемых параметров.

I щв в одну группу систем, близких к системам мониторинга, входят стендовые системы
«•Одного и выходного контроля вибрации машины и оборудования. В них также приняты
|ЮШения, часть из которых отличается от изложенных ранее. Так, пороговые значения в
«хих системах автоматически строятся по данным измерений параметров в идентичных
luMXBX контроля группы одинаковых машин, т.е. по множеству, и автоматически адаптируются
► иаменениям в технологии обслуживания и ремонта этих машин.

J1 СТРАТЕГИЯ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ

1 «временные системы мониторинга предназначены для наблюдения, анализа и прогноза
«м характеристик объекта, которые они измеряют. В частности, тепловой мониторинг
нооледует тепловое состояние машин и оборудования, вибрационный - вибрационное
•^стояние и т.д. Диагностика в таких системах мониторинга решает одну задачу -
интерпретацию обнаруженных изменений. И если в результате появления каких-либо опасных
дефектов эти изменения не обнаружены, то система не может фиксировать наступление
«варийноопасного состояния.

того чтобы избежать подобных ошибок, используются, как правило, два основных
। w диода. Первый заключается в количественном росте системы мониторинга, объединяющей
итерационный, тепловой, электрический, химический и другие виды мониторинга с целью
нимвния вероятности пропуска дефекта на начальной стадии развития. Второй заключается
< использовании стационарных систем вибрационного защитного мониторинга, так как на
“пночмых стадиях развития одного дефекта возникает цепная реакция и появляются многие
другие, а среди них всегда находится такой, который существенным образом меняет
миграционное состояние объекта. После его обнаружения объект мониторинга
Ц||внввливаютдля проведения профилактических или ремонтных работ.

фатвгия современной вибрационной диагностики отличается от перечисленных и
••««читана на массовое диагностическое обслуживание машин и оборудования, которое
»<нможно лишь при обнаружении всех потенциально опасных дефектов сразу после изго-
। «тления (ремонта) или на начальной стадии развития с последующим мониторингом развития
дефектов.

’ •елизовать стратегию массового диагностического обслуживания можно, лишь имея
иАыточные и легко используемые алгоритмы обнаружения дефектов изготовления, мон-
тажа и эксплуатации до того, как они достигнут аварийноопасных значений. Естественно. ч1
общих технических решений, позволяющих реализовать эту стратегию для любого типа маши
и оборудования, не существует. Однако в настоящее время разработаны и активн
развиваются недостающие решения для роторных машин и их узлов, причем с использование
только результатов измерения вибрации. Получаемые результаты имеют высоку
достоверность, в частности, для большинства типов роторных машин вероятность пропус
аварийноопасных дефектов при выполнении всех необходимых измерений в полном объел
не превышает 5%.

Чтобы достичь таких результатов, более 20 лет выполнялись широкие исследования I
влиянию различных дефектов роторных машин на вибрацию, а также по наблюдению,
развитием дефектов в естественных условиях. Эти исследования показали, что ве
жизненный цикл любого узла роторной машины, подверженного динамическим нагрузка
можно разделить на четыре основных этапа.

Первый - этап приработки, во время которого обнаруживается большинство скрытых дефект
изготовления и дефектов сборки, а также происходит процесс сглаживания технологическ
отклонений в пределах допусков путем частичного износа деталей. Диагностика узлов мат
и оборудования на этом этапе необходима, во - первых, для обнаружения дефектов сбор
а, во - вторых, для своевременного обнаружения скрытых дефектов.

Второй - этап нормальной работы при равномерном износе узлов трения, когда дефек1
эксплуатации практически отсутствуют. Для машин, узлы которых спроектированы1
изготовлены без очевидных ошибок, этот этап по длительности иногда превышает полови
ресурса машины Но и тогда необходим периодический контроль состояния узлов, котор|
в системах диагностики осуществляется только по параметрам вибрации в номинальна
режиме работы машины

Третий этап - начальная стадия развития дефектов, когда величина дефектов является
стабильной во времени, а сам дефект может трансформироваться из одного вида в друге
Этот этап также весьма длителен и обычно превышает по продолжительности 25%
полного ресурса узла. Системы диагностики ориентированы на обнаружение и идентификац
дефектов машин именно на этом этапе жизненного цикла диагностируемого узла, а затем yj
на решение всех задач мониторинга дефектов, в том числе и прогноза их развития.

Четвертый этап - это этап деградации диагностируемого узла, когда отказ узла мои
произойти в любой момент. Этот этап в начальной стадии характеризуется появлени
нескольких средних и сильных дефектов, монотонно увеличивающихся в проце{
эксплуатации. Именно на этом этапе появляется реальная возможность прогнозиров;
остаточный ресурс узла. В конечной его стадии колебательные силы и вибрация узл
машины формируются по сложным моделям, в которых нелинейные свойства начина
преобладать и большинство широко используемых методов идентификации вида и величи!
дефекта по вибрации перестает работать. В этот момент наиболее эффективными метода
оценки состояния машины (узла) становятся простейшие методы измерения уровня вибраь
в достаточно широких полосах частот.

Естественно, что на конечной стадии четвертого этапа жизненного цикла диагностируем^
узла эффективными становятся только стационарные системы вибрационного монитора
обеспечивающие непрерывное слежение за ростом мощностных характеристик вибращ
Учитывая изложенные ранее результаты, в рамках стратегии массового диагностически
обслуживания стали производить переносные системы вибрационного мониторинг
диагностики, рассчитанные на решение диагностических задач двух типов. Первый
диагностика роторных машин и их узлов по множеству в задачах входного и выходне
контроля продукции в процессе изготовления и ремонта. Второй тип задач - обнаружен
•I мониторинг развития дефектов, появляющихся в процессе эксплуатации, вплоть до наступ-
|«мия заключительного этапа деградации дефектного узла.

’’Мработаны также и технические решения, позволяющие из переносной системы
мониторинга и диагностики временно создавать и стационарную систему, осуществляющую
•мониторинг вибрационного состояния отдельных машин или их узлов с момента наступления
нала деградации дефектного узла до момента вынужденной остановки машины для ее
цемента.

1	.вставной частью выбранной стратегии вибрационной диагностики отдельных узлов машин
•шляется принятие основных решений по следующим вопросам:

•	виды вибрационных измерений, используемые для диагностики;

•	основные подходы к выбору диагностических признаков;

•	основные ограничения на работу машин во время измерений;

•	правила построения эталонов и определения пороговых значений;

•	подходы к решению задач долгосрочного прогноза состояния;

•	переход к диагностике и прогнозу состояния машин в целом;

•	формы представления результатов;

•	принципы обучения пользователя.

Ицды вибрационных измерений, как уже отмечалось, совладают с используемыми для
Мювого мониторинга. И мониторинг, и глубокая диагностика узлов роторных машин
производятся по одним и тем же измерениям вибрации на корпусе диагностируемого узла
"ЛИ Других узлов, на которые передаётся динамическая нагрузка от диагностируемых
швментов. При этом на корпусе узлов с элементами трения измеряются узкополосные
"ЛОКТры вибрации и огибающей её высокочастотных составляющих. На других узлах
измеряется только узкополосный спектр вибрации, но в ряде случаев в двух взаимно
перпендикулярных направлениях.

Лыбор диагностических признаков для разных видов дефектов, используемых в
«темах диагностики. предполагает обязательность решения следующих вопросов:

•	для каждого вида узла должно определяться ключевое диагностическое решение,
снижающее до минимума вероятность пропуска дефекта, если до следующего изме-
рения дефект может стать причиной аварийной остановки машины;

•	основное диагностическое решение должно дополняться, если оно не позволяет
идентифицировать вид дефекта с высокой вероятностью;

•	все выбранные диагностические признаки должны обеспечивать их запись в виде
алгоритмов автоматической диагностики, т.е не должны иметь несколько альтерна-
тивных решений;

•	выбранный набор диагностических признаков должен минимизировать вероятность
“ложной тревоги", т.е. принятия решения о наличии дефекта при естественных изменениях
параметров вибрации во время работы машины и оборудования;

•	в случае, когда два вида дефектов имеют близкие признаки, не позволяющие их
разделить в конкретной диагностической задаче, в окончательных результатах диагноза
должен приводиться тот дефект из двух, для которого остаточный ресурс узла мини-
мален;

•	случае, когда обнаруженные изменения вибрации не позволяют ограничить группу
возможных дефектов до трех или менее, должно быть выдано предупреждение о
появлении неидентифицированных изменений вибрации суказанием этих изменений.

II Меньшинстве случаев ключевые диагностические решения введены в диагностическую
прамтику по результатам многолетних исследований, проводимых преимущественно на
4Дак Военно-морского флота. Первые их публикации относятся к середине 70 - X годов.
Так. например, для диагностики подшипников качения таким решением является обнаружена
и идентификация дефектов по параметрам периодических пульсаций сил трения качения I
мощности возбуждаемой ими случайной вибрации. Для механических передач, в том числ
зубчатых, таким решением являются обнаружение и идентификация дефектов п
“отрицательным" динамическим нагрузкам на опоры вращения и соответствующим свойства!!
вибрации подшипников Для электромагнитных частей электрических машин решени
заключается в обнаружении и идентификации сопутствующим дефектам пульсирующи
моментов, а для рабочих колес - зон повышенных пульсаций в жидкой (газовой) среде л
вибрации корпуса.

Подробный анализ диагностических признаков, позволяющих обнаружить и идентифицировав
все основные виды дефектов разных узлов роторных машин, приводится в последующи]
главах рекомендаций. Естественно, что в них не указаны те тонкости, которые позволяю
добиваться высокой степени достоверности результата автоматической диагностики, ц
они достаточны для того, чтобы эксперт мог сопоставить эти результаты со своими выводам!
а также для того, чтобы он мог разобраться в причинах появления неидентифицированны
программами изменений вибрации.

Ограничения на режимы работы машин во время диагностических измерений совпад;
ют с аналогичными ограничениями для базовой системы мониторинга. Это ограничение н
частоту вращения (* 10%). на ее стабильность во время измерений (* 1,0%) и, желательно, н
нагрузку (*20%). В ряде случаев, например у редукторов, это еще и ограничение н
направление вращения и на направление нагрузки, которые должны совпадать
номинальными.

Правила построения эталонов и определения пороговых значений, используемы
в системе мониторинга и диагностики, могут выбираться пользователем из довольно широка
круга возможных, поэтому они рассматриваются более подробно в следующем параграф
пособия.

Подходы к решению задач прогноза делятся на две основные группы Первая включав
в себя те решения, которые основаны на знании типовых скоростей развития дефектов,
этом случае прогноз основывается на определении вида и величины всех дефекто!
имеющихся в диагностируемом узле, и того минимального времени, за которое любой и
обнаруженных дефектов может достигнуть аварийных значений. Для постановки прогноза
этом случае может хватить всего одного диагностического измерения, например, для подшиг
ника качения, диагностируемого по спектру огибающей высокочастотной вибрации корпус
подшипникового узла. Прогноз в этом случае выдается в виде рекомендованной дал
следующего диагностического измерения и может достигать 20% от его среднего ресурса
Вторая группа подходов к досрочному прогнозу состояния узлов связана с построение*
трендов, характеризующих изменение величины дефектов или, как это принято пр|
вибрационном мониторинге, характеризующих изменение одной из составляющих вибрации
отвечающих за возможные дефекты. В современных программах могут быть реализован!
все перечисленные подходы, но с учетом ряда ограничений, изложенных ниже.

Эти ограничения определяются, в основном, условиями эксплуатации машин и, в перву!
очередь, качеством выполнения работ по обслуживанию и ремонту, а также появлением в(
время эксплуатации нештатных ситуаций, которые могут радикально изменить состояние
машины или отдельных ее узлов.

В результате обслуживания или ремонта машины, даже если не был заменен диагностируй
мый узел, может измениться нагрузка на него, а следовательно, могут измениться и многий
из диагностических признаков дефектов. Так, например, изменение нагрузки на подшипник
качения приводит к тому, что часть дефектов, в том числе дефекты неподвижных узлом
может перестать проявляться в сигнале вибрации. При этом и сам дефект перестанет
||Шиваться, но через некоторое время могут появиться и ускоренно развиваться другие
цофекты.

1ВИИМ образом, после любого обслуживания или ремонта с диагностической точки зрения
/ЮЛ рассматривается как новый, и ему необходимо пройти период приработки. Все это
должно учитываться при диагностике после обслуживания, а данные диагностики до
• велуживания можно использовать лишь для оценки качества обслуживания, а не как исходные
щнмые для прогноза состояния. Аналогичным образом рекомендуется поступать и после
пмвления нештатных ситуаций, таких как перегрузка, перегрев, временное прекращение
чМДачи смазки и другие. Обязательная диагностика машины и ее узлов позволяет оценить
последствия зарегистрированной нештатной ситуации, в том числе, обнаружить появление
«••рийноопасных дефектов. Но чаще дефекты, возникающие при нештатных ситуациях,
проявляют себя не сразу, а ускоряют износ тех узлов, на которые в этой ситуации действовали
нагрузки, многократно превышающие допустимые. Поэтому необходимо диагностировать
' ।стояние узлов после нештатной ситуации в тех же условиях, как и после ремонта, контролируя
«•приработку.

Н мчестве примера прогноза состояния узлов машины по трендам развития дефектов на
пис.2.5 показаны результаты диагноза редуктора в одной из контрольных точек и данные
прогноза по трендам дефектов. Прогноз развития дефектов по диагностическому признаку
«вмазан ранее, на рис 2.4.

Пароход к диагностике и прогнозу состояния машины в целом в большинстве
^мистических случаев является задачей пользователя. Наиболее простое решение - получение
результирующего диагноза и прогноза в виде, соответственно, суммы дефектов и
минимальной длительности прогноза по узлам диагностируемой машины. Но достаточно
жсто такой подход оказывается далеко не лучшим либо из-за появления неиден-
1Нфицироваиных дефектов в результате влияния дефекта одного узла на динамические
«•грузки, действующие в другом узле, либо из-за заниженных результатов прогноза в
равультате преувеличения опасности дефектов отдельных узлов.

2.5. Тренд развития
«•фактов наружного кольца.

Или получения более точного диагноза и прогноза состояния машины в целом в рамках
•тнщлции массового диагностического обслуживания может быть выбрано одно из двух
«вправлений. Первое - уточнение диагноза по правилам, описываемым в параграфах,
посвященных диагностике каждого из типов узлов роторных машин. Второе -
разработка общего диагностического модуля по конкретному виду машин, которую
разработчики могут выполнить совместно с пользователем большого числа идентичных
машин (не менее 25) При этом задачей пользователей является сбор результате!
измерений вибрации по методикам разработчика и результатов визуальной дефектации
машин перед их обслуживанием (ремонтом). Чаще всего такие диагностические модули
разрабатываются под конкретный заказ на стационарную систему	|

Основной формой представления результатов диагностики и прогноза было принял
экспертное заключение. Оно включает в себя указание точки контроля, даты проведени!
диагностики, рекомендаций по обслуживанию, если таковое необходимо, рекомендуемуи
дату следующего измерения и обнаруженные дефекты с указанием тех результате]
измерений, по которым обнаружен и идентифицирован каждый дефект.

Пример экспертного заключения приведен на рис.2.6.	J

Рис. 2.6. Пример эксперт- ного заключения.	РЕКОМЕНДАЦИИ :   Заменить подшипник  Основание:  ИЗНОС НАРУЖНОГО КОЛЬЦА \22К Средний; Вероятность 90%)  РАКОВИНЫ НА НАРУЖНОМ КОЛЬЦЕ (59%; Сильный; Вероятность 90%) t  ОБНАРУЖЕННЫЕ ДЕФЕКТЫ: ИЗНОС НАРУЖНОГО КОЛЬЦА (22%; Средний; Вероятность 90%)	i  Диагностические признаки о спектре огибающей :  24.48 Гц (22%) Fap  РАКОВИНЫ НА НАРУЖНОМ КОЛЬЦЕ (59%; Сильный; Вероятность 90%)  Диагностические признаки о спектре огибающей :	।  73.06 Гц (59%) Fh  147.12 Гц (11%) 2Fh  218.48 Гц (36%) 3Fh  292.31 Гц (11%) 4Fh  367.21 Гц (18%) 5Fh  ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ:  Высокий уровень гармонических составляющих в спектре огибающей.  Возможны сильные гармонические составляющие вибрации в полосе фильтра детектора огибающей.

Кроме экспертного заключения по каждой точке машины в зависимости от каждо
конкретной реализации пакета диагностических программ предусмотрены различнь
формы сводной отчетности по точкам, машинам, группам машин, в том числе, и за любу
длительность наблюдения за состоянием машин.

Обучение пользователей является одной из основных проблем выбора стратеги
диагностики. В рамках выбранной стратегии, рассчитанной на пользователя б(
специальной подготовки и обеспечивающей автоматическое решение наиболее сложнь
вопросов обработки результатов измерений, подготовки диагноза и прогноза, вопрос
подготовки операторов решаются в несколько этапов.

На первом этапе, не превышающем пяти дней, пользователь обучается особенности
выбора точек измерения вибрации, проведению измерений, вводу данных в компьюте
и выводу результатов.

На втором этапе самостоятельного обучения пользователю предлагается подробна
документация, в том числе и данные рекомендации, а также развернутые материал!
включенные в режим "Помощь" программ.

Кроме того, в программах предусмотрены специальные режимы детальной диагностик
подробно раскрывающие последовательность принятых решений, а также режим
подробного графического анализа данных измерений.
lit следующем этапе пользователь самостоятельно осваивает правила адаптации пороговых
течений в диагностических моделях, которые он может самостоятельно изменять. Кроме
ГОТО, пользователь |эегулярно приглашается на встречи с разработчиками и другими
пользователями программ, где обсуждаются особенности диагностики разных типов машин.
«Обязанности разработчиков также входят ответы на вопросы пользователей, которые они
могут передавать по разным линиям связи, а также доработка учебных материалов и
программ по их замечаниям.

13.	ПОСТРОЕНИЕ ЭТАЛОНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРОГОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ

Основными диагностическими признаками появления дефектов в системах мониторинга и
диагностики являются:

•	рост амплитуды отдельных составляющих в спектре вибрации;

•	рост эффектиЕжого значения группы составляющих спектра вибрации в выбранной
полосе частот,

•	появление модуляции отдельных гармонических составляющих вибрации гармони*
ческим или низкочастотным случайным процессом;

•	появление мод уляции случайных составляющих вибрации в выбранной полосечастот
гармоническим или низкочастотным случайным процессом;

•	изменение формы периодических колебаний объекта, сопрово>цдающиеся измене-
нием соотношения амплитуд составляющих в гармоническом ряду.

IK* другие диагностические признаки используются в специальных случаях и ниже не
досматриваются.

Для обнаружения, идентификации вида и величины дефекта результаты количественной
пцвнки диагностических параметров сравниваются с эталонами бездефектных машин и их
УЗЛОВ. а также с эталонами различных дефектов. Эталоны строятся по одному из трех
возможных способов. Первый - построение математического эталона без предварительного
<ТВпа обучения системы диагностики. Второй - построение эталона поданным измерений
диагностических пара метров группы однотипных машин, т.е. обучение системы по множеству.
И третий - построение эталона по периодическим измерениям вибрации диагностируемой
машины на начальном этапе эксплуатации системы диагностики.

Эталон строится в пространстве диагностических признаков, т.е. для каждого узла и для
каждого признака определяется совокупность величин измеряемых диагностических пара-
метров и допустимых отклонений. Обнаруживаемые дефекты по величине делятся на слабые,
nt влияющие на ресурс узла, средние, характеризующие появление в узле необратимых
изменений, и сильные, при которых появляется реальная (в одном из десяти случаев)
возможность отказа узла за время порядка 20 - 30 дней непрерывной работы. Количество
дефектов или, что более точно, количество групп дефектов с разными диагностическими
признаками составляет от 5 до 15. в зависимости от типа узла. При создании эталона
учитывается также и возможность изменения признаков дефектов при смене, например,
14иима работы машины. Все это приводит к необходимости построения нескольких систем
(Талонов с частично пересекающимися границами, что может снижать вероятность
правильного определения вида и. иногда, величины дефекта, но не дает снижения вероятности
нбмвружения дефектного состояния.

самым сложным для разработчиков систем диагностики, но самым простым для
пользователя подробного графического анализа данных измерений является первый спо-
построения эталона, т.е. по имеющейся априорной информации о границах допустимого
изменения диагностических параметров, без участия пользователя в работе по уточнены!
этих границ. Наиболее эффективен такой способ в тех случаях, когда в качеств
диагностического признака обнаруживаемого дефекта используется факт появлени!
модуляции вибрации, которая в бездефектных машинах отсутствует. Современные средств
анализа сигналов вибрации позволяют обнаружить и измерить параметры модуляци
мощности вибрации или ее компонент величиной менее 1 % от среднего значения, что горазд
меньше глубины модуляции, сопутствующей появлению сильных дефектов. Ксожалению,
машинах роторного типа практически нет таких узлов, все дефекты которых приводили бы
появлению модуляции мощности компонент вибрации. Наиболее близки к такому типу дв
вида узлов: подшипники качения и зубчатые передачи. Именно для этих типов узлов, кг
правило, используются эталоны вибрации бездефектного узла, не требующие в перво!
приближении этапа адаптации для конкретных машин пользователя. Диагностика этих узла
может начинаться с первого измерения диагностических параметров.

Эталон первого вида строится разработчиком на основании собранных за многие год|
статистических данных, получаемых при дефектации машин перед ремонтом
предварительной диагностикой. Анализ подобных данных для подшипников качения показа/
что величина диагностических параметров, т.е. глубин модуляции вибрации, характеризующи
дефекты поверхностей качения, зависит преимущественно от окружной скорости вращенм
сепаратора и увеличивается при росте скорости. Зависимости величины диагностически
параметров от конструктивных особенностей подшипников или машины в целом, выходяще
за пределы достоверности измерений вибрации и определения глубины дефекто
обнаружено не было. Совпадающие в пределах достигаемых точностей результаты был
получены и для случая диагностики шестерен редуктора по спектрам огибающей вибраци
подшипников качения. Эти результаты были учтены в алгоритмах расчета порогов дефекта
рекомендуемых пользователю при диагностике по спектрам огибающей вибрации.

Диагностические эталоны всех других типов узлов строятся на этапе адаптации к конкретны
типам машин. Для этого обеспечивается автоматический анализ узкополосных спектра
вибрации и ее огибающей с поиском гармонических составляющих в спектре, определение
их возможной принадлежности к источникам, известным пользователю или разработчика!
и определением таких параметров, как частота, амплитуда и (или) глубина модуляции. Кром
гармонических составляющих автоматически определяется и уровень случайнь
составляющих вибрации в нескольких полосах частот, наиболее важных для постанов!
диагноза.

Рис. 2.7. Спектр вибрации
редуктора.

140, дБ •

120

100

80

800, Гц
нис, 2.8. Спектр огибающей
вибрации редуктора.

150, дБ

130 ...................................................

но ..................................

200,Гц

||ЛЯ иллюстрации этой части обработки спектров вибрации и ее огибающей на рис.2.7
приведен спектр вибрации, а на рис.2.8 - спектр огибающей вибрации подшипника
Редуктора. Результаты их автоматической обработки приведены, соответственно, на
рйС.2.9 и 2.10.

Ивлон, как уже отмечалось, строится независимо для каждой идентифицированной
< йрмонической составляющей спектра и для каждой группы случайных составляющих в
выбранной полосе частот по данным измерений либо групп одинаковых машин, работающих
в близких режимах и с частотами вращения, лежащими в пределах * 10% от средней
величины, либо по нескольким периодическим измерениям одной машины. Во втором
। пучае эталон может быть использован только для диагностики той машины, число
измерений вибрации которой превысило три.

2.9. Результат авто-
матической обработки
• Митра вибрации ре-
нуктора.

ИбЛОн обычно строится для бездефектной машины, поэтому одновременно с построением
«талона узел диагностируется и данные измерений исключаются из используема о s
। строения эталона множества, если в узле обнаруживается средний или сильный дефект
Рис. 2.9. Результат авто-
матической обработки
спектра огибающей виб-
рации редуктора.

Для узлов роторных машин, имеющих разные виды дефектов, построение эталонов возмох
лишь при наборе достаточных статистических данных по многим измерениям. Поэто
вместо эталонов на первом этапе определяются пороги предельного изменен
диагностических параметров, характеризующих бездефектные узлы, а также узлы со средне
и сильными дефектами Пороги эти определяются по всей совокупности параметр
характеризующих каждый вид дефекта. Поскольку в качестве диагностических призна!
могут использоваться самые разные свойства вибрации, каждый из них нормируется
свой порог сильного дефекта, а затем для общего представления переводится в два bi
единиц - роста уровня вибрации над средней величиной, измеряемого в децибелах
величины модуляции вибрации, выражаемой в процентах.

Правила оценки средних значений диагностических параметров для бездефектного уз
если это значение отлично от нуля, определялись, исходя из логарифмически нормалью
закона распределения эффективного значения выбранной пользователем составляюц
вибрации как по группе идентичных машин (по множеству), так и по периодическим измерена
выполняемым во всем диапазоне режимов работы одной машины (по истории). Основа
сложности в построении эталонов связаны с определением пороговых значений j
совокупности диагностических параметров по каждому виду дефекта Решать эту зад
предложено в два этапа. На первом - устанавливать начальные пороги, на втором - пос
сбора достаточной статистики по данным диагностических измерений с последующей деф
тацией узла корректировать начальные пороги.

При диагностике узлов роторных машин по росту составляющих узкополосного спею
вибрации, как правило, сильные дефекты обнаруживаются в том случае, если выбранн
для его обнаружения составляющие определяются работой диагностируемого узла и рас
по амплитуде в 10 раз, т.е. на 20дБ. Если же обнаружение дефекта осуществляется
появлению модуляции гармонических или случайных составляющих, то при тех же ограничен
сильному дефекту соответствует модуляция среднеквадратичного значения вибраци
20%. Именно на эти начальные пороговые значения ориентируются разработчики просра*
если они не имеют более детальной информации по конкретным типам машин, их узле
дефектов У разработчиков достаточно полная информация есть, в основном, для nopoi
дефектов подшипников качения и шестерен с подшипниками качения, в том числед
случая диагностики по спектрам огибающей вибрации. Задачу корректировки поре
вых значений после набора статистических данных можно решать поэтапно, исполы
для этого достаточно простые правила, прошедшие многолетнюю практическую проверку.
Цо-оервых, при дефектации узлов после их диагностики можно оценивать дефекты не
-впичественно, а качественно, выбирая для дальнейшего анализа только те узлы, которые
*10 субъективной оценке пользователя не следует дальше эксплуатировать, и сортируя их
налысо по видам тех дефектов, которые имеют максимальную величину на момент
дефектации.

норректировать пороги выбранного вида дефекта можно лишь в том случае, когда число
цвфектуемых узлов одинаковых типов машин, прошедших предварительную диагностику
и использованных для дальнейшего анализа с максимальным дефектом выбранного
больше трёх. Правила для корректировки в этом случае зависят от того, в каких
•циницах измерялся диагностический параметр, используемый для обнаружения дефекта,
lex»если это была глубина модуляции случайной вибрации пт, то правило определения
порога сильного дефекта имеет вид

1	-	1 "

ГП no р —	— nr ГП ।

V2 гы 2 ‘-1

М m(- глубина модуляции для каждого из п отобранных узлов; п - число машин с
одинаковыми сильными дефектами.

I )ри л > 5 целесообразно оценить величину среднеквадратичного отклонения и отбросить
Ю >начения mi, которые выпадают за удвоенную величину отклонения от среднего, а по
оставшимся mi определить окончательное среднее значение m .

ЛЯЛИ диагностическим параметром является рост уровня конкретной составляющей
вибрации AL (дБ), то правило приобретает вид

A Loop » - Z (AL. - 3)
П 1-1

|ДЭ AL^ * пороговое значение сильного дефекта. дБ; АЦ - рост уровня вибрации
^вставляющих в i машине или в i момент измерения над средним значением по всем п
испарениям, дБ.

При п > 5 целесообразно оценить величину среднеквадратичного отклонения и отбросить
«а Значения дЦ которые выпадают за удвоенную величину отклонения от среднего, а по
оставшимся ALi определить окончательное значение ALnop

Нани диагностическим параметром являлась глубина модуляции гармонической вибрации
'Армоническим процессом, т.е. обнаружение дефекта ведется по росту боковых
вставляющих вибрации, то для определения порога можно воспользоваться выражением

△ L nop ~ т ‘ £ (△ L1 + △ L 2 + △Loch)
Зп 1-1

где AL,, АЦ - приращение уровня боковых составляющих, дБ, AL^ - приращение уровня
виновной (центральной) составляющей спектра вибрации, дБ.

Й качестве начального порога сильного дефекта можно считать величину прироста порядка
1|ДБ. что означает рост каждой из боковых составляющих на величину 18 дБ для случая,
ЮГда уровень центральной составляющей сохраняется. Наиболее типичным случаем
•Фиаружения дефекта по этому алгоритму является обнаружение дефектов шестерни редук-
Для более точной корректировки пороговых значений пользователь может J
производить ремонта сразу после обнаружения дефект- так как вероятность откая
еще не очень велика, а продолжать наблюдение за е«и ростом с периодичности
порядка 1 суток до тех пор. пока его величина не вырастет еще на 50%. В этом случи
проще осуществлять качественную оценку дефекта после разборки машины и/
дефектного узла	।

3.	ДИАГНОСТИКА ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

3.1.	ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ ПОДШИПНИКОВ НА ВИБРАЦИЮ МАШИНЫ

Дефекты, возникающие при изготовлении, монтаже и эксплуатации подшипника скольжен
в составе роторной машины, могут оказывать влияние практически на все составляют
вибрации, имеющие разную природу возбуждения.

В первую очередь, эти дефекты влияют на свойства сил трения в подшипнике
возбуждаемую ими высокочастотную случайную вибрацию подшипникового уз/
Наиболее эффективный метод исследования свойств этой вибрации - спектральн!
анализ ее огибающей

При появлении значительных изменений формы поверхностей трения подшипник
результате отклонений от проектной технологии его изготовления и монтажа и!
вследствие износа этих поверхностей возрастает низкочастотная вибрация ротор
всей машины в целом. Наиболее эффективный метод исследования свойств эт
вибрации - ее спектральный анализ

Наконец, при дефектах, сопровождающихся полным или частичным разрывом маслянв
слоя, поверхности трения подшипников ислытываютударное взаимодействие, котор
возбуждает вибрацию в широком диапазоне частот. Анализировать свойства вибрац
от ударных импульсов можно многими методами, но максимальные результаты да
спектральный анализ огибающей этой вибрации.

Для диагностики подшипников скольжения в программах АО ВАСТ используются метр
узкополосного спектрального анализа вибрации и ее огибающей. Первый обеспечив!
диагностику по низкочастотной вибрации, второй * по высокочастотной, возбуждаем
силами трения и ударными импульсами.

Особенностью высокочастотной вибрации, возбуждаемой силами трения или ударны
импульсами, является быстрое затухание при распространении от одного узла машм
к другому. Поэтому диагностика подшипников по высокочастотной вибрации д|
возможность выделить дефектный подшипник из группы установленных в одной маши|
В то же время по низкочастотной вибрации можно обнаружить дефекты тех узлов,
которых сложно добраться при проведении вибрационных измерений. Поэтому в спи(
дефектов, обнаруживаемых при диагностике подшипника по низкочастотной вибрац!
включаются и те, которые не относятся собственно к подшипнику.

Для диагностики подшипников спектры вибрации и её огибающей измеряются на корпу
подшипникового узла. При анализе вибрации и её огибающей решаются две задачи!
именно, обнаружение и идентификация происходящих в подшипниках изменений, т!
определение причин появления в спектрах новых составляющих или роста существуют»
Такими причинами могут быть либо дефекты подшипника, либо действующие на на
переменные нагрузки. Наличие особых режимов работы подшипника в машинах с и
ханическими передачами, например, зубчатыми, ременными, червячными и т.п., nd
водит к тому, что для них правила диагностики сильно меняются. Поэтому в программ!
организованы специальные алгоритмы диагностики подшипников различных механических
передач, в том числе редукторов.

Поскольку на вибрацию подшипникового узла влияют как дефекты, так и условия работы
подшипника, при автоматической диагностике необходимо решать две задачи, а именно,
определять особенности работы подшипника, а затем, с учётом этих особенностей, определять
•ед и глубину тех дефектов, которые имеются в подшипнике. Поэтому особенности (режимы)
работы подшипника в программе определяются в терминах дефектов. Для примера
Программа а втоматически определяет такие особенности работы подшипникового узла, как
обкатывание шейкой вала вкладышей подшипника, автоколебания ротора в подшипниках,
/дары в подшипниках, сопровождающие локальные пульсации давления в смазке или
разрывы масляной пленки. Эти особенности не всегда определяются дефектами в
подшипниках, а могут быть следствием дефектов ротора, в частности, его неуравновешен*
мости, и дефектов соединительных муфт. Но все они влияют на ресурс подшипника и поэтому
• программе рассматриваются как дефекты, которые необходимо обнаруживать при
диагностике подшипников.

И* дефектов собственно подшипника, оказывающих реальное влияние на параметры
вибрации, можно выделить следующие:

•	перекосы вкладышей подшипника (уменьшение зазора на отдельных участках
вкладышей);

•	износ вкладышей (увеличение зазора);

•	выкрашивание, трещины на неверностях трения;

•	ухудшение условий смазки.

Hi режимов работы ротора в подшипниках скольжения, определяющих вибрацию последних,
оледует выделить:

•	норм<1льный режим с неподвижным масляным клином в подшипнике;

•	обкатывание шейкой вала вкладышей подшипников счастотой вращения вала;

•	автоколебания ротора в подшипниках;

•	сухой контакт поверхностей трения (удары о поверхности трения).

Наконец. к дефектам других узлов машины, непосредственно влияющим на работу подшипника
и его вибрацию, можно отнести:

•	неуравновешенность ротора;

•	дефекты соединительных муфт,

•	оспаб1ление креплений подшипниковых узлов к машине или машины к фундаментным
конструкциям;

•	дефекты соединенных свалом узлов, атом числе шестерен и т.п, создающие ударные
нагрузки на подшипник.

I результате указанные дефекты собственно подшипника, режимы его работы и дефекты
других узлов», заметно снижающие ресурс подшипника скольжения, объединяются в группы.
Эш группы по особенностям формирования вибрации различаются достаточно сильно, что
позволяет идентифицировать их вид по параметрам узкополосных спектров вибрации и (или)
•е огибающей. Всего таких групп восемь, а именно:

•	неуравновешенность ротора;

•	бой вала (муфты);

•	дефекты узлов крепления подшипника;

•	автоколебания вала;

•	перем ос подшипника;

•износподшилника;

•	уд a pt я в подшипнике;

•дефекты смазки.
Ниже приводится информация о том, на какие параметры вибрации наиболее сильно влияют
перечисленные группы дефектов.

Неуравновешенность ротора увеличивает вибрацию машины на частоте вращения, и
именно этот рост является диагностическим признаком рассматриваемого дефекта
Как правило, при неуравновешенном роторе вибрация машины растет только на частоте
его вращения. Если же центробежные силы, действующие на ротор, превышают по
величине силы его тяжести, происходит обкатывание шейкой вала вкладыше)
подшипника. В последнем случае при неровной поверхности вкладышей растет вибраций
на гармониках частоты вращения и появляется модуляция сил трения частотой вращений
ротора, т е. в спектре огибающей вибрации появляются линии на гармониках частоты
вращения ротора.	i

Бой вала (муфты) приводит к тем же результатам, что и сильная неуравновешенности
ротора, т е к обкатыванию шейкой вала вкладышей подшипника. При этом также могу)
расти составляющие вибрации машины на гармониках частоты вращения, а в спектр!
огибающей могут появиться линии тех же частот. Поскольку практически сложно отличия
бой вала от боя муфты, последний лучше всего отнести к группе дефектов, имеющм
название 'Бой вала".	|

Дефекты узлов крепления подшипника влияют прежде всего на вибрацию с частота)
вращения ротора, возбуждаемую силами неуравновешенности. Это влияние приводи)
к скачкообразному изменению величины колебательного смещения при определенны)
углах поворота ротора Естественно, что такое изменение приводит к росту вибраци)
на ряде гармоник частоты вращения, но идентифицировать вид дефекта по таком)
росту, как правило, не удается Лучше всего сравнивать уровни вибрацм
подшипникового узла на частоте вращения в двух направлениях, перпендикулярных оси
вращения Если они отличаются более чем в 3 раза, это является признаком либо
ослабления узлов крепления подшипникового узла к машине или узлов фепления машину
к фундаментным конструкциям, либо ослабления самих фундаментных конструкций.
Есть еще дополнительные признаки появления такого дефекта, заключающиеся |
росте уровня вибрации на очень низких частотах, меньше половины частоты вращение
ротора. Возбуждается эта вибрация случайными флуктуациями толщины смазочной
слоя в подшипнике и становится заметной лишь в том случае, когда жесткости
подшипниковой опоры на низких частотах в каком-то одном направлении близка к нулю
Именно этот признак используется в программе, но при окончательной постанови!
диагноза лучше всего проверять наличие рассматриваемого вида дефекта по обои)
изложенным признакам.	,

Автоколебания вала в подшипниках приводят прежде всего к росту вибрации машин^
на гармониках частоты этих колебаний. Поскольку автоколебания представляют соба
перемещения оси вала в плоскости, перпендикулярной оси вращения, из-за сил трени|
они являются следствием либо увеличения зазора, либо неправильной подачи смазкЯ
Перемещение происходит достаточно медленно и приводит к отклонению вала d
положения равновесия, поэтому, когда такое положение становится неустойчивы!)
малейшее возмущение быстро возвращает вал в устойчивое положение. Как правил)
этим возмущением являются центробежные силы, которые возвращают вал в исходно!
положение один раз за два или три оборота вала. Таким образом, автоколебания вал!
вызывают вибрацию машины на ряде частот, первая из которых в два или три раз
ниже частоты вращения вала. Аналогичным образом и с той же частотой изменяюта
силы трения, а следовательно, появляется модуляция высокочастотной вибрацИ
подшипника. Поскольку вибрацию машины на субгармониках частоты вращени)
измерять достаточно сложно из-за помемгсоздаваемых другими машинами, горазд!
проще обнаруживать автоколебания вала по спектру огибающей вибрации, в котором
кроме гармоник частоты вращения появятся и гармоники частоты автоколебаний
вала.

Перекос подшипника приводит, как правило, к росту вибрации на частотах, кратных второй
гармонике частоты вращения, и к модуляции сил трения и высокочастотной вибрации
подшипникового узла теми же частотами. Одинаковое влияние на вибрацию подшипни-
ковых узлов и машины в целом оказывают как перекос собственно подшипника, так и
изгиб вала в зоне подшипника. Причиной последнего может быть и деформация вала,
и трещина в нем. Поскольку на крупных машинах, вращающихся с частотами, близкими
к критическим, возможно резкое увеличение вибрации на двойной частоте вращения
ротора из-за резонанса последнего, надежность обнаружения рассматриваемого
дефекта по спектру огибающей высокочастотной вибрации, как правило, оказывается
выше.

Износ подшипника, под которым понимается, в первую очередь, износ вкладышей,
сопровождающийся ростом величины и изменением формы зазора, а также
выкрашиванием поверхности отдельных участков вкладышей приводит к изменению
целого ряда параметров вибрации, причем эти изменения непосредственно зависят от
режима работы ротора и имеющихся дефектов собственно ротора или соединительной
муфты.

Основной причиной изменения вибрации из-за износа подшипника являются флуктуации
толщины масляного слоя и перемещение в пространстве тех точек, в которых сила трения
максимальна. Возможными следствиями подобных флуктуаций являются:

•	автоколебания ротора в подшипниках;

•	обкатывание шейкой вала вкладышей подшипника;

•	флуктуации, в том числе случайные, сил трения в подшипнике;

•	рост сил трения в подшипнике.

Автоколебания ротора в подшипниках вынесены в отдельный вид дефектов, так как они
могут возникать не только из-за увеличения зазора вследствие износа, но и из-за других
причин, в том числе из-за изменений условий подачи смазки.

При обкатывании шейкой вала вкладышей подшипника, имеющих неоднородный износ,
растет вибрация подшипникового узла и машины в целом на частотах, фатных частоте
вращения ротора, из-за неровной поверхности трения. По той же причине и с теми же
частотами изменяются силы трения, появляется их амплитудная модуляция, а в спектре
огибающей вибрации возникает ряд гармоник частоты вращения, амплитуды которых
падают с увеличением кратности. Обычно в спектре видны гармоники приблизительно
с кратностью до 7-10.

Сильный неоднородный износ вкладышей приводит к нестабильности толщины и
местоположения масляного клина, которые изменяются достаточно медленно и
случайным образом. Колебания вала на таком масляном слое приводят к вибрации
подшипника на низких частотах только в том случае, когда имеют место дефекты
крепления подшипникового узла. В то же время флуктуации смазочного слоя приводят
к аналогичным флуктуациям сил трения и случайной модуляции высокочастотной
вибрации подшипника. Частоты этой модуляции оказываются небольшими, меньше
частоты вращения ротора, и поэтому такая модуляция обнаруживается по спектру
огибающей высокочастотной вибрации.

Как правило, все дефекты, связанные с износом поверхностей трения, приводят к
увеличению сил трения. Очевидно, что с ростом сил трения растет и высокочастотная
вибрация корпуса подшипникового узла, возбуждаемая этими силами.
Износ подшипника скольжения лучше всего обнаруживать по всем указанным признака!
(кроме автоколебаний), так как хотя бы один из видов его влияния на вибрацию всегда]
имеет место.

Удары в подшипнике скольжения, обычно обнаруживаемые по огибающей высокому i
тотной вибрации, делятся на две группы - гидродинамические и механические (сухие). ‘
Первый вид ударов представляет собой кратковременное появление участков fl
смазочном слое, характеризующихся повышенной турбулентностью потока смазю||
Причиной обычно является локальное уменьшение толщины смазочного слоя н4
отдельном участке из-за колебаний вала относительно вкладышей и, соответственней
увеличение скорости движения смазки, сопровождающееся скачкообразным ростов
турбулентности. Второй и более опасный вид ударов связан с разрывом масляноМ
плёнки и появлением кратковременного "сухого" контакта поверхностей трения	

В первом случае наблюдается кратковременное скачкообразное изменение
высокочастотной вибрации подшипника, не приводящее, как правило, к значительном]
росту уровня высокочастотной вибрации, во втором случае рост высокочастотно!
вибрации оказывается достаточно сильным. Причиной гидродинамических ударов, ка
правило, является бой вала	I

Дефекты смазки приводят к росту высокочастотной вибрации подшипника. Кроме того, он!
могут приводить к разрыву масляного слоя и ударам, но, как правило, эти удары н!
являются периодическими, и в спектре огибающей вибрации отсутствуют гармонически!
составляющие, если в подшипнике нет других дефектов, кроме дефектов смазки 1
Как следует из проведённого анализа влияния дефектов на вибрацию подшипника скольжения
не существует однозначной связи вида дефекта со спектральным составом её огибающеЛ
т е возможны ошибки при идентификации вида дефекта Эти ошибки еще больш!
увеличиваются, если в машине есть узлы, вызывающие обкатывание валом вкладыим!
подшипника или ударные нагрузки на подшипник. Типичным примером для первого случай
является наличие в машине соединительной муфты, установленной с перекосом или сдвигом
осей соединяемых валов. Типичным примером для второго случая являются механически^
в том числе зубчатые, передачи.

Исходя из сказанного, для обнаружения и идентификации дефектов подшипника скольжение
роторных машин следует использовазъ результаты измерения как спектров огибающей
высокочастотной вибрации, так и спектров вибрации подшипникового узла на низких и среди!
частотах. Поскольку в спектры низкочастотной вибрации любой точки машины вход!
составляющие, возбуждаемые многими, в том числе бездефектными узлами машины, ив
использование в диагностических задачах даёт хорошие результаты, как правило, лишм
после предварительной адаптации алгоритмов диагностики. Такая адаптация можИ
выполняться автоматически, но требует, по крайней мере, трёх - четырёх последовательнья
измерений вибрации в течение одного - двух месяцев в контрольных точках на корпусе
диагностируемого узла.	1

Рассмотренные дефекты включены в описок обнаруживаемых по алгоритмам, заложенный
в программу. В то же время ряд не рассматриваемых здесь дефектов различных узля
роторных машин может оказывать влияние как на спектры вибрации, измеряемой d
контрольных точках на корпусе подшипника, так и на спектры огибающей ее вьюокочастотньА
составляющих. Для диагностики тех узлов роторных машин, дефекты которых влияют нА
спектры огибающей вибрации их подшипников, предусмотрены специальные режимы работа
программы, рассматриваемые в последующих разделах по диагностике механически!
передач, зубчатых зацеплений, редукторов и т.п. Ряд дефектов других узлов, который
оказывают влияние на низкочастотную! вибрацию подшипников, не идентифицируется пр!
диагностике подшипников, и их идентификация проводится по результатам измерения
1Йбрации в других контрольных точках. Поэтому в список групп дефектов подшипников
Обльжения введена дополнительная группа неидентифицированных изменений вибрации.

12.	ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ
ПРИЗНАКОВ

Диагностика подшипников скольжения производится по вибрации, измеряемой на корпусе
Подшипникового узла. Обязательным условием измерений являются:

•	наличие непосредственного контакта вкладышей подшипника (наиболее
нагруженного из вкладышей) стой частью корпуса подшипникового узла, на которую
крепится датчиквибрации;

-	выбор такой точки крепления, в которой обеспечивается повторяемость результа-
тов измерения спектров вибрации при повторной установке датчика;

•	выбор направления измерения, по возможности, перпендикулярного оси вращения
вала и проходящего через эту ось (рис.3.1).

RBC. Э. 1. Выбор направления
Проведения измерений.

Пврвое условие необходимо для того, чтобы обеспечить измерение высокочастотной
•Ибрации, возбуждаемой силами трения шейки вала о вкладыши, причём её уровень
должен укладываться в динамический диапазон средств измерения. Если вкладыш не
Имеет прямого контакта с корпусом подшипника, необходимо экспериментально подобрать
Юмки контроля вибрации на корпусе так, чтобы уровень высокочастотной вибрации,
распространяющейся на корпус, например, через узлы крепления вкладышей или масляную
Инну, был достаточным для измерения спектра огибающей вибрации.

Датчик вибрации, в качестве которого обычно используется акселерометр, уста-
навливается в точку контроля на время измерений или постоянно. Способ крепления
акселерометра выбирается таким, чтобы частотный диапазон измеряемой вибрации
включал частоты от *2 Гц до -20 кГц Для этого акселерометр может устанавливаться
шпильке, на клею, на мастике или на специальном магните, предварительно смазанном
«Юнсистентной смазкой. Место установки акселерометра должно быть подготовлено, т е.
очищено от краски или других покрытий, а также выровнено до такой степени, чтобы
контакт акселерометра с поверхностью корпуса подшипникового узла происходил fl
плоскости площадью не менее 0,5 см2.	|

Еще одной рекомендацией по выбору точки контроля вибрации на подшипниковом узл| I
является отсутствие высокодобротных резонансов тех элементов корпуса или вкладыше, 1
на которые устанавливается акселерометр Обнаружить эти резонансы можно при
сравнении спектров вибрации, измеренных в разных точках корпуса подшипника
Удовлетворительной может считаться точка, в которой на частотах до *5000 Г
отсутствуют области частот, в которых уровень вибрации более чем на 20 дБ превышав
уровни на тех же частотах, но в других точках.

Если конструкцией подшипникового узла предусмотрена установка двух или боле
подшипников скольжения, например, опорного и упорного, то число контрольных томе!
может быть выбрано равным числу подшипников. Увеличивать число контрольных точв|
рекомендуется в том случае, если вкладыши разных подшипников установлены и
вплотную и имеют разные посадочные размеры. В противном случае измеряемая н
каждом из подшипников высокочастотная вибрация будет иметь идентичные свойства!
ее можно измерять в одной контрольной точке. Низкочастотная вибрация подшилни
кового узла практически во всех точках контроля имеет одинаковую диагностическую
информацию при любом количестве установленных подшипников.

Таким образом, используя изложенную в данном параграфе информацию, операто
самостоятельно выбирает как число точек, так и место установки акселерометров
Выбор диагностических параметров осуществлен разработчиками пакета программ, но(
поскольку программой кроме автоматических режимов диагностики предусмотрены
неавтоматические режимы совместного анализа данных в разных контрольных точкам
ниже приводится описание выбранных диагностических параметров.

В табл. 3.1 приведен список дефектов, которые могут быть обнаружены по результата!
периодических измерений спектров вибрации и огибающей ее высокочастотных состав
ляющих. измеренных на корпусе подшипникового узла с подшипником скольжения. Там ж
приведены частоты составляющих, рост амплитуды которых сопровождает появлении
развитых дефектов.	I

Так. диагностическим параметром неуравновешенности ротора является превышение
уровнем составляющей низкочастотного спектра вибрации на частоте вращени
порогового значения и одновременно отсутствие роста других составляющих вибрацищ
По спектру огибающей вибрации неуравновешенность ротора с достаточной стелены
достоверности не обнаруживается.

Диагностическими параметрами боя вала (муфты) является рост нескольких состав
ляющих низкочастотной вибрации машины на частотах, кратных частоте вращения валв|
а также появление модуляции высокочастотной вибрации этими же частотами, в toi
числе и из-за возникновения гидродинамических ударных импульсов. В то же время бо
вала не должен сопровождаться значительным ростом уровня высокочастотно
вибрации, так как разрыва масляного слоя при бое вала обычно не происходит. Пример
спектра вибрации подшипникового узла и спектра огибающей её высокочастотны!
составляющих при бое вала (муфты) приведён на рис.3.2.
Таблица 3.1

Частоты составляющих спектров вибрации и её огибающей для обнаружения и
идентификации дефектов подшипника скольжения

№	Вид дефекта	Спектр вибрации		Спектр огибающий	
		Основные	Дополнительные	Основные	Дополнительные
1	Неуравновешенность ротора	f.p	Нет роста kfw ,k>1	Нет kf . k>1  р	-
2	Бой вала (муфты)	kf  •р	Нет роста ВЧ	Чр	Нет роста ВЧ
3	Дефекты узлов крепления	УНЧ (<0.5^	Есть другие дефекты	Не обнаруживаются	
4	Автоколебания вала	kU2’ w./3	-	kf„/2.kV3	-
б	Перекос подшипника	k2f„	-	k2f„	-
б	Износ подшипника	kf  •p	РостВЧ	kf 12, к<7 Подъём спектра на НЧо	РостВЧ
7	Удары в подшипнике	kf  •p	Рост ВЧ	kf„. к>7	РостВЧ
в	Дефекты смазки	РостВЧ	Нет роста kfip	Рост ВЧ	Нет сильных составляющих
9	Неидентифициро- ванные дефекты	Рост других гармонических составляющих			

Примечание: f - частота вращения ротора; УНЧ - составляющие спектра на частотах
Жнее 0,5ftp; ВЧ - высокочастотная часть спектра вибрации; НЧ0- низкочастотная часть
спектра огибающей; к=1,2.3..

Диагностическим признаком дефектов узлов крепления подшипника является рост
составляющих низкочастотного спектра вибрации на частотах менее 0,5fep. Рас-
сматриваемый дефект не обнаруживается по спектру огибающей вибрации. Кроме того.
4обы избежать ложных срабатываний системы из-за низкочастотной вибрации других
Мдом стоящих машин, этот дефект считается обнаруженным лишь в том случае, когда
^повременно в подшипнике появляется хоть один дефект другого вида.

Диагностическими признаками автоколебаний вала в подшипниках скольжения является
Появление составляющих низкочастотной вибрации на частотах, кратных второй (kfap/2)
ММ третьей (kfep/З) субгармоникам частоты вращения, или этих же составляющих в
Доктре огибающей высокочастотной вибрации. Пример обнаружения автоколебаний по
ОЛектру огибающей вибрации приведен на рис.3.3.
Рис. .3.2. Пример обна-
ружения боя вала по
спектрам вибрации и ёё
огибающей: а - исходный
спектр вибрации; б -
спектр вибрации после
появления боя вала (рост
kfip и отсутсвие роста ВЧ
вибрации); в - исходный
спектр огибающей; г -
спектр огибающей при бое
вала.

Диагностическим признаком перекоса подшипника, при котором в двух прот|
воположных точках резко уменьшается величина зазора и масляного слоя, являете
рост в спектре вибрации составляющих на четных и. особенно, на второй гармонике
частоты вращения ротора. Одновременно диагностическим признаком этого дефеке
является рост этих же составляющих в спектре огибающей вибрации подшипниковой
узла. Пример обнаружения перекоса подшипника скольжения по спектру огибающм
вибрации приведен на рис.3.4.
। Hi, 3.3. Пример обна-
'Жния автоколебаний по
интру огибающей.

3.4. Пример обна-
п/Ония перекоса под-
клинка скольжения по
•Iигру огибающей.

Цивгиостические признаки износа подшипника скольжения делятся на две независимые
Фуг от друга группы. Первая связана с нестабильностью масляного клина и представляет
"бой изменение формы фона в спектре огибающей высокочастотной вибрации
ыДШипника в виде его подъема на низких частотах (рис. 3.5).

1 ин 3.5. Пример обна-
р/шиия износа подшипни-
* по нестабильности
нивляного клина и соот-
п мелующим изменениям в

ШТрв огибающей ви-

но

1ООО, гц
Вторая группа признаков определяется ростом гармоник спектра вибрации и ее огибающ^
на ряде частот kfep, но с одновременным ростом высокочастотной случайной вибраця
(рис. 3 .6).	|

Рис. 3.6. Пример обна-
ружения износа подшипника
по спектру огибающей и
росту уровня высокоча-
стотной вибрации

Диагностические признаки появления ударов в подшипнике скольжения ли|
незначительно отличаются от группы признаков износа подшипника, обнаруживаемого!
гармоническим составляющим спектра вибрации и ее огибающей с частотами kfep. Э
отличие касается спектра огибающей вибрации, в котором при появлении удар
небольшой длительности появляется большое число гармоник kfep вплоть до граничн
частоты спектра. Типичный пример спектра огибающей для этого случая приведен
рис.3.7.

Если в: подшипнике обнаруживаются гидродинамические удары, т.е. при наличии в слеп
огибающей вибрации признаков ударов, нет роста уровня высокочастотной вибрац!
эти признаки рекомендуется относить к бою вала, так как в этом случае опасное
появл ения аварийного состояния подшипников очень мала. Если обнаружены призив
"сухого" удара с одновременным ростом высокочастотной вибрации, необходи
вмешеггельство обслуживающего машину персонала с целью уточнения степени опасное
например по температуре подшипника.	’

Рис. 3.7. Пример обнару-
жения '‘сухих” ударов в
подшипнике скольжения по
спектру огибающей.

эо. дБ|-................................................................

500 f
Диагностическим признаком дефектов смазки является рост высокочастотной случайной
вибрации подшипникового узла при условии, что он не связан с износом подшипника или
кривлением в нем ударов, т.е. при условии, что эти два вида дефектов либо отсутствуют,
пиво проявляются значительно слабее, чем рост уровня высокочастотной случайной
вибрации.

Н Спектрах вибрации и её огибающей у дефектного подшипника скольжения обычно
•юутствуют составляющие с частотами, не кратными частоте вращения или ее
убгармоникам. В то же время при наличии дефектов в других узлах машины могут расти
иставляющие вибрации на разных частотах, определяемых конструктивными
чюбенностями этих узлов и видом дефекта. При диагностике подшипника скольжения
мост различных составляющих вибрации и ее огибающей, по которым невозможно
идентифицировать хотя бы один из рассмотренных дефектов, классифицируется как
^Идентифицированный дефект, если алгоритмом диагностики не предусмотрена
«оциожность идентификации дефектов других узлов машины.

ноаможность такой идентификации существует и используется в ряде других разделов
программы, но для этого в программу должны вводится технические характеристики
мфх узлов машины, потенциальные дефекты которых могут оказать влияние на спектр
вибрации подшипникового узла. В частности, можно диагностировать подшипники
«ольжения в составе механической передачи или редуктора, описание методов
<в|местной диагностики которых приводится в последующих главах.

• 1 ВЫБОР ПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ, РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАШИНЫ
И ПОРОГОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ

’ Мфирдичность диагностических измерений в программах АО ВАСТ обычно определяется
н||дьэователем исходя из имеющейся у него информации о скоростях развития дефектов
ч момента обнаружения (слабый дефект) до предаварийного состояния. Опыт
диагностики подшипников скольжения по алгоритмам, заложенным в программу,
оказывает, что скорость развития дефектов сильно зависит от условий эксплуатации и
^инструктивных особенностей машины. В то же время результаты диагностики, выпол-
ненной на разных типах машин, показывают, что для подшипников со средним сроком
। иужбы более двух лет интервал между обнаружением дефекта и ремонтом по жизненным
нишаниям в 95% случаев превышает три месяца, если только этот дефект не
нлровождается потерей смазки в подшипнике. Таким образом, рекомендуемый интервал
намду измерениями при отсутствии данных о дефекте в подшипнике составляет от
одного до трёх месяцев непрерывной работы. Для повышения надежности диагностики
подшипников он может быть сокращен настолько, насколько позволяют возможности
иболуживающего персонала, выполняющего диагностику машин и оборудования.

I IfHi обнаружении развивающихся дефектов, если они не превысили порогов сильных
нвфактов, интервалы между измерениями рекомендуется сократить в 2 раза, а при
ннаалении сильных дефектов * еще в 3 раза. Поскольку диагностика по периодическим
имарениям возможна только при наличии хотя бы трёх ранее выполненных измерений,
цпа накопления данных по первым трем измерениям программа рекомендует проводить
пемарения через каждые 5 * 10 дней работы подшипника. В этом случае первые
рмудьтаты диагноза будут получены через месяц от начала выполнения работ по
диагностике. Дальнейшие измерения, если не были обнаружены дефекты, рекомендуется
ьмлолмять с интервалом от одного до трёх месяцев.
Основной рекомендацией по выбору режима работы машины при диагности
подшипников скольжения является обеспечение одной и той же скорости ее вращения
время каждого из периодических измерений вибрации. Для диагностики используют
только те группы измерений, которые уложились по частоте в диапазон *15% от средн!
значения. Для многоскоростных машин рекомендуется выбирать тот режим, в котором о
работает наиболее продолжительное время, т е. номинальный режим работы машины. Ес
пользователь не может обеспечить измерение вибрации подшипниковых узлов в номинальн
режиме работы, он может выбрать любой из режимов, в котором условия смазки подшипж
укладываются в технические требования, предъявляемые к нормальной работе подшипн!
скольжения

Еще одной рекомендацией по выбору режима работы является отсутствие динамичеа
нагрузок на подшипник от других узлов машины, особенно если эти нагрузки имеют ударн
характер При необходимости пользователю рекомендуется отключать на время измерег
те узлы машины, которые могут создать ударные нагрузки на подшипник. Наиболее уд оби
является режим работы машины без нагрузки на холостом ходу.

Во время выполнения диагностических измерений необходимо обеспечивать стабильно
частоты вращения машины. Так. частота вращения не должна изменяться более чем на1
Таким образом, при диагностике подшипников машин, непрерывно изменяющих свою скоро
вращения в номинальном режиме работы, необходимо переходить на специальные режи»
при которых за относительно небольшое время измерений частота вращения не изменяв
выше указанных пределов.

Существуют определенные виды узлов, например механические, в том числе зубчат!
передачи, в которых при любом режиме работы могут присутствовать характерные для ।
динамические нагрузки на подшипники скольжения. Для диагностики подшипников таких уз!
в пакете программ предусмотрены специальные модули, обеспечивающие совмест*
диагностику подшипников с узлами, создающими эти нагрузки.

Все дефекты, автоматически обнаруживаемые при обработке данных измерени!
программе, по глубине могут делиться на три группы: слабые (I), средние (М) и сильные
Если выбранный метод обработки сигнала вибрации не позволяет обнаружить сла(
дефекты, как это имеет место, например, при анализе спектров низкочастотной вибрак
группа этих дефектов не рассматривается.

Вое пороговые значения, используемые для обнаружения, идентификации вида и ©пределе
глубины дефекта, задаются пользователем, однако в программе или инструкции по
использованию всегда приводятся рекомендуемые значения порогов, основанные
имеющихся у разработчиков статистических данных по диагностике подшипнико
последующей их визуальной дефектацией.

При диагностике подшипников скольжения по спектру вибрации задаются два пороге
значения для каждого из диагностических параметров, один из которых определяет появлв
сильного дефекта, а другой - среднего. Пороговые значения отсчитываются от сред»
значения параметра (среднего уровня соответствующей составляющей спект
определенного по всем предыдущим измерениям (не менее трёх), либо по группе идентич
подшипников однотипных машин (не менее пяти). Из данных предыдущих измерв
автоматически исключаются ошибочные, выпадающие за границы естественного разбр
случайных величин (уровней составляющих, измеряемых в децибелах виброускорен
Величина рекомендуемого порога сильного дефекта составляет 20 дБ над средним ypoai
соответствующей составляющей спектра. Рекомендуемое значение порога среднего деф
(дБ) в два раза меньше и составляет 10 дБ.

Опыт диагностики различных машин и оборудования позволяет утверждать, что предлагав!
пороговые значения при стабильном режиме работы минимизируют вероятность ошибоч!
решений, которая является суммой вероятностей пропуска дефекта и ложного срабатыва»
11рйдиагностике подшипников скольжения многорежимных машин оператор может устано-
•ижболее высокие пороги. Если машина непрерывно работает при относительно стабильных
•ч1|шних условиях (температура, влажность и т п.), а ее частота вращения и нагрузка не
вменяются, значения порогов можно снизить. Это даст возможность обнаруживать дефекты
>« ранней стадии их развития, но требует принятия индивидуальных решений о продолжении
шсллуатации машины, если программой обнаружены сильные дефекты. Дело в том, что к
множеству подшипников с сильными дефектами в этом случае программа относит и те, в
вторых глубина дефекта еще не дошла до аварийноопасных значений.

। ||Ж диагностике подшипников скольжения по спектру огибающей задается три пороговых
немения для каждого из видов дефектов, за исключением дефектов смазки, для которых,
•nt и в предыдущем случае, задаются пороги сильного и среднего дефектов

Кироги определяются в величинах (процентах) глубины модуляции для всех дефектов.
iiiiMe дефекта смазки, для которого они определяются в приращениях уровня высокочас-
огной вибрации, измеряемой в децибелах виброускорения. Пользователю рекомендуется
томнятъ исходные пороги сильных дефектов по мере накопления информации о их величине.
|илучаемой по результатам диагностики с дефектацией подшипников во время ремонтов.
•I качестве отправных можно рекомендовать значения порогов сильных дефектов,
вставляющих для дефектов смазки 20 дБ, а для остальных видов дефектов 20% (по
нубине модуляции). Пороги средних дефектов определяются автоматически как среднее
«нмние от порога сильного и слабого дефектов. Для дефектов смазки порог слабого
<вфекта отсутствует, а порог среднего дефекта составляет 10 дБ. Порог слабого дефекта
/•) Мубине модуляции всегда определяется автоматически и зависит от чувствительности
^агностической аппаратуры, используемой для выделения слабых гармонических составля-
ющих на фоне случайных составляющих спектра огибающей "белого" шума.

I4.	РЕКОМЕНДАЦИИ ПОУТОЧНЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ

1	основным режимом работы систем диагностики с пакетом современных диагностических
'Дорамм является автоматическая диагностика узлов роторных машин. При обнаружении
дефектов в любом из узлов машины пользователю иногда необходимо иметь сводную
информацию о состоянии всех узлов машины для принятия решения о ее ремонте или
«вкническом обслуживании. В этом случае необходимо вывести информацию о состоянии
• к ИД ого из диагностируемых узлов, и пользователь самостоятельно может составить
цфнчательный документ о состоянии машины в целом.

11рИ составлении подобного документа для машин с подшипниками скольжения пользователь,
правило, должен произвести более подробный совместный анализ результатов
мониторинга и диагностики по всем узлам машины. При этом он может столкнуться с рядом
пйповых ситуаций, при которых следует внести коррективы в результаты автоматической
/диагностики отдельных узлов машины и, если это необходимо, произвести уточнение
•инструктивных особенностей машины, режимов ее работы, повторить диагностические
й«мерения.

I Ними типовыми ситуациями являются следующие.

1.	Результаты мониторинга указывают на изменения вибрационного состояния, а
результаты диагностики не даютинформации о дефектах ни в одном из узлов машины.
Причиной может быть изменение режима работы машины, а также изменение усло-
вий работы, например, включение других машин, установленных в одном помещении с
диагностируемой машиной. Пользователю в этом случае рекомендуется определить
частоту той составляющей вибрации, рост которой стал причиной обнаруженных изме-
нений, и по ней определиться, какие узлы машины могут быть источником эл
составляющей вибрации, а затем провести анализ результатов автоматичеок
диагностики этих узлов.

2.	Результаты мониторинга не указывают на изменение вибрационного состояв»
машины, а результаты диагностики даютсильные дефекты отдельных подшипнике
К основным причинам появления такой ситуации можно отнести либо неправилы
выполненные измерения при диагностике подшипника, либо наличие сильж
изменений в спектре огибающей вибрации подшипника без изменений низкочастотн
вибрации машины, свидетельствующих о начальной стадии развития дефек
подшипника, например, о появлении гидравлических ударов. В этом случае можд
рекомендовать пользователю повторить измерения и при совпадении результат
не принимать решения о ремонте (замене) подшипникового узла, а контролирова1
развитие дефекта в течение нескольких дней, до тех пор. пока данные мониторим
также не укажут на изменение вибрационного состояния машины.	

3 Обнаружены изменения вибрационного состояния машины и дефекты в несколыД
подшипниковых узлах машины, находящихся на одной линии вала. Чаще всего прич м
такого состояния машины являются не дефекты двух и более подшипников,!
сильные дефекты одного подшипника или, что встречается даже чаще, дефеЛ
других узлов машины, в частности, соединительных муфт, при которых возникав
дополнительные динамические нагрузки на подшипники. Пользователю рекомендует!
в этом случае обратить внимание на результаты диагностики других узлов машиЛ
поданным контроля вибрации в других точках измерения.	

4. Обнаружены неидентифицированные изменения вибрационного состоянЛ
(неидентифицированные дефекты). Чаще всего причиной этого является влиянЛ
дефектов других узлов машины на вибрацию диагностируемого узла. ПользоватеД
рекомендуется в этом случае провести анализ результатов диагностики других узд!
машины и просмотреть списки составляющих вибрации, по которым поставлеЛ
диагнозы во всех точках контроля. Если неидентифицированный дефект поставлЛ
по тем составляющим вибрации, по которым идентифицированы дефекты другД
узла, причиной изменения вибрации чаще всего и являются эти дефекты. ВозмотД
и другой случай, когда неидентифицированный дефект поставлен по тому же рД
гармонических составляющих, по которому поставлен еще один вид дефекта. В этЛ
случае причиной могут быть особенности формирования вибрации узла конкретн!
машины, при которых наибольший рост вибрации при появлении дефекта приходит!
не на первые три гармоники вибрации, а на гармоники большей кратности,!
неидентифицированный дефект поставлен для того, чтобы обратить вниман!
пользователя на высокую вероятность одновременного появления несколыЛ
дефектов в одном узле.	

Кроме рекомендаций, указанных в настоящей главе, пользователь может учитывал!
общие рекомендации, изложенные в других главах.	1
4, ДИАГНОСТИКА ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

It. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ ПОДШИПНИКОВ НА ВИБРАЦИЮ МАШИНЫ

)Цфекты, возникающие при изготовлении, монтаже и эксплуатации подшипника качения
9 составе роторной машины, оказывают влияние на все составляющие вибрации
подшипникового узла, определяемые работой подшипника.

И первую очередь эти дефекты влияют на свойства сил трения в подшипнике и
Побуждаемую ими высокочастотную случайную вибрацию подшипникового узла.
Наиболее эффективным методом исследования свойств этой вибрации является
•ЛОктральный анализ ее огибающей.

11ри появлении многих видов дефектов в результанте контакта дефектных участков одних
поверхностей с другими поверхностями трения каче ния могут возникать короткие ударные
импульсы, возбуждающие вибрацию подшипникового узла в широкой области частот.
^нaлизиpoвaть свойства этой вибрации можно путем спектрального анализа как
низкочастотных и среднечастотных составляющих., так и огибающей её высокочастотных
• оставляющих.

।Юконец, при значительном износе поверхностей качения из-за их неровностей возникает
пивкочастотная вибрация всей машины. Этотвид вибрации наиболее эффективно можно
последовать методами спектрального анализа низкочастотных и среднечастотных
Оставляющих вибрации не только подшипникового узла, но и машины в целом.

1|ЛЯ диагностики подшипниковых узлов с подшипниками качения в современных
йИВГНостических программах используются два основных подхода. Первый подход
|ЮСЛизуется в задачах раннего обнаружения дефектов по однократным измерениям
вибрации и использует только результаты спектрального анализа огибающей
высокочастотной случайной вибрации. Этот же подход используется и для долгосрочного
прогноза состояния подшипников качения. Второй подход используется для наблюдения
«•развитием дефектов и для краткосрочного прогноза состояния подшипниковых узлов
•ОГДа, когда дефекты становятся аварийноопасными. Он основан на анализе не только
••ЛСКтров огибающей высокочастотной случайной вибрации подшипникового узла, но и на
♦Нвлизе спектров низкочастотной и среднечастотной вибрации. Именно при втором
подходе к диагностике подшипников одновременна обеспечивается и диагностика ротора
машины.

|||личие особых режимов работы подшипников качения в машинах с механическими
н|редачами. например, зубчатыми, ременными, червячными и другими, приводит к тому,
iTO правила диагностики подшипников сильно меняются. Поэтому в программах
организованы специальные алгоритмы диагностики подшипников в составе механических
передач, в том числе редукторов.

Поскольку на вибрацию подшипникового узла влияют не только вид и величина дефекта
подшипника качения, но и режим его работы, в том числе вид нагрузки на поверхности
«рения, при автоматической диагностике решаются одновременно две задачи, а именно.
।Шределяются особенности работы подшипника, а затем, с учетом этих особенностей,
переделяются вид и глубина имеющихся в подшипнике дефектов. Поэтому особенности
|Иботы подшипника указываются в программе в терминах дефектов, если они оказывают
негативное влияние на его ресурс. Именно из-за этих особенностей работы подшипника,
и которым, в первую очередь, относится обкатывание (в том числе частичное)
гыеерхностью внутреннего кольца неподвижной поверхности качения через тела качения.
нИВЛО правил, используемых при автоматической диагностике подшипника, составляет
несколько сотен. За счет увеличения числа этих правил значительно увеличивает^
достоверность диагноза и прогноза состояния подшипника качения.	]

Из режимов работы подшипника качения, влияющего на его вибрацию и ресурс
необходимо выделить следующие

•	режим статической нагрузки на подшипники (нормальный режим работы);

•	режим обкатывания неподвижного кольца, в том числе частичного;	,

•	режим автоколебаний ротора в подшипниках качения;	I

•	режим с действием на подшипник внешней динамической нагрузки.	1

Из дефектов изготовления подшипников качения, влияющих на его вибрацию, необходим
выделить следующие:	1

•	неровности поверхности трения наружного кольца;	(

•	неровности поверхности трения внутреннего кольца;

•	неровности поверхностей трения тел качения,	<

•	разноразмерность тел качения.

•	дефекты смазки.	(

Из дефектов монтажа подшипника в подшипниковом узле можно выделить следующн

•	повышенный неоднородный радиальный или осевой натяг подшипника;

•	перекос неподвижного кольца подшипника;

•	проскальзывание кольца в посадочном месте.
В результате износа во время эксплуатации машины в подшипнике качения moi
возникнуть следующие дефекты, обнаруживаемые по вибрации:

•	износ наружного кольца;

•	раковины, трещины на наружном кольце;

•	износ внутреннего кольца;

•	раковины, трещины на внутреннем кольце;

•	изностел качения;	(

•	сколы, трещины на телах качения;

•	износ, трещины в сепараторе;

•	дефекты смазки.	(

Из дефектов других узлов, непосредственно влияющих на работу подшипника каченц
его вибрацию, без учета динамических нагрузок со стороны других машин, связанна
валом диагностируемой машины, следует выделить.

•	неуравновешенность ротора;

•	дефекты линии вала и соединительных муфт;

•	ослабление креплений подшипниковых узлов к корпусу машины и машин|
фундаментным конструкциям.

Разделить все виды рассмотренных дефектов по результатам измерения вибран
крайне сложно, особенно в автоматическом режиме диагностики, а также в машин
априорно неизвестным техническим состоянием других узлов, которые могут создав
на диагностируемые подшипники заранее неизвестные виды динамических нагру
Поэтому дефекты делятся на группы с учетом особенностей их влияния на вибраци
особенностей эксплуатации машины.

Существует четыре разных подхода к диагностике подшипников качения в зависимо
от наработанного ресурса и конструктивных особенностей машины.
Первый подход-диагностика подшипников качения в процессе эксплуатации маши
при условии отсутствия дефектов изготовления подшипника, установленного в маши
без узлов ударного действия и с одной линией вала. Это самый широко распространенна
случай, когда для обнаружения дефектов монтажа и эксплуатации достаточно измер]
только спектр огибающей высокочастотной вибрации, и всего один раз.	1
ItTOM случае идентифицируются следующие группы дефектов:

•	обкатывание неподвижного кольца подшипника;

•	неоднородный радиальный натяг;

•	перекос неподвижного (наружного) кольца;

•	износ наружного кольца;

•	раковины, трещины на наружном кольце;

•	износ внутреннего кольца;

•	раковины, трещины на внутреннем кольце;

•	износ тел качения и сепаратора;

•	раковины, сколы на телах качения;

•	сложные (двойные и т.п.) дефекты;

•	проскальзывание кольца в посадочном месте;

•	дефекты смазки (старение, недостаток, посторонние примеси и т.п).

Гфрвая группа включает в себя не дефекты, а режимы работы подшипника, так как
Ффматывание неподвижного кольца подшипника отражает лишь условия его работы,
вращающие ресурс. Вторая и третья группы включают в себя наиболее опасные
дефекты монтажа, также значительно сокращающие ресурс подшипника. Все остальные
группы включают в себя дефекты, являющиеся следствием неправильной эксплуатации
иди износа подшипника.

НТОрой подход дополняет первый и рассчитан на диагностику подшипников качения
Механических передач, в том числе редукторов, по спектру огибающей вибрации.
Пополнительным условием для его использования является отсутствие не только
дефектов изготовления, но и дефектов монтажа, так как последние крайне сложно
•иделить от дефектов собственно передачи, например, от дефектов шестерен, валов и
f п Поэтому подобный подход применяется после того, как подтверждено отсутствие
дефектов монтажа подшипников в новой машине с использованием первого подхода.
Число групп дефектов подшипников качения при втором подходе снижается за счет
Уединения их с группами дефектов других узлов механической передачи. Например,
икие дефекты, как обкатывание и неоднородный радиальный натяг, объединяются в
•|ДНИ группы с боем вала и дефектом передачи соответственно. Достаточно редко
встречающийся дефект - проскальзывание колец в посадочном месте, также
<)фъединяется с дефектами других узлов передачи, так как его крайне сложно разделить,
нСЛример, с дефектом в виде сколов на зубьях шестерен или отсутствия одного или
нескольких зубьев.

Третий подход - диагностика подшипников качения совместно с другими узлами машины
НС периодическим измерениям вибрации. Этот подход предполагает подробный контроль
II развитием дефектов как подшипника, так и других узлов в те моменты времени, когда
Кии достигают значительных величин, а пользователь не может остановить машину для
Проведения профилактического ремонта и ему необходимо получить краткосрочную
оценку остаточного ресурса машины. Такой подход не позволяет ограничиться измерением
(СЛЬко спектров огибающей высокочастотной вибрации подшипниковых узлов и требует
млючения в алгоритмы диагностики результатов периодических измерений спектров
низкочастотной вибрации. В этом случае в список обнаруживаемых и контролируемых
дефектов включаются также дефекты ротора, соединительных муфт, узлов креплений.
Полный список обнаруживаемых групп дефектов в этом случае также изменяется.

Четвертый подход - выходной контроль подшипников качения после изготовления или
ЯШИОНта. Для такого контроля необходим обязательный учет конструктивных особенностей
(ефойства, обеспечивающего вращение контролируемого подшипника под разными
нирузками. Алгоритмы такого контроля должны использовать методы спектрального
анализа низкочастотной и среднечастотной вибрации подшипника для обнаружений
неровностей поверхностей качения с учетом той вибрации, которая возбуждается из-м
вращения деталей устройства вращения, а также методы спектрального анализ^
огибающей высокочастотной вибрации или шума для обнаружения сколов на поверхностям
качения, скрытых трещин и усталостных повреждений металла. Такие алгоритмы и пакету
программ разрабатываются и адаптируются только под конкретное устройство вращени
подшипников.

Работа подшипника качения в составе роторной машины при наличии в нем дефекта
может оказывать влияние на вибрацию и модулирующие ее процессы со следующим
основными частотами:

•	частота вращения подвижного кольца относительно неподвижного: f ;

•	частота вращения сепаратора относительно наружного кольца:

1
f‘=2 f

1- — cos (а) .
de J

(4.

где d - диаметр тела качения; de » “(cL - d>) - диаметр сепаратора^ - диаме

2	

наружного кольца; d - диаметр внутреннего кольца; а - угол контакта тел и дорожЯ

качения,

•	частота перекатывания тел качения по наружному кольцу:

1- — cos(a) z = fe z .
бе J

2
f« “ 2

где z - число тел качения;

•	частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу:

f. = ~f J1+3s cos(a)| • z = (f.p-fc) • z ;	(4.I

*	\ de 7

• частота вращения тела качения относительно поверхности колец:

= y	cos’M

2 dT« \ de	j

Выражения (4.1) - (4.4) определяют частоты только основных гармоник в спектр)
вибрации и огибающей ее высокочастотных составляющих при различных видах дефект.
Существует еще большое число различных гармоник с комбинационными частотам
которые могут быть наиболее сильными гармоническими составляющими в указан^
спектрах. Конкретное сочетание составляющих, характеризующих разные дефект]
определяется не только видом дефекта, но и свойствами нагрузки на подшипник,
частности, наличием вращающегося вектора нагрузки, перемещением в пространств
наиболее нагруженного участка поверхностей качения. Число возможных сочетай
признаков настолько велико, что без систем автоматического распознавания состоя^
получить диагноз с высокой достоверностью можно лишь в небольшом числе практичеей
случаев.

Задача диагностики несколько усложняется, если в подшипнике качения неподвижна
оказывается внутреннее кольцо, а не наружное, как это бывает в абсолютна
большинстве практических случаев. Тогда в перечне основных частот следует замени
частоту вращения сепаратора fc на частоту (fop-fc) и внести ряд корректив в те признак
которые связаны с появлением в спектрах вибрации и ее огибающей составляющих
комбинационными частотами.
Ище сложнее диагностировать подшипники с вращающимся и внутренним, и наружным
ифыдом. Это связано не только с изменением частотного состава составляющих спектра
миграции подшипниковых узлов, но и со сложностью измерения высокочастотной вибрации
подшипника. которая хорошо передается только по неподвижным частям подшипника и
корпуса подшипникового узла. Что касается частот в выражениях (4.1) - (4.4). то в них
меняется частота вращения fBp на разностную частоту (fepl - fep2), где (fepi, fep2) -
истота вращения колец подшипника Кроме того, изменится и частота вращения
апаратора, которая заменяется на частоту (fBp2 + fc).

ИО многих машинах с подшипниками, имеющими два вращающихся кольца, приходится
сказываться от диагностики по спектру огибающей вибрации либо выбирать для
диагностики такой режим работы, при котором одно из колец подшипника оказывается
паподвижным. Но встречаются и такие случаи, когда диагностика подшипника может
пыть выполнена по спектру огибающей вибрации корпуса машины, если, например, эта
машина является двухвальным насосом, турбиной или компрессором. В этом случае
•илебания вала из-за дефекта межвального подшипника приводят к модуляции пульсаций
потока и возбуждаемой ими случайной вибрации корпуса. Но такие алгоритмы
разработчики применяют лишь после подробного изучения вибрации группы
диагностируемых машин.

• аждая из рассмотренных групп дефектов имеет свои отличительные особенности
Армирования вибровынуждающих сил и вибрации подшипникового узла или машины в
цалом. Так, дефекты износа поверхностей качения и сепаратора лучше всего
пОнаруживать по модуляции сил трения и высокочастотной вибрации неподвижных
^•ментов и корпуса подшипникового узла, по крайней мере, до того момента, когда эти
дефекты разовьются до аварийноопасного состояния. После достижения дефектами
•удобного состояния, если пользователь не произвел замену подшипника, рекоменду-
йся переходить на контроль за развитием дефекта по низкочастотной вибрации машины.
И тех случаях, когда невозможно контролировать высокочастотную вибрацию
подшипникового узла, приходится обнаруживать дефекты и вести контроль за их
появлением и развитием только по низкочастотной вибрации машины, пропуская при
«Фм начальную фазу развития и. следовательно, значительно сокращая длительность
прогноза состояния подшипника.

ЦОфекты монтажа подшипников качения, если отсутствуют дефекты изготовления
подшипников, также лучше всего обнаруживать по модуляции сил трения и
высокочастотной вибрации подшипникового узла. Если же перед установкой нового
подшипника нет уверенности в отсутствии дефектов собственно подшипника или
посадочных мест, можно рекомендовать после установки выполнение полного контроля
'ЯЙрации машины (выходной контроль). В последнем случае приходится проводить весь
•ямплекс работ по вибрационной диагностике машины с измерением всех требуемых
параметров вибрации и ее огибающей.

/|8фвкты изготовления подшипников обнаруживаются при спектральном анализе
аябрации подшипникового узла и огибающей ее высокочастотных составляющих во
ярамя выходного контроля новых подшипников, но при этом должны использоваться
'Лациальные алгоритмы контроля и диагностики, адаптированные к конкретному
^фОйству, обеспечивающему вращение подшипников, с целью исключить его влияние
па результат выходного контроля.

йильшинство дефектов других узлов роторных машин, влияющих на ресурс
диагностируемых подшипников качения, обнаруживается методами совместной
ливгиостики. изложенными в последующих параграфах настоящего пособия. Но дефекты
rtTOpa, соединительных муфт и узлов крепления могут обнаруживаться и в рамках
диагностики собственно подшипника качения. Для этого необходимо, кроме спектру
огибающей высокочастотной вибрации подшипникового узла, измерять и спектр eri
низкочастотной вибрации.

4.2.	ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ
ПРИЗНАКОВ	I

Для диагностики подшипников качения, как уже отмечалось, может использоваться да
основных подхода. Первый основан на однократном измерении спектра огибающл
высокочастотной вибрации подшипникового узла и используется для массовой диагностю
подшипников групп одинаковых машин с долгосрочным прогнозом состояния
возможностью своевременной замены подшипника до достижения дефектам
аварийнооласных значений. Второй основан на периодическом измерении спектр
вибрации подшипника и спектра огибающей ее высокочастотных составляющих и рассчит
на решение не только ранее указанных задач, но и на обнаружение дефектов ротора
соединительных муфт, а также на возможность краткосрочного прогноза состоят
подшипника после достижения дефектами аварийноопасных значений.

Для каждого из этих подходов существуют разные правила выбора точек контро!
вибрации и направлений ее измерения. Эти правила принципиально отличаются от прав!
выбора точек контроля вибрации в задачах вибрационного мониторинга.

Минимальными являются требования к выбору точек контроля вибрации на корпус
подшипникового узла при массовой диагностике подшипников по однократным измерены!
спектра огибающей вибрации Примеры выбора возможных точек крепления датчи
виброускорения (акселерометра) на подшипниковом щите показаны на рис.4.1.

Требования к направлению измерения в этом случае отсутствуют Для измерен!
выбирается одна точка контроля вибрации, если в подшипниковом узле установлен оди
или несколько подшипников вплотную друг к другу. Если подшипники разнесены
пространстве и разделены контактными поверхностями, число точек контроля моад
быть увеличено, как это показано на рисунке.

В первом случае конструкция подшипникового узла выполнена монолитной (см. рис.4.1,
с одинаковой толщиной корпуса и без ребер жесткости. Лучше всего осуществил
контроль вибрации в точках 1 или 2. то есть в нижней части подшипника, так какточ
контакта нагруженных тел качения в подшипнике находятся наиболее близко к том
измерения. Для подшипников небольших габаритов (менее 1 jw) и при больших частот
вращения ротора (более 5-20 Гц) измеряемая вибрация незначительно отличаете!
нижней и верхних частях подшипникового щита, поэтому результаты диагносты
оказываются практически одинаковыми для всех точек контроля от 1 до 8.
RHC. 4.1. Примеры выбора
WBK контроля вибрации на
подшипниковых щитах при
дйгностике по спектрам
»!Мбающей вибрации.

Мвтором случае (рис.4 1, б) толщина корпуса подшипникового щита неоднородна, и
шОрация. возбуждаемая силами трения в подшипнике при распространении до точек 7
ИЛИ 8, ослабляется, а следовательно, в эту точку может давать значительный вклад
высокочастотная вибрация от других узлов машины, что приведёт к ошибкам диагностики
!1КИМ образом, для подшипниковых щитов переменной толщины точки контроля 7-8
одлетельно не использовать, если крышка не контактирует непосредственно с наружным
явльцом подшипника.

й третьем случае (рис.4.1, в) подшипниковый щит имеет крышку с болтовыми
«оддинениями Поскольку между корпусом подшипникового щита, в который запрессовано
наружное кольцо, и крышкой есть дополнительная контактная поверхность, а
непосредственного контакта крышки с подшипниковым кольцом может и не быть, тонки
•онтроля вибрации 1-4 желательно не использов ать.

’ИЮбенности выбора точек контроля на подшипниковых щитах со спаренными
подшипниками определяются конструкцией подшипникового узла. Если посадочное место
подшипника является общим, то рекомендуется использовать общую точку контроля для
4tyx подшипников и разделять дефектный и бездефектный подшипники по диагностик
ческим параметрам, которые могут быть разными для различных типов подшипников
Если посадочные места подшипников разделены, например, переходной поверхностью
как это показано на рис.4.1, г, рекомендуется для каждого подшипника выбрать своя
точку контроля вибрации. Так. для диагностики роликового подшипника оптимальным!
для контроля вибрации являются точки 1 или 2. а для шарикового подшипника точки 3 и/я
5 (4 или 6). При этом в общем случае возможны ошибки диагностики, связанные с тем, ч1
во всех точках контроля могут быть сопоставимые вклады в измеряем/
высокочастотную вибрацию обоих подшипников, однако вероятность таких ошиб
меньше, так как имеется возможность сравнения спектров огибающей вибрации в дв
выбранных для диагностики такого подшипникового узла точках контроля

Способ крепления датчика к корпусу подшипникового узла должен обеспечива1
возможность измерять высокочастотную (до 25кГц) вибрацию. Это может бы1
крепление датчика на шпильке, клею, мастике или на магните. В последнем случае, д/
того чтобы достаточно качественно измерялась вибрация на частотах выше резонам
датчика на магните, место установки датчика должно смазываться консистентной смазке
осуществляющей более качественный контакт поверхностей и снижающей добротное
резонанса датчика на магните.

Контактная поверхность на подшипниковом узле должна быть достаточно ровной
очищенной от краски, грязи, а также не должна иметь повреждений. Площадь контактам
должна быть менее 0,5 см2. Число контактных поверхностей от точки крепления датчии
до неподвижного кольца подшипника должно быть минимальным, как это показано ф
рис.4.1.

Существует еще три общих требования к выбору точек крепления датчика виброускорЯ
ния в том случае, если необходимо измерять спектр огибающей высокочастотнЛ
случайной вибрации, не искажая диагностической информации. Первое требоваиЛ
связано с необходимостью разделения модулированных и немодулированных сост<|
ляющих вибрации и заключается в выборе полосы частот сигнала вибрации, выделяем^
фильтром детектора огибающей. В этой полосе не должно быть интенсивных гармони
ческих составляющих, для чего при выборе точки контроля необходимо измерить спеД|
вибрации в широкой полосе частот и выбрать полосу частот для диагностики, какзА
показано на рис.4.2. Такой выбор рекомендуется производить лишь один раз. при первЛ
выборе точки измерения, причем для идентичных машин следует выбирать идентична
точки и направления измерения вибрации.	1

Второе требование связано с первым и предполагает, что в выбранной полосе часа
детектора нет не только гармонических составляющих вибрации, но и высокодобротнш
резонансов, искажающих результаты измерения глубины модуляции случайной вибраций
Пример выбора полосы фильтра детектора с учетом этого требования приведён рис.4Д
Вц&. 4.2. Спектры вибрации
1 точках контроля с
ограничениями на частоту
фильтра для формирования
огибающей: а - огран ичение
«Фза интенсивных линий на
колользование фильтра с
частотой 8 кГц (реко-
мендуемая частота фильтра
10 или 6,3 кГц); б - огра-
ничение из-за низкого
уровня высокочастотной
•Ибрации по сравнению с
уровнем собственных
шумов аппаратуры на
||Стота выше 8 кГц (реко-
мендуемые частоты! филь-

- 4,0, 5.0. 6.3 кГц); с -
ограничение из-за резо-
нансов на частотах 8 и
И кГц (рекомендуемые
iaero-ты 4 и 5 кГц).
Наконец, третье требование к выбору точки контроля высокочастотной вибраци<1
заключается в том, чтобы ее уровень был сравним с уровнем низкочастотной вибраци<
и превышал уровень собственных шумов прибора, как это показано на том же рисунке.
Чаще всего подобная ситуация возникает при диагностике низкооборотных подшипников.
Если для диагностики подшипников качения пользователь выбирает не однократно^
измерение спектра огибающей вибрации, а периодическое измерение двух видов спектре^
(вибрации и ее огибающей), то. кроме перечисленных требований к местам установи
датчиков виброускорения и к выбору полосы пропускания фильтра для формирований
огибающей, добавляются еще и требования к направлению измерения вибрации. Эш
направление должно проходить через ось вращения ротора и не должно сильно (болМ
30°) отклоняться от плоскости, перпендикулярной оси вращения. Пример выборв
направления приведён на рис.4.3. В машинах горизонтального исполнения датчик лучиш
всего ставить в нижней части подшипникового узла, отклоняясь от вертикальном
направления также не более чем на 30°. В машинах вертикального исполнения точш
установки выбирается исходя из простоты установки датчика. При этом необходим
сохранять направление, проходящее через ось вращения наиболее близко к горш
зонта ль ной плоскости.	

Рис. 4.3. Выбор направ-
ления проведения изме-
рений.

Вертикальное

Под углом - а

Осевое

Оптимальное

Места и способ крепления датчика вибрации пользователь выбирает самостоятельщ
с учетом перечисленных требований. Вид измеряемого сигнала (виброускорение)
диагностические признаки выбраны разработчиками программного обеспечения. Них
приводится только краткий анализ основных диагностических признаков.

Так, в табл 4 1. приведен список типовых диагностических признаков дефекте
обнаруживаемых и идентифицируемых при диагностике подшипников качения I
однократным измерениям спектра огибающей вибрации. Эти признаки действуют п|
условии отсутствия развитых дефектов в других узлах машины, создающих динамичесю
нагрузки на подшипники. Это прежде всего дефекты таких узлов, как вал, соединительна
муфты, зубчатые и другие виды механических передач.
Таблица 4.1

Частоты составляющих спектра огибающей вибрации, используемых для обнаружена
и идентификации дефектов подшипников качения по однократным измерениям
вибрации

	Вид дефекта	Частоты основных признаков	Частоты дополнительных признаков
1	Обкатывание наружного (неподвижного) кольца		Нет роста ВЧ
	Неоднородный радиальный натяг	2k,«	Нет роста ВЧ
>	Перекос наружного (неподвижного) кольца	Ч	-
4	Износ наружного кольца	f.	Рост ВЧ
е	Раковины, трещины на наружном кольце	kf N	РостВЧ
	Износ внутреннего кольца	4,	РостВЧ
У	Раковины, трещины на внутреннем кольце		kf„. кЛ* Рост вч
•	Износ тел качения и сепаратора	4	k^-fj. РостВЧ
а	Раковины, сколы на телах качения	2kf ТЖ	2k,f„t к/,. РостВЧ
W	Сложный (составной) дефект	или k,ft, или kf,* kj^. или kfH* k,ft, или kfe ♦ f^/k,,	РостВЧ
н	Проскальзвание кольца	kf^. k>10. РостВЧ	Нет других составляющ их
13	Дефект смазки	Рост ВЧ	Нет сильных дефектов поверхностей качения
13	Неидентифицированный дефект	Рост других гармонических составляющих	

^имечание: f - частота вращения вала; fB - частота перекатывания тел качения по
мртреннему кольцу; fM - частота перекатывания тел качения по наружному кольцу; lfn -
|ЦПта вращения тел качения; fc - частота вращения сепаратора; ВЧ -высокочастотная
'«•метьспектра вибрации. к=1.2,3,4,...; ^=1.2,3,4,...; 4^=1.2,3,4,...

'№|тывание наружного (неподвижного) кольца подшипника не явпяется дефектом
собственно подшипника, а свидетельствует лишь о режиме работы машины с
повышенной вращающейся нагрузкой на подшипник, снижающем его ресурс. В
машинах с горизонтальным валом этот дефект указывает либо на сильную
неуравновешенность ротора, либо на бой вала. В машинах с вертикальным валом
обкатывание является естественным режимом работы подшипника, не снижающем
его ресурс. Признаком этого режима работы подшипника является появление в
спектре огибающей вибрации небольшого (3 - 4) числа гармонических составляющих
вибрации с частотами kfep, из которых максимальные амплитуды приходятся на 1-
3 гармоники (рис.4.4).
Рис. 4.4. Спектр огибающей
вибрации при обкатывании
наружного (неподвижного)
кольца подшипника.

Неоднородный радиальный натяг подшипника является обычно дефектом его сбор
в частности, следствием посадки подшипника на вал. диаметр которого болы
допустимого, перекоса вращающегося кольца, повышенной осевой нагрузки
подшипник. Признаком этого дефекта является рост гармонических составляю^
в спектре огибающей вибрации на четных и, прежде всего, на второй гармони
частоты вращения вала (рис.4.5). Проявляется этот дефект обычно сразу пос
установки нового подшипника, сопровождается ростом вращающейся нагрузи
двух противоположных точках внутреннего кольца подшипника и приводи!
ускоренному износу из-за перегрузок, действующих на поверхности качения. I
мере износа эти перегрузки снижаются, и признаки неоднородного натяга ма
исчезнуть, однако ускоренный износ подшипника продолжится.

Рис. 4.5. Спектр огибающей
вибрации при неодно-
родном радиальном натяге
подшипника.

2fBD

•Гво|э%бГ"е^.........................

Перекос наружного кольца подшипника возникает обычно при монтаже подшипнИ
из-за дефектов посадочного места. Он проявляется сразу после монтажа, (
признаком является рост составляющих спектра огибающей на частотах к
преимущественно при четных к и, особенно, на второй гармонике 2f« (рис. 4.1
Причиной этого роста является повышенная статическая нагрузка на поверхнос
трения в двух противоположных точках наружного кольца. В результате ускорение
износа признаки перекоса могут исчезнуть, однако ускоренный износ наружне
кольца продолжится
Нис. 4.6. Спектр огибающей
•Мбрации при перекосе
наружного (неподвижного)
пальца подшипника.

И|Нос наружного кольца подшипника практически всегда происходит локально, изменяя

коэффициент трения качения на отдельных участках поверхности наружного кольца.
В результате появляется плавная модуляция высокочастотной вибрации частотой
fH, и в спектре огибающей вибрации растут гармонические составляющие на частотах
kfH, причем наибольший рост происходит на первой гармонике fH, а амплитуда
кратных гармоник в спектре огибающей быстро падает, как это показано на рис.4.7.
Если нагрузка на подшипник не является статической, а, например, вращается с
частотой fop. у составляющих спектра огибающей с частотами kfH могут появиться
боковые составляющие, отличающиеся на частоты +kifep. По мере роста износа
наружного кольца могут образовываться раковины, в ряде случаев они
сглаживаются и снова представляют собой изношенный участок поверхности плавной

формы.

|’йВ, 4.7. Спектр огибающей
нитрации при износе на-
пушного кольца подшип-
"НЛ.

40

Г *Н 3fH

20

200, Гц

*‘М0ВИны (трещины) на наружном кольце подшипника приводят к появлению коротких
ударных импульсов при контакте каждого тела качения с раковиной (трещиной). В результа-
те появляется ряд гармоник с частотами kfH в спектре огибающей высокочастотной вибра-
ции, причем число этих гармоник достаточно велико, а их амплитуда слабо снижается с
ростом к (рис.4.8). Разделить признаки раковины и трещины по результатам анализа спектра
огибающей удается крайне редко и, в основном, за счет более быстрого развития дефекта
в случае, если в подшипнике есть трещина. Признаки раковины могут со временем перехо-
дить в признаки износа наружного кольца, а признаки трещины стабильны и, более того,
растут при каждом последующем измерении.
Рис. 4.8. Спектр с огиба-
ющей вибрации раковиной
(трещиной) на наружном
кольца подшипника.

во, дБ

300,

Износ внутреннего кольца подшипника, как правило, происходит локально, но зона повышу
ного коэффициента трения захватывает область, превышающую расстояние между то4
ми контакта ближайших двух тел качения, и модуляция сил трения происходит с частотой!
сильнее мем с частотой fB Поэтому при диагностике внутреннего кольца диагностичесм
признаком является появление в спектре огибающей ряда гармоник с частотами kfep. Я
гармоник с частотами kfB хотя и может возникать при износе внутреннего кольца, лучи
всего использовать в качестве диагностического признака появления раковины (трещин
на внутреннем кольце Достаточно часто при износе внутреннего кольца растет и высй
частотная вибрация подшипника, что является дополнительным признаком дефекта, d
дует отметить, что рост в спектре огибающей вибрации гармоник kfep является признак
дефектов и других узлов машины, таких как соединительные муфты, зубчатые перед!
ротор и другие, поэтому при обнаружении этого признака необходимо убедиться, чп
машине нет дефектов других узлов Если это невозможно, лучше всего переходить
периодическое измерение спектра огибающей вибрации и контролировать развитие |
фекга до тех пор, пока в подшипнике не появятся либо рост высокочастотной вибрац
либо другие виды дефекта.	I

Раковины (трещины) на внутреннем кольце подшипника приводят к появлению корой
ударных импульсов при контакте каждого тела качения с раковиной (трещиной). В peajl
тате в спектре огибающей вибрации появляется ряд гармоник с частотами kfB. причем,
за того, что при слабом радиальном натяге в подшипнике величина удара зависит
нагрузки, т.е. от угла поворота внутреннего кольца, у ряда гармоник в спектре огибаюц
появляются боковые составляющие, отличающиеся на *ki fBp (рис.4.9).

Рис. 4.9. Спектр огибающей
вибрации с раковиной на
внутреннем кольце под-
шипника.
ОДличить признаки! раковины и трещины на внутреннем кольце удается далеко не всегда.
№венным признаком трещины можно считать одновременное появление большого
•ИСПа гармоник kfe*к 1 fep с большим числом гармоник kfep, возникающих из-за увеличения
|||Диуса внутреннего кольца в зоне его разрыва (рис.4.10).

!*№ 4.10. Спектр огиба-
•W* вибрации с трещиной
к! Внутреннем кольце под-
шипника.

Однако появление ряда гармоник с частотами kfep может быть и признаком повышенного
износа в зоне раковины при отсутствии трещины. Чаще всего трещину выделяют по
скорости разЕзития дефекта, так как раковина может иметь стабильную величину
несколько дней, а при трещине признаки дефекта монотонно растут.

Ивиостел каченил и сепаратора в подшипнике относится к наиболее опасным дефектам,
так как развивается достаточно быстро. По спектру огибающей вибрации обнаружива-
ется в первую очередь дефект, представляющий собой выкрашивание поверхности
одного (группы) тела качения. Косвенно это указывает и на ускоренный износ того
участка сепаратора, который контактирует с дефектным телом качения. Именно этот
признак является общим для рассмотренных двух дефектов подшипника. Для непосред-
ственного измерения величины износа сепаратора можно применять другие методы,
например, метод измерения флуктуаций интервалов между ударными импульсами в
подшипнике, однако эти удары появляются далеко не при всех видах дефектов.
Признаком из носа тела качения является появление в спектре огибающей вибрации
гармонической составляющей с частотой fc (при статической нагрузке на подшипник)
или fep-fc (при вращающейся нагрузке). Составляющие с кратными гармониками по
мере роста кратности быстро уменьшаются по амплитуде (рис.4.11).

Нис. 4.11. Спектр огиба-
вибрации при износе
ИЛ качения и сепаратора.

во. дБ

«о

40

20

1ООО,Гц
Раковины, сколы на телах качения в подшипнике также относятся к числу наиболее
опасных и наиболее быстро развивающихся дефектов. Этот дефект сопровождает^
появлением и ростом ударных импульсов, действующих между телом качения!

каждой из поверхностей колец подшипника, поэтому основная частота ударов рави|
2(тк Но поскольку амплитуда ударных импульсов при контакте с наружным I
внутренним кольцом может различаться, а также может зависеть от угла поворо<
сепаратора (от нагрузки), спектр огибающей вибрации содержит ряд составляющш
с частотами к-Итк+кгГс, причём амплитуды составляющих счетными ki больше, чЛ
с нечетными (рис.4.12).	I

Более того, из-за прецессии тел качения, а также из-за износа сепаратора
составляющие могут иметь случайную амплитудную и частотную модуляцию, тогди
спектр становится таким, как это показано на том же рисунке.	1

Сложный (составной) дефект подшипника включает в себя диагностические признан
появления двух или более развитых дефектов для того случая, когда их признан
рассматриваются не независимо, а приводят к появлению в спектре гармониЛ
различными комбинационными частотами. Такие признаки обычно появляются njfl
раковинах на наружном кольце, при сильном износе последнего и вращающейЛ
нагрузке на подшипник, при автоколебаниях ротора с одновременным сильны!
износом колец, при наличии раковин на наружном и внутреннем кольцах 
дополнительной сильной осевой нагрузке на подшипник. В эту группу дефектен
сведены признаки сложных дефектов, которые появляются достаточно редко, Я
их появление дает дополнительную информацию о том. что количество развит J
дефектов в подшипнике больше 1.	

Рис. 4.12. Спектры огиба-
ющей вибрации при ра-
ковинах. сколах на телах
качения.

60. дБ

S-GlL^C

го

1000, гц

2Гтк*’с ЗГтх*Гс

во. дБ

40

го

500, Гц

Проскальзывание кольца в посадочном месте подшипника является достаточ!
редким дефектом и может обнаруживаться лишь в том случае, если проехал
зывание происходит в момент измерения вибрации. Фактически это означает, ч
обнаруживается случай, когда подшипник заклинило и сепаратор не вращает
относительно колец подшипника. Естественно, что процесс этот сопровождается
ростом высокочастотной вибрации и ударами с частотами kfep. причем удары с
другими частотами отсутствуют (рис.4.13).

4.13. Спектр огиба-
СЩвй вибрации при про-
ицльзывании наружного
ОДЦа.

60. дБ

40

20

kfep

200, Гц

Дефект является крайне опасным и требует немедленной остановки и замены
подшипника. К сожалению, этот вид дефекта крайне трудно отделить от дефектов
других узлов машины, таких как муфты, зубчатые и другие передачи, поэтому
необходимо перед принятием решения убедиться в том, что высокочастотная
вибрация или температура подшипникового узла резко возросла, что дополнительно
свидетельствует о дефектах именно в подшипниковом узле машины.

Цефекты смазки подшипника приводят к росту высокочастотной вибрации подшипника,
что и является основным диагностическим признаком этого дефекта. Как правило,
если этот дефект оказывается единственным, в спектре огибающей вибрации
отсутствуют средние и сильные дефекты других типов. Но чаще происходит наоборот,
дефекты смазки являются следствием дефектов поверхностей трения и связаны
с попаданием в смазку продуктов износа, что является дополнительным признаком
необходимости остановки машины и проверки состояния подшипника. Есть еще
одна ситуация, когда автоматически принимается решение о дефекте смазки -
обнаружение предаварийной ситуации в подшипнике, когда поверхности качения и
сепаратора настолько изношены, что число ударных импульсов очень велико, и они
накладываются друг на друга, нарушается периодичность их следования и теряется
возможность их обнаружения спектральными методами анализа вибрации и ее
огибающей. В этом случае необходимо срочно заменять подшипник.

1а1нее выбор диагностических признаков был произведен для массовой диагностики
подшипников качения по однократному измерению вибрации или исходя из того, что
пользователь имеет несколько одинаковых машин. Сравнение спектров огибающей
Пбрации одинаковых машин в идентичных точках контроля позволяет определить порог
ибноружения дефекта смазки и не пропустить как дефекты смазки, так и дефекты
подшипника, находящегося в предаварийном состоянии.

110И решении второй группы задач диагностики как подшипника, так и ротора (линии вала)
непериодическим измерениям спектров вибрации и ее огибающей несколько изменяются
ифуппы дефектов, и диагностические признаки. В табл. 4.2 приведен список диагностик
Шких признаков дефектов ротора в подшипниках качения, идентифицируемых по
НОоультатам периодического измерения вибрации.
Так. в этом списке отсутствуют ранее выделенные группы дефектов, обозначенные кМ
обкатывание, сложный дефект и проскальзывание кольца. Дело в том. что при периодичен
ком измерении вибрации появляется возможность обнаружения и таких дефектов, кН
неуравновешенность ротора, бой вала, дефекты узлов крепления подшипника или машин!
в цепом, дефекты соединительных муфт. В связи с этим такой дефект, как обкатывание
объединен с боем вала в одну группу, а неуравновешенность ротора выделена i
отдельную группу дефектов. Проскальзывание кольца, так же как и двойные дефекте
объединено в одну группу с дефектами соединительной муфты, так как их диагностически
признаки очень близки между собой	

Таблица 4Л

Частоты составляющих спектра вибрации и ее огибающей, используемые для ]
обнаружения и идентификации дефектов линии вала в подшипниках качения no 1
периодическим измерениям вибрации	(

Ne п/n	Вид дефекта	Спектр вибрации		Спектр огибающей	
		Основные	Дополнительные	Основные	Дополнительна
1	Бой вала (муфты)	kf.₽	Нет роста ВЧ	kf . k<10 •р	Нет роста ВЧ
2	Неоднородный радиальный натяг	2f.p	2kf . •р' Нет роста ВЧ	2kf„	2Ww.  Нет роста ВЧ
3	Перекос наружного кольца	2f И	2kf„. Нет роста ВЧ		2W.  Нет роста ВЧ
4	Износ наружного кольца	f и	kfM. ks3		kfM.ks3
5	Раковины (трещины) на наружном кольце	kfH. k>3	РостВЧ	kf„, k>3	Рост ВЧ
6	Износ внутреннего кольца	ч.	kfe, рост ВЧ	4.	kfB, рост ВЧ
7	Раковины (трещины) на внутреннем кольце	Ч	kf^. рост ВЧ	k.W„	kftpl рост ВЧ
в	Износ тел качения и сепаратора	V (VU	w„ k(f -f,). рост ВЧ	W.)	рост ВЧ
9	Раковины, сколы на телах качения	2kf„	k,W.. рост ВЧ		k, W..' рост ВЧ
10	Неуравновешенность ротора		Нет роста kfBpl нет роста ВЧ	нет kf . k>I  •p	-
11	Дефекты узлов крепления	РостУНЧ (<0.5	Есть другие дефекты	He обнаруживаются ।	
12	Дефекты смазки	РостВЧ	-	Рост ВЧ	Нет сильны! составляю^
13	Дефект муфты	kf„. k>7	Нет роста ВЧ	kf . ki10 •p	Нет роста 0Ь
14	Неидентифицирован- ный дефект	Рост других гармонических составляющих			
1римечание: top - частота вращения вала; fe - частота перекатывания тел качения по
внутреннему кольцу; fa - частота перекатывания тел качения по наружному кольцу; f-гк -
iflCTDTa вращения тел качения; fc -частота вращения сепаратора; ВЧ - высокочастотная
•впасть спектра вибрации; УНЧ - низкочастотная область спектра вибрации (< 0.5 fep);
• •! .2.3.4.

||И1гностические признаки многих дефектов подшипников качения при их обнаружении по
> Лфктру вибрации и спектру огибающей ее высокочастотных составляющих близки между
обой, поэтому ниже указываются только признаки ранее не рассматриваемых дефектов.
Неуравновешенность ротора обнаруживается по росту низкочастотной вибрации на
частоте его вращения. При этом не должно быть значительного роста низкочастотной
вибрации на гармониках частоты вращения, и в спектре огибающей вибрации не
должно быть признаков таких дефектов, как бой вала, износ внутреннего кольца,
дефекты соединительных муфт, дефекты смазки. В то же время при большой
неуравновешенности ротора, когда центробежные силы превышают силы тяжести
ротора, возможно обкатывание ротором неподвижного кольца подшипника, а
следовательно, модуляция сил трения и высокочастотной вибрации частотой fBp.

Цвфекты узлов крепления подшипника влияют прежде всего на вибрацию машины с
частотой вращения ротора, возбуждаемую центробежными силами. Это влияние
обычно приводит к скачкообразному изменению колебательного смещения в том
направлении, в котором ослабли узлы крепления, и, следовательно, к росту вибрации
на гармониках частоты вращения. Но таким образом отделить этот вид дефекта от
других, имеющих подобные признаки, практически невозможно. Поэтому в программе
использован другой признак подобного дефекта - рост уровня вибрации на очень
низких частотах, ниже половины частоты вращения ротора. Эта вибрация
возбуждается силами трения и преимущественно в том направлении, в котором
упала жесткость креплений. Поэтому после автоматического обнаружения признаков
дефектов узлов креплений подшипника или всей машины в целом лучше всего
произвести дополнительные измерения вибрации машины на частоте вращения в
двух направлениях, например в вертикальном и горизонтальном. Если дефект имеет
место, уровни вибрации в одном направлении будут значительно выше вибрации в
другом направлении.

Нфй вала встречается достаточно часто и не только имеет свои характерные признаки,
но и изменяет диагностические признаки многих видов дефектов. Именно поэтому
он обнаруживается по разнообразным диагностическим признакам, основными из
которых являются:

•	рост низкочастотной вибрации машины на гармониках частоты вращения ротора
при достаточно большом (более 3-5) числе гармоник;

•	появление модуляции высокочастотной вибрации подшипника частотой вращения
вала, но без признаков действия ударных импульсов в подшипниках или значительного
роста уровня высокочастотной вибрации;

•появление модуляции нагрузок на дефектные элементы трения, а следовательно,
модуляции многих гармонических составляющих спектра огибающей вибрации
частотой вращения вала.

‘Ирвые два признака приведены в качестве основных в табл. 4.2. Они аналогичны
'Домакам боя вала в подшипниках скольжения, подробно рассмотренных в предыдущей
*НМ.

Нвфвкты соединительной муфты могут быть причиной боя вала, если величина
дефекта велика. Однако на начальной стадии развития дефекты соединительной
муфты могут несущественно влиять на низкочастотную вибрацию машины, но в fl
же время создавать ударные нагрузки на подшипник качения с частотами, кратны J
частоте вращения вала. Именно по диагностическим признакам ударо*
заключающимся в появлении большого числа гармонических составляющих в спектр)
огибающей вибрации с частотами kfBp. дефект муфты может быть обнаружен
ранней стадии развития. Признаки этого дефекта по спектру огибающей похожий!
признаки проскальзывания кольца подшипника в посадочном месте, однако пя
проскальзывании растет и уровень высокочастотной вибрации, т е. одновременя
обнаруживается и дефект смазки	1

Рассмотренные группы дефектов внесены в список обнаруживаемых и идентифм
цируемых с помощью программного обеспечения. Если диагностические признаки
разных дефектов оказываются достаточно близкими и не позволяют разделить эЦ
дефекты с вероятностью более 60%. в программе может указываться тот вид дефект^
который сильнее ограничивает ресурс подшипника, т.е. при котором необходимо чац|
проводить диагностические измерения	j

Если пользователь не ограничен во времени, а число контролируемых машин невелие
ему можно рекомендовать использовать для диагностики ту часть пакета программ
которая требует периодических измерений, проводимых значительно чаще, но при эт$|
обеспечивает более точную идентификацию вида дефекта.

Следует также учесть, что качество диагноза и прогноза состояния подшипнике)
механических передач в машинах, имеющих несколько валов с разной частотой вращение
будет значительно выше, если использовать пакеты программ, производящие совместну!
диагностику подшипников и механических передач, например зубчатых. Описаив
диагностических алгоритмов для таких узлов приводится в последующих параграфе
настоящего пособия.	j

На вибрацию подшипниковых узлов могут оказывать влияние и другие узлы роторня
машин, особенно при появлении в них дефектов, приводящих к динамическим нагрузив
на диагностируемый подшипник. Такими узлами могут быть, например, механически!
передачи. Чтобы не пропустить дефекты этих узлов, в пакет программ введена rpyrfl)
неидентифицированных дефектов. После автоматического обнаружения такого дефеиЦ
пользователь должен определиться, правильно ли он указал в программе диагностируем^
узел и его конструктивные параметры и при необходимости произвести повторив
измерение и диагностику.	J

4.3.	ВЫБОР ПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ, РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАШИНЫ
И ПОРОГОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ

Периодичность диагностических измерений для подшипников качения в программ!
определяется двумя различными способами. Первый относится к массовом
диагностическому обслуживанию по однократным измерениям спектра огибаюия
вибрации. В этом случае периодичность измерений определяется разработчиками паш
программ на основании данных диагностики более 100 тысяч подшипников в разим
отраслях промышленности. Оптимальная периодичность измерений связана с данным
о среднем ресурсе подшипника в конкретных машинах пользователя, и этот ресур
задает сам пользователь при конфигурировании конкретной точки измеренц
(диагностируемого узла). Как показывают многолетние исследования, если в подшипнц|
нет скрытых дефектов изготовления и его правильно эксплуатируют, нижняя грам
безаварийной работы в случае, когда подшипник не имеет по крайней мере среде
Ифектов монтажа и износа, составляет 20-25% от его среднего ресурса. Однако.
Жтывая тот факт, что даже при неработающей машине могут происходить структурные
вменения состояния смазки подшипника, разработчики установили максимальный
интервал между диагностическими измерениями для бездефектных подшипников, равный
п месяцам. Снижение рекомендуемого интервала производится в том случае, если
установленный пользователем средний ресурс подшипника ниже 2,5 лет, и в том случае,
"•Да по результатам диагностики обнаружены средние или сильные дефекты.

Жрой способ выбора интервалов между диагностическими измерениями используется
при диагностике ротора (линии вала) с подшипниками качения по периодическим
"Шерениям спектров вибрации и ее огибающей. В этом случае интервалы между
"Жарениями вибрации бездефектных машин устанавливает пользователь, исходя из
"Мающейся у него информации о скоростях развития дефектов. Рекомендуемый интервал
оставляет один - три месяца, но он может быть откорректирован как в меньшую, так и
•большую сторону с учетом тех затрат на работы по диагностике, которые пользователь
может допустить, а также с учетом периодичности проведения профилактического
4служивания машин.

Г ВЛ И в диагностируемом узле обнаружены изменения состояния, соответствующие
^Явлению одного среднего дефекта, рекомендуемый интервал сокращается в два
Изменения, соответствующие появлению двух средних или одного сильного дефекта,
приводят к автоматическому снижению рекомендуемого интервала между измерениями
•ЩВ в 3 раза. В более сложных случаях предлагается либо заменить (отремонтировать)
"Ивгностируемый узел, либо, если вероятность аварийного выхода узла из строя не
слишком велика, программа сокращает исходный интервал между измерениями в 10 раз.
л гом случае, когда числа измерений, необходимых программе для автоматической
^агностики, не хватает для постановки диагноза по периодическим измерениям,
предлагается произвести повторное измерение через 20% от установленного
нилмователем интервала для бездефектных машин.

'Шиовкой рекомендацией по выбору режима работы машины при диагностике
подшипников качения является обеспечение одной и той же скорости ее вращения во
»НВМЯ каждого из периодических измерений вибрации. Для диагностики используются
•лпько те группы измерений, которые уложились по частоте в диапазоне *10% от среднего
’«•Юния. Для многоскоростных машин рекомендуется выбирать тот режим, в котором
«НВ работает наиболее продолжительное время, т.е. номинальный режим работы
аешины. Если пользователь не может обеспечить измерение вибрации подшипниковых
। шов в номинальном режиме работы, он может выбрать любой из режимов, в котором
^шлввия смазки подшипника укладываются в технические требования, предъявляемые к
"фыальной работе подшипника качения.

наводной рекомендацией по выбору режима работы является отсутствие динамических
«Жруэок на подшипник от других узлов машины, особенно если эти нагрузки имеют ударный
'(рактер. При необходимости пользователю рекомендуется отключать на время
нмврений те узлы машины, которые могут создать ударные нагрузки на подшипник,
наиболее удобным является режим работы машины без нагрузки, на холостом ходу.

*|« время выполнения диагностических измерений необходимо обеспечивать
•ввильность частоты вращения машины. Так, частота вращения не должна изменяться
млев чем на 1%. Таким образом, при диагностике подшипников машин, непрерывно
•1МВИЯЮЩИХ скорость вращения в номинальном режиме работы, необходимо переходить
в специальные режимы, при которых за относительно небольшое время измерений
ЮТОТВ вращения не изменяется выше указанных пределов.
Существуют определенные виды узлов, например, механические передачи, в том числ|
зубчатые, в которых при любом режиме работы могут присутствовать характерные дл(
них динамические нагрузки на подшипники качения. Для диагностики подшипников такт
узлов в пакетах программ предусмотрены специальные модули, обеспечивающи|
совместную диагностику подшипников с узлами, создающими эти нагрузки.

Все дефекты, автоматически обнаруживаемые при обработке данных измерений!
программах, по глубине могут делиться на три группы: слабые (I), средние (М) и сильны!
(S) Если выбранный метод обработки сигнала вибрации не позволяет обнаружить слабш
дефекты, как это имеет место, например, при анализе спектров низкочастотной вибрации
группа этих дефектов не рассматривается.	♦

Все пороговые значения, используемые для обнаружения, идентификации вида |
определения глубины дефекта, задаются пользователем, однако в программе или инс|
рукции по ее использованию всегда приводятся рекомендуемые значения порогов
основанные на имеющихся у разработчиков статистических данных по диагностик
подшипников с последующей их визуальной дефектацией.	|

При диагностике подшипников качения по спектру вибрации задается два порогов^
значения для каждого из диагностических параметров, один из которых определяй
появление сильного дефекта, а другой - среднего. Пороговые значения отсчитываются 4
среднего значения параметра (среднего уровня соответствующей составляющей спектрв)|
определенного по всем предыдущим измерениям (не менее трёх). Изданных предыдущий
измерений автоматически исключаются ошибочные, выпадающие за границы естествен
кого разброса случайных величин (уровней составляющих, измеряемых в децибел!
виброускорения). Величина рекомендуемого порога сильного дефекта составляет 20Д1
над средним уровнем соответствующей составляющей спектра. Рекомендуемое значенм)
порога среднего дефекта в два раза меньше и составляет 10 дБ.

Опыт диагностики различных машин и оборудования позволяет утверждать, ч^
предлагаемые пороговые значения при стабильном режиме работы минимизируй
вероятность ошибочных решений, которая является суммой вероятностей пропуск
дефекта и ложного срабатывания. При диагностике подшипников качения многорежимм||
машин оператор может установить более высокие пороги. Если машина непрерывй
работает при относительно стабильных внешних условиях (температура, влажности
т.п ), а ее частота вращения и нагрузка не изменяются, значения порогов можно снизит
Это даст возможность обнаруживать дефекты на ранней стадии их развития, но требуй
принятия индивидуальных решений о продолжении эксплуатации машины, если программ!
обнаружены сильные дефекты. Дело в том, что к множеству подшипников с сильным]
дефектами в этом случае программа относит и те, в которых глубина дефекта еще
дошла до аварийноопасных значений.	(

При диагностике подшипников качения по спектру огибающей задается три порогов^
значения для каждого из видов дефектов, за исключением дефектов смазки, для которй
как и в предыдущем случае, задаются пороги сильного и среднего дефектов. 1
Пороги определяются в величинах (процентах) глубины модуляции для всех дефекта
кроме дефекта смазки, для которого они определяются в приращениях уровня высокочя
тотной вибрации, измеряемой в децибелах виброускорения. Пользователю рекомендует
уточнять исходные пороги сильных дефектов по мере накопления информации об (]
величине, получаемой при дефектации подшипников во время ремонтов.	*

В качестве отправных можно рекомендовать значения порогов сильных дефекта]
составляющих для дефектов смазки 20 дБ, а для остальных видов дефектов 20% (1
глубине модуляции). Пороги средних дефектов определяются автоматически как ере
нее значение от порога сильного и слабого дефектов. Для дефектов смазки порог сл
дефекта отсутствует, а порог среднего дефекта составляет 10 дБ. Порог слабого
дефекта по глубине модуляции всегда определяется автоматически и зависит от
||/|СТвительности1 диагностической аппаратуры, используемой для выделения слабых
фонических составляющих на фоне случайных составляющих спектра белого шума.

«^РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УТОЧНЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ

1 ровным режимом работы современных систем диагностики является автоматическая
дИВГНОСтика узлов роторных машин. При обнаружении дефектов в любом из узлов машины
н^зователю иногда необходимо иметь сводную информацию о состоянии всех узлов
«Шины для принятия решения о ее ремонте или техническом обслуживании. В этом
7ф4ве необходимо вывести информацию о состоянии каждого из диагностируемых
iQQB и пользователь самостоятельно может составить окончательный документ о
4Йоянии машины в целом.

110Й составлении подобного документа для машин с подшипниками качения пользователь,
^Правило. должен произвести более подробный совместный анализ результатов
мониторинга и диагностики по всем узлам машины. При этом он может столкнуться с
типовых ситуаций, при которых следует ввести коррективы в результаты
(Нематической диагностики отдельных узлов машины, и, если это необходимо, произвести
^Мнение конструктивных особенностей машины, режимов ее работы, повторить
^^Гностические измерения.

ftblMH типовыми ситуациями являются следующие:

1.	Результаты мониторинга указывают на изменения вибрационного состояния, а
результаты диагностики не дают информации о дефектах ни одного из узлов машины.
Причиной можетбытъ изменение режима работы машины, а также изменение условий
работы, например, включение других машин, установленных в одном помещении с
диагностируемой. Пользователю в этом случае рекомендуется определить частоту
той составляющей вибрации, рост которой стал причиной обнаруженных изменений,
и по ней определиться, какие узлы машины могутбыть источником этой составляющей
вибрации, а затем провести анализ результатов автоматической диагностики этих
узлов.

2.	Результаты мониторинга не указывают на изменение вибрационного состояния
машины, а результаты диагностики дают сильные дефекты отдельных подшипников.
К основным причинам появления такой ситуации можно отнести либо неправильно
выполненные измерения при диагностике подшипника, либо наличие сильных
изменений в спектре огибающей вибрации подшипника без изменений низкочас-
тотной вибрации машины, свидетельствующих о начальной стадии развития дефекта
подшипника. В этом случае можно рекомендовать пользователю повторить изме-
рения и при! совпадении результатов не принимать решения о ремонте (замене)
подшипникового узла, а контролировать развитие дефекта в течение нескольких
дней до тех пор, пока данные мониторинга также не укажут на сильное изменение
вибрационного состояния машины.

3.	Обнаружены изменения вибрационного состояния машины и дефекты в нескольких
подшипниковыхузлах машины, находящихся на одной линии вала. Чаще всего причиной
такого состояния машины являются не дефекты двух и более подшипников, а
сильные дефекты одного подшипника или, что встречается даже чаще, дефекты
другихузлов машины, при которых возникают дополнительные динамические нагрузки
на подшипники. Пользователю рекомендуется в этом случае обратить внимание
на результаты диагностики других узлов машины по данным контроля вибраци!

других точках измерения.

4.	Обнаружены неидентифицированные изменения вибрационного состоя

(неидентифицированные дефекты). Чаще всего причиной этого является влияН

дефектов других узлов машины на вибрацию диагностируемого узла

Пользоватв,

рекомендуется в этом случае провести анализ результатов диагностики других уз
машины и просмотреть списки составляющих вибрации, по которым поставь
диагнозы во всех точках контроля Если неидентифицированный дефект постав
по тем составляющим вибрации, по которым идентифицированы дефекты дpyi
узла, причиной изменений вибрации чаще всего и являются эти дефекты. Возмо
и другой случай, когда неидентифицированный дефект поставлен по тому же р
гармонических составляющих, по которому поставлен еще один вид дефекта. В 3
случае причиной могут быть особенности формирования вибрации узла конкрет
машины, при которых наибольший рост вибрации с появлением дефекта приходь
не на первые три гармоники вибрации, а на гармоники большей кратносп
неидентифицированный дефект поставлен для того, чтобы обратить внима
пользователя на высокую вероятность одновременного появления нескот
дефектов в одном узле.

Кроме рекомендаций, указанных в настоящей главе, пользователь может учитыва
общие рекомендации, изложенные в других главах настоящего пособия.

5.	ДИАГНОСТИКА МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

5.1.	ВЛИЯНИЕДЕФЕКТОВ НА ВИБРАЦИЮ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

Механические передачи в машинах роторного типа предназначены для передачи крутя
момента и в значительной степени определяют вибрацию машины в цело
диагностическом аспекте под механической передачей далее понимается устрой!
имеющее два вала в собственных подшипниках и собственно узел передачи крутя
момента от одного вала к другому (рис.5.1). Это могут быть муфта, ремень (цеп
также зубчатая или червячная пара.

Рис. 5.1 Типы механических
передач: а - соедини-
тельная муфта; б * ременная
передача; в - червячная
передача; г - зубчатая пе-
редача.
К ^временных программах диагностика механической передачи производится по
|«|рации подшипников каждого из валов с обнаружением и идентификацией дефектов
НИЖДого вала в подшипниках, так и узла передачи момента. Для этого используются
•<ШДЫ узкополосного спектрального анализа вибрации и ее огибающей, причем вибрация
||||Вряется только на корпусе подшипниковых узлов.

'Чистейшим видом механической передачи является муфта (рис.5.1, а),
Предающая крутящий момент на соосно вращающиеся валы. Дефекты муфты приводят
’Действию вращающихся радиальных, в том числе ударных, нагрузок на соединительные
•1ЯЫ и. как следствие, на их подшипники. Эти нагрузки повторяются с интервалом,
>|А|тным периоду вращения вала, и могут создавать вибрацию как на гармониках, так и
Н Субгармониках частоты вращения. Кроме того, динамические нагрузки на подшипники
ИЛОВ изменяют силы трения в подшипнике и возбуждаемую ими случайную вибрацию,
ПИСодя к её амплитудной модуляции.

Щфектам муфт, реально влияющим на вибрацию машины, можно отнести:

•	бой (несоосность) муфты;

•	износ пальцев (зубьев);

•	трещины в корпусе полумуфты;

•	отсутствие отдельных пальцев (зубьев).

••Убчатых муфтах существует еще одна группа дефектов - дефекты смазки, которые
MNWIiot на вибрацию только через свои последствия, а именно, износ зубьев.

'(Вфекты соединительных муфт, изменяющие нагрузку на подшипники, при диагностике
'ЧДШипников качения и скольжения рассматриваются и обнаруживаются совместно с
(•Сектами подшипников. Именно поэтому при диагностике вала в подшипниках изменяется
•Mb список дефектов, в который добавляются и дефекты соединительных муфт. Этот
I1MCOK уже рассматривался в тех главах, которые посвящены вопросам диагностики
шдшипников. Дефекты собственно муфты объединены с другими дефектами в группы;

•	бой вала (муфты);

•	дефекты муфты.

ирОМе того, дефекты соединительных муфт часто бывают причиной появления
«опжолебаний вала в подшипниках, и эта причина автоколебаний также учтена в группе
(Яффктов: автоколебания вала в подшипниках.

1Й*ала (муфт ы), как уже рассматривалось выше, приводит к появлению вращающейся
'Нагрузки на подшипники. Поскольку траектория вращения оси вала и нагрузка на
подшипники при бое может быть неравномерна, вибрация опор соединяемых валов
может содержать достаточно большое число гармоник с частотами, кратными
частоте вращения вала. Аналогичным образом из-за переменных по величине
нагрузок на подшипники ряд составляющих, кратных частоте вращения, появляется
и в спектре огибающей вибрации подшипниковых узлов.

Дефекты муфты объединяют те виды дефектов, и прежде всего износ пальцев или
зубьев, которые являются причиной появления ударных нагрузок на подшипники
несколько раз за оборот вала. При небольшом износе ударные нагрузки имеют
относительно малую величину, но действуют несколько раз за оборот. Они оказывают
заметное влияние на спектры огибающей вибрации, в которых появляется большое
число кратных частоте вращения вала составляющих, но. в отличие от боя муфты,
слабо влияют на низкочастотную вибрацию передачи, особенно на ее составляющие,
фатные частоте вращения вала. При значительном износе ударные нагрузки растут
по величине, а их число за оборот вала падает. Более того, появляются случайные
флуктуации амплитуд ударных импульсов и интервалов между ними. Несмотря на
незначительность этих флуктуаций, они приводят к тому, что ширина линий на частотах,
1

кратных частоте вращения ротора, растет, и этот фактор может учитываться
выборе диагностических параметров дефектов. Естественно, что при значитель
износе пальцев или зубьев уровень низкочастотных составляющих вибра

подшипниковых узлов на гармониках частоты вращения растет, а уров<Щ
аналогичных составляющих спектра огибающей может даже падать.	.

Автоколебания вала в подшипниках приводят, прежде всего, к росту вибрации машина
на гармониках частоты этих колебаний. Как правило, они синхронизирован»
колебаниями, вызванными другими причинами. В подшипниках скольжения част»
автоколебаний совпадает с субгармониками частоты вращения вала, неур»
новешенность которого осуществляет синхронизирующее действие в тот мом»
когда вал находится в неустойчивом состоянии. В подшипниках качения она mow
совпадать с частотой вращения сепаратора или, что встречается даже чаще, cd
второй гармоникой. При автоколебаниях вала в подшипниках силы трения там
приобретают амплитудную модуляцию, и режим автоколебаний хорой
обнаруживается по спектру огибающей высокочастотной вибрации, в которЛ'
появляется гармоника с основной частотой, равной частоте автоколебаний»
достаточно часто, ее супергармоники.	I

В механических передачах, валы которых вращаются несинхронно или в разных на пр»
пениях, дефекты по виду влияния на вибрацию отличаются от дефектов соединитель»
муфт. Причиной этого является дополнительная нагрузка, значительная часть кото»*
направлена радиально к каждому из валов. При такой нагрузке крайне редко возник»,
автоколебания вала в подшипниках и наиболее распространенным дефектом я в ля»
износ деталей. входящих в зацепление.	i

Так. основными дефектами зубчатой передачи (рис.5.1, г) являются дефекты шесто»
и их зацеплений. Для каждой пары шестерен могут быть определены следующие в»
дефектов:	Л

•	бой ведущей шестерни;	Ж

•	бой ведомой шестерни;	1

•	износ (сколы, трещины) зубьев ведущей шестерни;	1

•	износ (сколы, трещины) зубьев ведомой шестерни;	Ж

•	дефекты зацепления.	Л

Основные составляющие вибрации, возбуждаемые при работе зубчатой перед^Н
укладываются в три гармонических ряда с частотами, кратными частоте вращеш
ведущего вала kfi, частоте вращения ведомого вала kf2=kfi*(Zi/Z2) и зубцовой част»
kf2, равной	Ж

fz=fiZisf2Z2,	(5.|

где Z, - число зубцов ведущей шестерни; Z2- число зубцов ведомой шестерни.	1

Бой шестерни, как правило, связанный с несоосностью шестерни и вала ил»
искривлением последнего, приводит к росту вибрации на частотах, пропорциональ»
частоте её вращения (kf 1 или kf2). Кроме того, силы соударения зубьев, входя»
в зацепление, начинают зависеть от угла поворота дефектной шестерни, плаЛ
изменяя свою величину. Таким образом, гармоники зубцовой составляю»
вибрации приобретают боковые составляющие с частотами kfz ± fep. где Ш
частота вращения дефектной шестерни.	i

При бое обеих шестерен появляются боковые гармоники с двумя частотами вращаю
fepi и fep2 Рост зубцовой гармоники вибрации при этом обычно не наблюдается.

В зубчатых передачах с боем шестерни изменяются не только указанные составляю»
вибрации, но и нагрузка на подшипники валов. Как следствие, появляется модуля»
ММОкочастотной вибрации подшипников с частотой fap. Если динамическая нагрузка на
подшипники с зубцовой частотой сравнима со статической нагрузкой, в спектре огибающей
и|?ут появиться и составляющие с частотами kfz ± fep . как и в спектре вибрации
'Предам и.

Некое шестерни, в зависимости от конкретных особенностей дефекта (собственно
износ, трещины или сколы), приводит к изменению нагрузок в зацеплении при
вхождении в него дефектного зуба. В этом случае далеко не всегда нагрузка
возрастает на короткое время ( ударный импульс), а даже чаще она снижается
(“отрицательный “ ударный импульс). Сопровождается этот эффект ростом вибрации
на гармониках частоты вращения дефектной шестерни почти таким же образом, как
и при ее бое, а также появлением большого числа боковых составляющих у зубцовых
гармоник вибрации с частотами kfz ± kifep.

Не менее важным результатом этого вида дефекта является возникновение
динамических (ударных) нагрузок на подшипники одного или обоих валов. Даже если
это импульсное снижение нагрузки, оно приводит к появлению большого числа
гармоник частоты вращения дефектной шестерни kfsp в спектре огибающей вибрации
подшипников. В ряде случаев в спектре огибающей могут появиться и составля-
ющие с частотами kfz ± kifBp.

1|*фекты зацепления, приводящие к сдвигу или изменению площади контакта зубьев
в зацеплении, являются единственной группой дефектов, сопровождающихся ростом
зубцовых гармоник вибрации без появления интенсивных боковых составляющих.
Причиной возникновения такого дефекта во время эксплуатации зубчатой передачи
достаточно часто является износ подшипника. Другие признаки дефектов зацепления
оказываются крайне неэффективными. К тем признакам, которые могут быть
дополнительно использованы для идентификации вида дефекта, можно отнести
появление или рост гармоник kfz в спектре огибающей вибрации подшипников
зубчатой передачи.

Ирвячная передача (рис 5.1, в), с точки зрения ее диагностики по параметрам вибрации,
отличается от зубчатой меньшим числом зубьев, в качестве которых можно
рассматривать число заходов. Поэтому и диагностический модуль для зубчатой и
червячной передач обычно используется один и тот же.

Мменную или более сложную по исполнению, а именно, цепную передачу (рис. 5.1, б),
можно рассматривать как модификацию зубчатой, но стремя осями, имеющими по
одной шестерне на каждой. Промежуточной шестерней с максимальным числом
зубьев можно считать цепь с числом зубьев, равным числу звеньев цепи. Такая
передача имеет четыре основных ряда гармоник вибрации, а именно, с частотой
вращения ведущего вала kfBpi. частотой вращения ведомого вала kfBpz. частотой
вращения цепи (ремня) kfBp3 и для цепной передачи или передачи с зубчатым
ремнем зубцовой частотой kfz. Все они определяются по частоте вращения ведущего
вала следующим образом:

. fBp2=fBpi*(di/d2).	(5.2)

d, - диаметр ведущего шкива; d2 - диаметр ведомого шкива,

(5.3)

|Д|1-длина ремня (цепи),

(5-4)
где z,. z2 -число зубьев на ведущей и ведомой шестерне соответственно; z3 - число эвень<А
цели (зубьев ремня).	W

Как и в зубчатой передаче, основными дефектами цепной передачи являются бой
износ (сколы, трещины) каждого элемента передачи (шестерни и цепи), а также дефект
зацепления.	•

Бой шкива (шестерни) ременной (цепной) передачи приводит к действию переменно||
нагрузки, но по направлению, пересекающему оси шкивов. Частота этой нагруэД
совпадает с fBp - частотой вращения шкива, имеющего бой. В результате раем
вибрация передачи на этой частоте, а высокочастотная вибрация подшипнике
передачи оказывается модулирована частотой fBp. Аналогичным образов
появляется модуляция и у зубцовых составляющих вибрации.	Л

Бой ремня (цепи), определяемый неоднородной толщиной ремня или плавным изноем
звеньев цепи, приводит практически к тем же результатам, но периодичносв
действия нагрузки на шкивы определяется частотой вращения ремня (цепи). Л
Дефекты шкива (шестерни) и ремня (цепи) также приводят к появлению динамичесм
нагрузок, в том числе и “отрицательных" на шкивы (шестерни) механической передам
Но эти нагрузки импульсные и потому изменяют параметры целого ряда гармонм
вибрации передачи, а также приводят к модуляции высокочастотной вибрацМ
подшипников, причем форма огибающей высокочастотных составляюом
существенно отличается от плавной, а в спектре огибающей появляется ряд гармом
частоты вращения дефектного элемента (шкива, шестерни, ремня или цепи), в

В механических передачах с цепью или зубчатым ремнем в спектре вибрации присутствуй
значительная зубцовая составляющая, которая при дефектах шестерни или цепи (ремм
также приобретает амплитудную модуляцию частотой вращения дефектного узла м
нее появляются боковые составляющие с частотами ki fz ± kzfsp В ряде случаев, ком
динамическая нагрузка на подшипники с зубцовой частотой kfz сравнима со статическм
зубцовые составляющие вместе с боковыми появляются и в спектре огибающей вибрацв
подшипников.	в

Дефекты зацепления в цепных (ременных) передачах, в отличие от зубчатм
передач, связаны не со сдвигом осей вращения шестерен, а с равномерным изном
цепи (зубчатого ремня) или со смещением плоскостей вращения шестерен вдом
осей их вращения. В случаях появления таких дефектов при входе каждого зуМ
в зацепление возникают удары, приводящие к росту зубцовой вибрации на большД
числе гармоник kfz. Кроме того, при значительных ударных нагрузках на подшипнм
может появиться модуляция высокочастотной вибрации зубцовыми гармоникам
Но гораздо чаще в практических ситуациях появление в спектре огибающей вибрам
подшипников передачи зубцовых гармоник kfz связано с неправильным выборЯ
фильтра для формирования огибающей вибрации, когда в него попадают дв
сильные зубцовые составляющие вибрации, и в спектре огибающей появляем
гармоника разностной частоты.	в

Все перечисленные группы дефектов механических передач входят в чим
обнаруживаемых и идентифицируемых по данным измерений узкополосных спекфИ
вибрации подшипников механических передач и узкополосных спектров огибаюим
высокочастотных составляющих этой вибрации.	Я
1.2. ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ
ПРИЗНАКОВ

Динамические силы, возникающие в механических передачах при наличии дефектов,
(Предаются на корпус в основном через подшипники ведущего и ведомого валов. Поэтому
подшипники являются теми узлами механических передач, вибрация которых изменяется
При дефектах соединительных муфт, шкивов, шестерен, червяков, ремней, цепей и
собственно подшипников. Естественно, что точки контроля вибрации механической
Передачи выбираются на корпусе подшипниковых узлов по одной на каждом узле,
бйсьма важным является выбор направления измерения для диагностики по спектру
цифрации механической передачи. Лучше всего его выбирать радиальным к осям
•ОДщения валов и в плоскости, проходящей через эти оси. Дополнительной рекомендацией
Шркет считаться выбор для крепления датчика вибрации той части подшипникового узла,
«вторая ближе к точке максимальной нагрузки на поверхности трения подшипника.

Следует отметить, что в механических передачах обычно одни и те же точки контроля
вибрации используются как для мониторинга, таки для глубокой диагностики.

При мониторинге желательно измерять не только радиальную вибрацию подшипников,
нб и осевую. Поэтому для минимизации числа точек контроля вибрации можно изменить
НОДравление измерения вибрации, выбрав его под углом порядка 30 - 45° к оси вращения
Ила. Но такое решение не является идеальным, хотя и минимальным образом снижает
Достоверность диагноза. Оптимальным при диагностике и мониторинге механической
•Лредачи является использование радиального направления измерения вибрации при
диагностике и дополнительное измерение осевой вибрации каждого из валов передачи
при мониторинге механической передачи совместно с машинами, соединяемыми
посредством этой передачи.

Пример выбора контрольных точек для диагностики цепной передачи как наиболее
чЛОжной приведен на рис.5.2. Там же указаны реперные точки для мониторинга всей
установки, включающей диагностируемую передачу.

ЯОД. 5.2. Контрольные точки для
•уцогностики цепной (ременной)
передачи выбираются на корпусе
подшипникового узла под углом не
ОДПес 30° к оси вращения цепи.

1|| Менее важным является выполнение требований к выбору точек контроля для
ЦОДГНостики собственно подшипников. В первую очередь это требования к минимальному
(ОДЛУ контактных поверхностей между поверхностями трения и точкой контроля (см.
•(ЦОграфы 3.2. и 4.2).

ГОДим образом, используя изложенную в настоящем параграфе и параграфах 3.2. и 4.2
(«(формацию, оператор самостоятельно выбирает как число точек контроля, так и места
|0пления датчиков виброускорения, а также направления измерений. Выбор диагнос-
тических параметров осуществлен разработчиками пакета программ, но поскольку <
программе, кроме режимов автоматической диагностики, предусмотрены и
неавтоматические режимы анализа данных измерений, ниже приводится описание
выбранных диагностических параметров. Все диагностические признаки выбирались
для совместной диагностики подшипников и других узлов механической передачи по
вибрации подшипникового узла

Диагностические признаки, как и группы диагностируемых дефектов подшипников, завися^
от вида механической передачи. Так. для подшипников качения используются три разный
решения, различающихся группами дефектов и диагностическими признаками.

1	Диагностика подшипника на валу, не связанном механически с другими валами, например^
подшипника вентилятора с насаженным на вал рабочим колесом и т.п

2	Диагностика подшипника в машинах, имеющих одну линию вала, в которых связь валов
осуществляется через соединительную муфту.

3	Диагностика подшипников на валу машины, включающей несколько связанных роторов
с разными частотами и (или) направлениями вращения

В первом случае подшипник диагностируемся как самостоятельный узел и в большинства
случаев без привлечения результатов измерения узкополосных спектров вибрации, тольф
по одному узкополосному спектру огибающей её высокочастотных составляющих. Во
втором он диагностируется совместно с муфтой и с привлечением результатов измерений
как узкополосных спектров вибрации, так и узкополосных спектров огибающей ей
высокочастотных составляющих. И в третьем случае для диагностики подшипников
привлекаются оба вида спектров, но диагностируются вместе несколько линий валов
Для диагностики подшипников скольжения применяются два решения. В обоих случаям
используются результаты измерения узкополосных спектров вибрации и узкополосным
спектров огибающей высокочастотных составляющих вибрации подшипниковых узлов,
Диагностические признаки дефектов подшипников машин с одной линией вал<
включающие признаки дефектов соединительных муфт, уже были рассмотрены в глав»
3 и 4. и поэтому ниже не анализируются.

Диагностические признаки дефектов зуб чатой передачи с подшипниками скольжений
приведены в табл. 5.1, а диагностические признаки зубчатой передачи с подшипниками
качения - в табл 5.2.

Как уже отмечалось, дефекты разбиты на три группы: дефекты собственно подшипнике
дефекты шестерён и дефекты вала с муфтой. Диагностические признаки дефектд|
собственно подшипника, а именно, его износа, появления в нем ударов и ухудшений
параметров смазки одинаковы для всех видов механических передач. Ряд дефекта!
вала, диагностируемых в механической передаче с муфтой, исключен из списка дефектов
зубчатой передачи, так как либо их появление не является естественным в зубчато!
передаче, либо они объединяются в обиден для вала и шестерен группе. Так, например,
неуравновешенность вала в зубчатой передаче проявляется идентичным образом!
боем вала и боем шестерни, поэтому все эти дефекты объединены в одну группу-ЗД
ведущей (ведомой) шестерни (вала). Диагностическими признаками появления этф
дефектов являются рост вибрации на гармониках частоты вращения диагностируемо^
вала и появление боковых гармоник у зубцовых составляющих вибрации, отличающих^
на частоту вращения диагностируемого вала. При этих дефектах обычно не наблюдаете
роста высокочастотной случайной вибрации, возбуждаемой силами трения в подшипнике
В зубчатых передачах из-за радиальной нагрузки на вал со стороны шестерен практичесв
не наблюдаются автоколебания вала в подшипниках, поэтому такой вид дефекта ф
рассматривается. Если же в подобной передаче возникают автоколебания не одноЦ
вала, а всей системы, они обнаруживаются как дефекты шестерен.	.
Таблица 5.1

Частоты составляющих спектров вибрации и её огибающей для обнаружения и
идентификации дефектов зубчатой передачи с подшипниками скольжения

ь Mi	Вид дефекта	Спектр вибрации		Спектр огибающей	
		Основные	Дополнительные	Основные	Дополнительные
1	Бой ведущего вала (шестерни)		^2 * ^врГ нет роста ВЧ	kfw.	Ч*и нет роста ВЧ
3	Бой ведомого вала (шестерни)		^2 ± fp₽2* нет роста ВЧ	Ч₽а	^2 ± ^р2' нет роста ВЧ
3	Дефекты ведущей шестерни	Ч,,. k>4	Ч±к,^,.к,>1 нет роста ВЧ	Ч,.. к>4	Ч*кА,.к?1 нет роста ВЧ
4	Дефекты ведомой шестерни	kU k>4	kf2±k,fwl.k>1 нет роста ВЧ	к^. к>4	Ч±к.М>1 нет роста ВЧ
	Дефекты зацепления	ч	Нет роста kf^,. Ч.г нет kf2 ± kJ*,, нет kf2 ± к J^, нет роста ВЧ	Ч	Нет роста kf*,, М«р2* нет kf2 ± k,f*,, нет kf2 ± kJ нет роста ВЧ
1	Дефекты муфты	kf ,.kf pl* арЗ* k>4	Нет kf2 ± kJ*,, нет kf2 ± kJ а. нет роста ВЧ	Мт к>4	Нет kf2 ± k,f*,, нет kf2 ± kJ., нет роста ВЧ
у	Износ подшипника	kU	Рост ВЧ	kf*. ks7. подъём спек- тра на НЧо	РостВЧ
1	Удары в подшипнике	4,	Рост ВЧ	Чт к>7	Рост ВЧ
1	Дефекты смазки в подшипнике	РостВЧ	Нет роста kf*,	Рост ВЧ	HeTkfw
to	Не идентифицирован- ный дефект	Рост других гармонических составляющих			

'(Яшечание. - частота вращения ведущего вала; - частота вращения ведомого вала;
йНтота вращения диагностируемого подшипника; f, - зубцовая частота; ВЧ - высокочастотные
ШГВвляющие вибрации; НЧ0 -низкочастотная часть спектра огибающей; к»1,2, 3,...; к,=1.
I I.....

'Цаналогичной причине из-за радиальной нагрузки на шестерни дефекты узлов крепления
лцщипника или всей машины проявляются, в основном, как дефекты шестерен, поэтому
ШИ вводятся в группы дефектов ведущей и ведомой шестерен. Итак, в группы дефектов
<||огвенно зубчатой передачи и муфты, находящейся на валу, входят шесть дефектов,
именно:

•	бой ведущего вала (шестерни);

•	бой ведомого вала (шестерни);

•	дефекты (износ, трещины, сколы) ведущей шестерни;

•	дефекты (износ, трещины, сколы) ведомой шестерни;

•	дефекты зубчатого зацепления;

•	дефекты соединительной муфты.
Диагностическим признаком дефектов шестерен является, в первую очередь, появлений
ударов (ударных нагрузок на подшипник) с частотой вращения дефектной шестерни. Эти
удары проявляются в виде роста ряда гармоник на частотах kfep в спектре низкочастотной
вибрации, в виде такого же ряда гармоник в спектре огибающей высокочастотно)!
вибрации и в виде появления ряда боковых гармонику зубцовых составляющих вибр|»
ции, отличающихся от них на частоты *kfep. Если величина дефекта не слишком велиЛ.
высокочастотная вибрация подшипника существенно не возрастает по сравнению й
бездефектным подшипником.	J

Типичный пример влияния дефекта шестерни в зубчатой передаче на вибрации
подшипников показан на рис.5.3. на котором приведены узкополосные спектры вибрацйГ
передачи и спектры огибающей высокочастотной вибрации подшипников бездефектной

и дефектной передачи.

Диагностическим признаком дефектов зацепления зубчатой передачи является ро«
зубцовых гармоник вибрации без появления (роста) боковых гармоник, отличающихся
частоту вращения ведущей или ведомой шестерни. Поскольку наиболее сильно при таков
дефекте растут зубцовые гармоники большой кратности, они могут появиться в спектМ
огибающей высокочастотной вибрации не только из-за появления динамических нагруаИ
с зубцовой частотой на подшипник, но и из-за попадания в одну полосу частот, выделяемую
из спектра вибрации для построения огибающей, двух интенсивных гармоник зубцовой
частоты. Спектр вибрации зубчатой передачи без дефектов зацепления и с дефектам^
зацепления приведены на рис.5.4.

Диагностическими признаками дефектов муфты, если таковая используется дЖ
соединения зубчатой передачи с двигателем и (или) механизмом, являются признав
появления ударов с частотами, кратными частоте вращения вала с диагностируем^
муфтой. Число ударов за оборот может зависеть от ее конструкции, величины несоосноС*
валов, степени износа пальцев (зубьев) муфты и колеблется в пределах 1-10 за од*
оборот. Признаками же ударов в спектре вибрации и ее огибающей является poff
большого числа гармоник с частотами kfep, но при этом обычно не наблюдается изменен^
ни уровней зубцовых составляющих вибрации, ни уровня высокочастотной случайн*
вибрации подшипника. Весьма часто признаки появления боя вала, дефектов шестерД
и дефектов муфты оказываются очень похожими, и единственным различием, по котором
можно разделить виды дефекта, становятся боковые гармоники у зубцовых составляют*
спектра вибрации передачи	1

Диагностические признаки дефектов зубчатой механической передачи с подшипникам
качения приведены в табл. 5.2
Таблица 5.2

Частоты составляющих спектров вибрации и её огибающей для обнаружения и
идентификации дефектов зубчатой передачи с подшипниками качения

№  101	Вид дефекта	Спектр вибрации		Спектр огибающей	
		Основные	Дополнительные	Основные	Дополнительные
1	Бой ведущего вала (шестерни)	kf..,	^2* нет роста ВЧ	kf«.	kfz*U,. нет роста ВЧ
2	Бой ведомого вала (шестерни)	kf.z	* f«p2’ нет роста ВЧ	kf«2	kf_ ± f Z »p2 нет роста ВЧ
3	Дефекты ведущей шестерни	kf ltk>4 •рг	kfz±klf4>vkl>1- нет роста ВЧ	kfw,.k>4	к^±М*,,к,>1. нет роста ВЧ
4	Дефекты ведомой шестерни	k>4	нет роста ВЧ	kf»r k>4	kfx±k,f*J,k,>1, нет роста ВЧ
S	Дефекты зацепления	kf2	Herkf^.kf^, HeTkfz±k,fw,, HeTkfjtkJ^, нет роста ВЧ		Herkf*,, kf*j, нетк^±к/*,, нет kfz ± k,f*2, нет роста ВЧ
8	Дефекты муфты	kf.P1. kf»r k>4	HeTkfjtk,^,, нет kfz ± к,^, нет роста ВЧ	kfw,.kf^. k>4	HeTkf2±k,fwl, нет kf2 ± k,fwJ, нет роста ВЧ
7	Износ наружного кольца	f.	Рост ВЧ	f.	Рост ВЧ
8	Раковины на наруж- ном кольце	W.	РостВЧ	kf.	Рост ВЧ
«	Износ внутреннего кольца	kf..	РостВЧ	kfM-	РостВЧ
10	Раковины на внутреннем кольце	kf.	РостВЧ	kf.	РостВЧ
11	Дефекты тел качения и сепаратора	f или kf C	TW	РостВЧ	f nnwkf С	ТЖ	Рост ВЧ
12	Дефекты смазки подшипника	Рост ВЧ	Нет kf*. kfM, kft, kfe.kf„	f иликГ С	ТЖ	Herkf , kf,, kf,, kf.. kfn
13	Неидентифицирован- ные дефекты	Рост других гармонических составляющих			

примечание:	- частота вращения ведущего вала; - частота вращения ведомого вала;

частота вращения диагностируемого подшипника; (г - зубцовая частота; f, - частота
факатывания тел качения по наружному кольцу; fa - частота перекатывания тел качения по
Мрреннему кольцу; fc - частота вращения сепаратора; f„ - частота вращения тел качения;
|Ц - высокочастотные составляющие вибрации; к = 1, 2, 3,...; к, 3 1,2, 3.
Рис. 5.3. Спектры вибрации
и ёё огибающей зубчатой
передачи без дефектов (а)
и с дефектом шестерни (б).
По спектру огибающей ви-
брации дефект обнару-
живается задолго до того,
как вибрация вырастет до
порога опасного уровня
вибрации

1201 дБ

100

ВС

Порог опасного роси уровня вибрации



800, Гц
i'NO, 5.4. Спектр вибрации и
<• огибающей зубчатой
ИНдачи без дефектов
Общения (а) и с дефектом
4Црпления (б).

ко, дБ

Порог опасного роста уровня вибрации



Порог опасного роста уровня вибрации

ВОР, Гц

Ш обнаруживаемые дефекты зубчатой передачи с подшипниками качения также
щкио разбить на три группы, а именно, группу дефектов собственно подшипников,
ipynny дефектов зубчатых колес и группу дефектов вала с муфтой.

Йфуппу дефектов собственно подшипника качения входят износ и раковины на наружном
а|льце, износ и раковины на внутреннем кольце, дефекты тел качения и сепаратора,
дефекты смазки подшипника. Диагностика подшипника качения в составе механически
передачи обычно дает более достоверные результаты, чем диагностика подшипник
скольжения, и дефекты поверхностей качения могут обнаруживаться по однократны!
измерениям вибрации. Причина столь разных возможностей состоит в том, что основны!
диагностическим признаком дефектов подшипников считается появление в спектр!
огибающей вибрации определенных составляющих вибрации, рассмотренных в главам
и 4. Частоты составляющих, характеризующих дефекты подшипников качения, отличи
ются от частот составляющих, характеризующих дефекты зубчатых колес и муфты,I
передачах с подшипниками скольжения эти частоты принадлежат одному ряду гармони
частоты вращения и разделение дефектов основывается лишь на двух дополнительна
признаках, требующих формирования эталонных спектров. Это рост высокочастотна
случайной вибрации (сил трения) при дефектах подшипников и наличие близшЦ
диагностических признаков в нескольких подшипниках передачи при дефектах шестерй
(муфты)	1

Диагностические признаки дефектов подшипника качения были рассмотрены ранее, nfl
описании признаков из табл. 3.1. и 3.3.	1

Диагностические признаки дефектов шестерен и муфты одинаковы для зубчатых первдЯ
с подшипниками качения и скольжения. Они уже рассматривались в настоящей главе пЯ
описании признаков из табл. 5.1.	I

Диагностические признаки дефектов ременной (цепной) передачи с подшипника^
скольжения приведены в табл.5.3

Как и в зубчатой передаче, дефекты разбиты на три основные группы, а именно, дефей
подшипника, дефекты передачи и дефекты вала

Группа дефектов подшипника скольжения, а именно, износ, появление в нем ударо!
ухудшение параметров смазки, имеет общие для всех видов механических перед
диагностические признаки. Они подробно рассмотрены в параграфе 3.2 при onncaml
диагностических признаков дефектов подшипников скольжения машин, имеющих жест
связанные валы (единый вал).

В группу дефектов вала отнесены бой вала со шкивом или шестерней, а также дефеИ
муфты. Причем дефекты последней можно отличить от дефектов шкива (шестерн
только если в передаче используется цепь или зубчатый ремень. В этом случае дефеК
шкива (шестерни) приводят к появлению боковых гармоник у зубцовой составляю^
вибрации, а дефекты муфты не приводят к изменению параметров зубцовой вибрац!
Все остальные признаки дефектов этой группы совпадают с диагностическими признак!
дефектов вала и муфты в зубчатой передаче.
‘	Таблица 5.3

Частоты составляющих спектров вибрации и её огибающей для обнаружения и
Идентификации дефектов ременной (цепной) передачи с подшипниками скольжения

f* nh	Вид дефекта	Спектр вибрации		Спектр огибающей	
		Основные	Дополнительные	Основные	Дополнительные
1	Бой ведущего шкива (шестерни)	kf , opl	kf2± - нет роста ВЧ	Чи	нет роста ВЧ
8	Бой ведомого шкива (шестерни)	kf , р2	k^Z ± \р2’ нет роста ВЧ	kU	k^z * f»₽2' нет роста ВЧ
8	Дефекты ведущего шкива (шестерни)	к>4	kf,±k.f ,>>1, Z	1 «рГ 1  нет роста ВЧ	k>4	WzikAppK,»’. нет роста ВЧ
4	Дефекты ведомого шкива (шестерни)	Чрг к>4	мг*к,иЛ>1. нет роста ВЧ	kf k>4 вр2'	kf2±k,fw2.k,>1. нет роста ВЧ
8	Дефекты ремня (цепи)	kf , рЗ	kf, ± k,f _  Z	1 врЗ	kf i	kfz * ktflp3
•	Дефекты сцепления (зацепления)	Ч-ЛМ.руИ™ И ,±k,f ,	Расширение линий	w *k,t или kf„,±k.U3	Расширение) линий
	Износ наружного кольца		Рост ВЧ	kf^. k<7, подъём спектра на НЧо	Рост ВЧ
1	Удары в подшипнике	ки	Рост ВЧ	kf , k>7 p< 	Рост ВЧ
Т	Дефкты смазки подшипника	РостВЧ	Нет роста kf^	Рост ВЧ	Нет сильных: составляющих
	Неидентифицирован- ные дефекты	Рост других гармонических составляющих			

|Цймечание. (вр1 - частота вращения ведущего вала; - частота вращения ведомого вала;
частота вращения ремня (цепи); частота вращения диагностируемого подшипника;
ь (убцовая частота для цепной передачи и передачи с зубчатым ремнем; ВЧ - высокочастот-
ны! составляющие вибрации; НЧ0- низкочастотная часть спектра огибающей; к=1.2,3....; к,=1,
’ 3...

ровное различие в зубчатой и ременной (цепной) передачах имеется у дефектов
гр(ьей группы и их диагностических признаков, а именно, дефектов собственно передачи.
И мим относятся дефекты ведущего и ведомого шкивов (шестерен), а также дефекты
камня (цепи). Главное из этих отличий - появление дополнительных составляющих в
Петрах вибрации и ее огибающей, определяемых частотой вращения ремня, которая
шЮ частоты вращения и ведущего и ведомого валов. Эти составляющие появляются
п|М дефектах ремня и вызваны изменением силы давления на шкивы (шестерни) один
йЯИ несколько раз за оборот ремня, в те моменты, когда нагрузка передается через
ц|фектные участки ремня. В список диагностических признаков дефектов ремня (цепи)
иЗДят появление нового ряда составляющих в спектрах вибрации и ее огибающей и
Жаление боковых гармоник у зубцовых составляющих, если последние существуют.
Кроме того, при этих дефектах возможно появление амплитудной или частотной модуляци
составляющих вибрации ведущего или ведомого валов частотой вращения ремня (цепй
В обоих случаях появляются боковые гармоники вибрации, отличающиеся на частот
kfep3. соответственно у составляющих с частотами kfBp2 и (или) kfepr

Рис. 5.5. Спектры огибаю-
щей вибрации бездефек-
тной передачи (а) и пере-
дачи с частичным разры-
вом ремня (б).

но, дБ

90

70

В₽1

400, Гц J

В

но, дБ

90

70

*‘РЗ

вр3

400 п/

• 2,«РЗ

На рис. 5.5. приведены спектры огибающей вибрации подшипников скольжения ременнв
передачи с частичным разрывом ремня, иллюстрирующие случай появления амплитудн!
модуляции случайных составляющих вибрации частотой f&p3 Существенно отличаются
диагностические признаки дефектов шкива (шестерни) в ременных и зубчатых передач!
При подобных дефектах кроме ударных импульсов один раз за оборот дефектна
шкива (шестерни) на ременную передачу действует дополнительная (положительная ил
отрицательная) нагрузка, и появляются комбинационные составляющие как в спектй
вибрации, так и в спектре огибающей вибрации, на частотах kifepi*k2fep2

Эти составляющие также могут рассматриваться как дополнительные признаки пр
обнаружении и идентификации дефектов шкивов. На рис.5.6. приведен в качестве примак
спектр огибающей вибрации подшипника скольжения при дефекте (износе) ведомо
шкива.
5.6. Спектр огибающей

Йбрации бездефектной
Пфрдачи (а) и передачи с
i^Ocom ведомого шкива

диагностические признаки дефектов ременной (цепной) передачи с подшипниками
Цйения приведены в табл. 5.4.

Дефекты могут быть также разбиты на три основные группы: дефекты подшипника,
дефекты собственно передачи и дефекты вала.

Группа дефектов подшипника имеет те же диагностические признаки, что и в зубчатой
механической передаче (см. табл.5.1), и соответствующее описание этих признаков.

Группа дефектов вала - бой вала со шкивом (шестерней) и дефекты муфты имеет те же
признаки, что и в ременной (цепной) передаче с подшипниками скольжения (см. табл.5.3),
и соответствующее описание признаков.

Группа дефектов собственно передачи - дефекты ведущего и ведомого шкивов (шестерен)
и дефекты ремня (цепи) имеет те же признаки, что и в ременной (цепной) передаче с
подшипниками скольжения (см. табл.5.3), и соответствующее описание признаков.

Рассмотренные в данном параграфе диагностические признаки дефектов механических
передач рассчитаны на возможность обнаружения и идентификации дефектов как по
уМополосному спектру, так и по спектру огибающей вибрации подшипниковых узлов
передачи. Это означает, что у пользователя имеется возможность проводить диагностику
ид обоим видам спектров и повысить его достоверность при непротиворечивости
цШультатов диагноза.
Таблица II

Частоты составляющих спектров вибрации и её огибающей для обнаружения и
идентификации дефектов ременной (цепной) передачи с подшипниками качения

№	Вид	Спектр вибрации		Спектр огибающей	
П/П	дефекта	Основные	Дополнительные	Основные	Дополнительна
1	Бой ведущего шкива (шестерни)	kU<	нет роста ВЧ	kf , •pi	k^z± f»pi' J нет роста
2	Бой ведомого шкива (шестерни)	4.Z	kfz± U нет роста ВЧ	kf , р2	kf, ± f „ *1  2	"p2  нет роста ВЧ^
3	Дефекты ведущего шкива (шестерни)	kf k>4  •рГ	kfj*k,fw).k,>1. нет роста ВЧ	kf k>4  •Р<	kfz±k,,.p,k,»f  нет роста B4j
4	Дефекты ведомого шкива (шестерни)	kf^J,k>4	WztkApj.k?!. нет роста ВЧ	kU k>4	kfz * k,fip2.k,> нет роста В*
5	Дефекты ремня (цепи)	kU	k'z ± k,fWJ	kU	kf2 ± к Дар1
6	Дефекты сцепления (зацепления)		Расширение линий	kf^, t к/^.или kf^tk,^	Расширений линий
7	Износ наружного кольца	f H	Рост ВЧ	f  И	Рост ВЧ
8	Раковины на наруж- ном кольце	kf  M	Рост ВЧ	kf  M	Рост ВЧ '
9	Износ внутреннего кольца	kf p*	Рост ВЧ	kfw	РостВЧ
10	Раковины на внутреннем кольце	kf.	Рост ВЧ	kf.	РостВЧ ;
11	Дефекты тел качения и сепаратора	f или kf	РостВЧ	fc или kf„	Рост ВЧ J
12	Дефекты смазки подшипника	Рост ВЧ	Нет роста kfapl kf.kf.kf, kf и*  с' п	РостВЧ	HeTkf kf„,|  ЧХ ]
13	Нецдентифицирован- ные дефекты	Рост других гармонических составляющих	1			

Примечание f - частота вращения ведущего вала; - частота вращения ведомого В1
- частота вращения ремня (цепи); f - частота вращения диагностируемого подшипни
ft - зубцовая частота для цепной передачи и передачи с зубчатым ремнем; f, - часП
перекатывания тел качения по наружному кольцу; fa - частота перекатывания тел качении
внутреннему кольцу; fe - частота вращения сепаратора; („-частота вращения тел качения;
- высокочастотные составляющие вибрации; к“1.2. 3....; к,«1,2. 3.

Диагностические признаки дефектов выбраны таким образом, чтобы наиболее точим
результаты идентификации вида дефекта получались из данных диагностики по спектр!
огибающей, а результаты по определению глубин дефектов - из данных диагностики г
спектрам вибрации.	।

При анализе результатов диагноза следует также учитывать, что рост низкочастотн^
вибрации и соответствующих составляющих в механической передаче может быть выз^
дефектами двигателя и механизма, соединяемых посредством этой передачи, а тав|
вменением режима их работы или дефектами других машин, находящихся на вибрационно
данных с диагностируемой передачей фундаментах. В таких ситуациях предпочтение
дожно отдаваться результатам диагностики передачи по спектрам огибающей
фокочастотной вибрации.

*

«.ВЫБОР ПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ, РЕЖИМОВ РАБОТЫ
МБСАНИЧЕСКОЙ передачи и пороговыхзначений дефектов

|Цмодичность диагностических измерений определяется пользователем исходя из имею-
цЯйся у него информации о скоростях развития дефектов от момента обнаружения
:фбый дефект) до* предаварийного состояния.

<Жыт диагностики механических передач по алгоритмам, заложенным в программу,
взывает, что скорость развития дефектов в значительной степени зависит от
струкгивных особенностей передачи, наличия в ней дефектов изготовления и сборки,
/фаий эксплуатации, особенно от количества пусков и скачков нагрузки в межремонтный
>фюд. Но в большинстве случаев скорость развития дефектов подшипников передачи
•Йше скорости развития дефектов пальцев, муфт, шкивов, шестерен или цепи, поэтому
|||риодичность измерений должна определяться состоянием и скоростью развития
Лфектов подшипников Исключение может составлять лишь ременная передача, в
«Лорой ресурс ремня может быть меньше ресурса подшипников. В этом случае
'фюдичность измерений должна определяться ресурсом ремня.

омендуемым интервалом между измерениями может считаться интервал от одного
ЛТрёх месяцев, как это указано в главах 3 и 4. По аналогии с диагностикой подшипников
обнаружении дефектов муфт, шкивов, шестерен и зубчатых зацеплений, если они не
выси л и порога среднего дефекта, можно не изменять интервал между измерениями,
и этого не требует состояние подшипников. При средних дефектах таких узлов интервал
фду измерениями рекомендуется сократить в 2 раза, при сильных - ещё в 3 раза.

<ШМ0вной рекомендацией по выбору режима работы передачи при диагностике является
'^печение одной и той же скорости вращения во время каждого из периодических
ярений вибрации и одной и той же величины нагрузки. Значения частоты вращения во
«Як используемых для диагностики случаях должны укладываться в диапазон порядка
• 10% от ее средней величины. При этом стабильность частоты вращения во время
#Юго измерения должна быть не хуже 1 %, в противном случае линии в спектрах вибрации
ее огибающей "размываются" и достоверные результаты диагностики не могут быть
^ены. Величина нагрузки во всех случаях также должна выдерживаться с точностью
уже ♦ 20% от среднего значения.

ЛОбо следует остановиться на рекомендациях по выбору нагрузки на передачу во
НОмя диагностики. Лучше всего, если величина и направление нагрузки будут теми же.
которых происходит основной износ собственно передачи и ее подшипников, то есть
финальными. При других нагрузках могут изменяться направления действия нагрузки
ЛИОдшипники и смещаться контактные поверхности в зацеплениях, что может снизить
товарность диагноза и прогноза. Если же невозможно обеспечить номинальную
фуэку на передачу при диагностике, желательно, по крайней мере, сохранить
равнение действия нагрузки. В этом случае будет обеспечена минимальная
Нроятность "ложной тревоги" при сохранении минимальной вероятности пропуска
«Шных дефектов..

 дефекты, автоматически обнаруживаемые при обработке данных измерений в
Граммах. по глубине могут делиться на три группы: слабые (I). средние (М) и силь-
ные (S). Если выбранный метод обработки сигнала вибрации не позволяет обнаружит®
слабые дефекты, как это имеет место, например, при анализе узкополосных спектре!
вибрации, группа этих дефектов не рассматривается.

Все пороговые значения, используемые для обнаружения, идентификации вида и
определения глубины дефекта, задаются пользователем, однако в программе или I
инструкции по ее использованию приводятся рекомендуемые значения порогу
основанные на имеющихся у разработчиков статистических данных по диагностик
механических передач с последующей их визуальной дефектацией	Я

При диагностике передач по узкополосному спектру вибрации задаются два порогов*
значения для каждого из диагностических параметров, один из которых определя*
появление сильного дефекта, а другой - среднего. Пороговые значения отсчитываются
от среднего значения параметра (среднего уровня составляющей спектра вибраци*
определенного по всем предыдущим измерениям (не менее трёх). Из данных предыдущ*
измерений автоматически исключаются ошибочные, выпадающие за границ*
естественного разброса случайных величин (уровней составляющих, измеряемых*
децибелах виброускорения). Величина рекомендуемого порога сильного дефех*
составляет 20 дБ над средним уровнем соответствующей составляющей спектра Реш
мендуемое значение порога среднего дефекта едва раза меньше и составляет 10Д*
Сравнительный анализ различных алгоритмов диагностики машин по сигналу вибрац*
показывает, что рекомендуемые пороговые значения соответствуют общепринят™
значениям при диагностике по узкополосному спектру вибрации	1

Опыт диагностики различных машин и оборудования позволяет утверждать, ч*
предлагаемые пороговые значения при стабильном режиме работы минимизиру*
вероятность ошибочных решений, которая является суммой вероятностей пропу*
дефекта и ложного срабатывания. При диагностике многорежимных машин операт*
может установить более высокие пороги. Если машина непрерывно работает п*
относительно стабильных внешних условиях (температура, влажность и т.п ), а ее часто*
вращения и нагрузка не изменяются, значения порогов можно снизить. Это да*
возможность обнаруживать слабые дефекты на ранней стадии их развития, но требу*
принятия индивидуальных решений о продолжении эксплуатации машины, если программ*
обнаружены сильные дефекты. Дело в том, что к множеству машин с сильными дефекта*
в этом случае программа относит и те, в которых глубина дефекта еще не дошла*
аварийноопасных значений.	I

При диагностике механических передач по спектру огибающей вибрации задаётся!*
пороговых значения для каждого из видов дефектов, за исключением дефектов сма*
подшипников, для которых, как и в предыдущем случае, задаются пороги сильногм
среднего дефектов.	J

Пороги определяются в величинах (процентах) глубины модуляции для всех дефект*
кроме дефекта смазки, для которого они определяются в приращениях уровня высоком*
тотной вибрации, измеряемой в децибелах виброускорения. В процессе корректиро*
пороговых значений пользователь может применять любой из описанных в парагра*
2.3 алгоритмов их адаптации, различающихся по степени использования информации!
диагностируемых машинах или оборудовании.	I

Простейшим алгоритмом задания порогов для составляющих спектра огибающ*
является использование рекомендуемых в качестве начальных значений порогов сильн*
дефектов, представляющих для дефектов смазки 20 дБ. а для остальных видов дефект^
20% (по глубине модуляции). Пороги средних дефектов определяются автоматиче*
как среднее значение от суммы порогов сильного и слабого дефектов. Для дефект*
смазки порог слабого дефекта отсутствует, и величина порога среднего дефе*
составляет 10 дБ. Порог слабого дефекта по глубине модуляции всегда определяете
Еииатически и зависит от чувствительности анализирующей аппаратуры, используемой
выделения слабых гармонических составляющих на фоне случайных составляющих
тра огибающей.

Передачах с подшипниками качения величины рекомендуемых значений порогов сильных
ффектов определяются программой автоматически.

М' РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УТОЧНЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ

Основным режимом работы систем диагностики является автоматическая диагностика
цЙов роторных машин. При обнаружении дефектов в любом из узлов машины
Фльзователю иногда необходимо иметь сводную информацию о состоянии всех узлов
щиины для принятия решения о ее ремонте или техническом обслуживании. В этом
«чае необходимо вывести информацию о состоянии каждого из диагностируемых
доов и пользователь самостоятельно может составить окончательный документ о
Стоянии машины в целом.

составлении подобного документа для машин с механическими передачами
Пользователь, как правило, должен произвести более подробный совместный анализ
Двультатов мониторинга и диагностики по всем узлам машины. При этом он может
Явлкнуться с рядом типовых ситуаций, при которых следует внести коррективы в
(Ивультаты автоматической диагностики отдельных узлов машины, и, если это необходимо,
фоизвести уточнение конструктивных особенностей машины, режимов ее работы,
фвторить диагностические измерения.

CWkhm типовым ситуациям относятся следующие:

1.	Результаты мониторинга указывают на изменения вибрационного состояния, а
результаты диагностики не дают информации о дефектах ни в одном из узлов
машины. Причиной может быть изменение режима работы машины, атакже изменение
условий работы, например, включение других машин, установленных в одном
помещении с диагностируемой. Пользователю в этом случае рекомендуется
♦ определить частоту той составляющей вибрации, рост которой стал причиной
обнаруженных изменений, и по ней выявить, какие узлы машины могутбытъ источником
этой составляющей вибрации, а затем провести анализ результатов автоматической
диагностики этих узлов.

2.	Результаты мониторинга не указывают на изменение вибрационного состояния
машины, а результаты диагностики дают сильные дефекты отдельных узлов передачи.
К основным причинам появления такой ситуации можно отнести либо неправильно
выполненные измерения при диагностике передачи, либо наличие сильных изменений
в спектре огибающей вибрации без изменений низкочастотной вибрации машины,
свидетельствующих о начальной стадии развития дефекта. В этом случае можно
• рекомендовать пользователю повторить измерения и при совпадении результатов
не принимать решения о ремонте (замене) дефектного узла, а контролировать
• развитие дефекта в течение нескольких дней, до тех пор, пока данные мониторинга
также не укажут на изменение вибрационного состояния машины.

3.	Обнаружены изменения вибрационного состояния машины и дефекты в нескольких
подшипниковых узлах машины. Чаще всего причиной такого состояния машины
являются не дефекты двух и более подшипников, а дефекты узла, передающего
крутящий момент, или дефекты других узлов машины, при которых возникают
дополнительные динамические нагрузки на подшипники. Пользователю рекомен-
дуется в этом случае обратить внимание на результаты диагностики других узлом
машины поданным контроля вибрации вдругих точках измерения.

4.	Обнаружены неидентифицированные изменения вибрационного состояния
(неидентифицированные дефекты). Чаще всего причиной этого является влияния
дефектов других узлов машины на вибрацию диагностируемого узла. Пользователю
рекомендуется в этом случае провести анализ результатов диагностики других узлое
машины и просмотреть списки составляющих вибрации, по которым поставлена
диагнозы во всех точках контроля Если неидентифицированный дефект поставлен
по тем составляющим вибрации, по которым идентифицированы дефекты другого
узла, причиной изменения вибрации чаще всего и являются эти дефекты. Возможем
и другой случай, когда неидентифицированный дефект поставлен по тому же ряду
гармонических составляющих, по которому поставлен еще один вид дефекта. В этом
случае причиной могут быть особенности формирования вибрации узла конкретной
машины, при которых наибольший рост вибрации с появлением дефекта приходится
не на первые три гармоники вибрации, а на гармоники большей кратности, е
неидентифицированный дефект поставлен для того, чтобы обратить внимания
пользователя на высокую вероятность одновременного появления нескольким
дефектов в одном узле.

Кроме рекомендаций, указанных в настоящей главе, можно учитывать и общи*
рекомендации. изложенные в других главах

6. ДИАГНОСТИКА РЕДУКТОРОВ

6.1.	ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА ВИБРАЦИЮ РЕДУКТОРА

Основными узлами редуктора, испытывающими динамические нагрузки и подверженными
износу, являются шестерни, подшипники и соединительные муфты, связывающие редуктор
с другими машинами. Дефекты шестерен и зубчатых зацеплений приводят к появлению
вынуждающих сил различной природы. Это могут быть и кинематические силы из-з!
отклонений формы зубцов от расчетной в зоне механического контакта, и ударны*
воздействия, определяемые изменением зазоров в зоне зубчатого зацепления, <
параметрические силы из-за изменения жесткости зубьев в зоне зацепления, и, наконе(к
силы трения между контактирующими поверхностями. Природа появления вынуждающий
сил в подшипниках и соединительных муфтах может быть такой же, как и в зубчатым
зацеплениях. Она подробно описана в главах, посвященных диагностике подшипников
качения и скольжения, а также механических передач.

Практически все основные виды дефектов шестерен и зубчатых зацеплений, влияющие
на их ресурс, приводят к изменению колебательных сил, действующих в зацеплении,Й
динамических нагрузок на шестерни и их подшипники. Это означает, что такие дефект
могут быть обнаружены по вибрации редукторов.	1

В список дефектов шестерен и зубчатых зацеплений, возникающих при сборке редуктору
его монтаже и эксплуатации входят:

•	бой шестерни;

•	износ зубьев шестерни;

•	трещины и сколы на зубьях, отсутствие отдельных зубьев;

•	смещение точек контакта зубьев;

•	дефекты смазки трущихся поверхностей.
Второй и третий дефекты, как правило, совпадают по виду влияния на вибрацию, а
|Взлич ия определяются лишь глубиной этого влияния. Именно поэтому такие два вида
Дефектов часто объединяются в одну группу.

Поскольку в состав редуктора входят, по крайней мере, две шестерни, первые три
Дефекта могут возникать на любой из шестерен и возбуждать вибрацию нз разных
Частотах. Частоты возбуждаемой вибрации зависят и оттого, неподвижна ли ось вращения
шестерни относительно корпуса редуктора или она перемещается в пространстве, как
ITO имеет место в сателлитах планетарного редуктора.

Цю. 6.1. Схема двухступен-
чатого редуктора

Не рис.6 1 приведена простейшая схема двухступенчатого редуктора, в котором оси
Шестерен неподвижны, и на каждой оси установлены либо одна, либо две шестерни.
Частоты вращения осей определяются следующими выражениями:

f.p2=f.pr(Zi/Z2i);f.p3=f.p2*(Z»/Z3)=f.p/(ZiZ23/Z2iZ3),	(6.1)

(^-частоты вращения первой, второй и третьей осей редуктора соответственно;

-число зубьев на шестернях первой и третьей осей редуктора; z^- число зубьев на
щастерне второй оси редуктора, находящейся в зацеплении с шестерней первой оси;
«Ослозубьев на шестерне второй оси редуктора, находящейся в зацеплении с шестерней
Съейоси.

определения частот вынуждающих сил и вибрации шестерни необходимо определить
Мца зубцовые частоты. В приведенном на рис.6.1 редукторе их две, по числу ступеней:

fzi=f.piZ,=f.p2Z2i;fz2=f.p2Z23=f.p3Z3=f.pr(ZiZ23/Z2i), (6.2)

f|af - зубцовая частота первой ступени редуктора;	зубцовая частота второй ступени

МЛуктора.

гш аналогии со схемой, приведенной на рис.6.1, составляется схема для редуктора с
Й0бым числом ступеней. Если любая из промежуточных ступеней редуктора изменяет
флько направление вращения и на ее i-й оси установлена только одна шестерня, в
(Щражениях (6.1) и (6.2) для этой оси и Z,., считаются одинаковыми и равными числу ее
Лев.

«программах обычно максимальным по числу ступеней может диагностироваться
<гырехступенчатый редуктор. При диагностике редуктора с меньшим числом ступеней
Цататочно не вносить в схему данные тех ступеней, которых нет в диагностируемом
Рис. 6.2. Схема планетар-
ного редуктора с неподвиж-
ной короной.

Корона

редукторе При диагностике редуктора с числом ступеней больше четырех его можф
разбить на две функционально независимые части.

На рис.6 2 приведена простейшая схема планетарного редуктора с тремя сателлитам!
имеющими по одной шестерне. Этот редуктор по своим свойствам напоминает подшилм
качения.	I

Частота вращения осей сателлитов (выходного вала) такого редуктора, по аналогий^
частотой вращения сепаратора, определяется выражением	g

U=0 5*(f.₽i*(Zi/(Z,*Z2).

где f^, - частота вращения входного вала редуктора; частота вращения выходи!
вала; z, - число зубцов ведущей шестерни; z2-число зубцов сателлита.

Частота вращения сателлита вокруг своей оси (врс. по аналогии с частотой вращения 1
качения в подшипнике, определяется выражением:

1_ Z, Z, + 2Z,

2 Z3

2

Зубцовая частота в таком виде планетарного редуктора равна

9 -t *7	7

(6.

(6

(в.

Редуктор, представленный на рис.6.2, имеет неподвижную корону, возможна и др
конструкция простейшего планетарного редуктора, в которой корона вращается, а
вижными являются оси сателлитов (рис.6.3). В этом случае частота вращения выход
вала (короны) равна:

f.p2=f.pi-(Z2/Z3).

Соответственно зубцовая частота редуктора равна:
fz“f«p1 Zi — fppj Z3.

Поскольку оси вращения всех сателлитов и короны в таком редукторе неподвижны,
можно представить в виде, приведенном на рис.6.1. Поэтому подобный вид планетар
редуктора не рассматривается. Диагностика планетарного редуктора мо
осуществляться по схеме рис.6.2, но с сателлитами, имеющими две шестерни на од
оси. В таком редукторе (рис.6.4), существует две зубцовые частоты:

= ^»pe*Zji ;fz2 = fip2*Zj.	(

где Z?i * число зубьев шестерни сателлита, контактирующей с ведущим колесом; Z3- ч
зубьев короны
•ЧИЗ. Схема планетарного
Доктора с вращающейся
домой.

I

корона z3

корона

Ш6.4. Схема планетарного
(Доктора с неподвижной
Доной, сателлиты имеют
пвдое шестерни.

ИЩИ в диагностируемом редукторе используются сателлиты с одним зубчатым колесом,
я Программу не вносится Z23 и Z3

Щювной особенностью влияния дефектов шестерён и зацеплений на вибрацию является
iff факт, что это влияние сказывается практически на всех узлах редуктора. Поскольку
минимальные значения частоты вращения зубчатых колес и максимальные значения
1||црвых частот могут различаться на несколько порядков, появляются проблемы,
ДОЭанные с ограниченным числом частотных полос анализатора спектра (400,800 или
1ф0), которых не хватает для диагностических измерений во всем диапазоне частот
вставляющих вибрации, определяемых дефектами шестерён редуктора. Возникает
фрбходимость в некоторых точках измерять вибрацию в двух разных полосах частот и
ГПасовывать результаты диагностики, полученные поданным измерений в каждой из

><

Идияние дефектов шестерён редукторов на их вибрацию необходимо рассматривать
|ДОельно для редукторов с неподвижными в пространстве осями шестерён и с
((Истериями, оси которых перемещаются в пространстве (планетарные редукторы). В
И0ВОЙ части параграфа рассматриваются редукторы первого вида.

«.Особенностью функционирования любого зубчатого зацепления является действие на
ДО постоянной нагрузки, передаваемой через редуктор, и динамической нагрузки при
езде и выходе из зацепления каждого зуба шестерни. Эту динамическую нагрузку можно
насматривать. как удар. Частота ударов равна зубцовой частоте, а амплитуда и форма
иНЦДОго удара могут различаться. Это различие растет по мере износа зубьев, появления
к них трещин и, тем более, при отсутствии каких-либо частей зуба. Если, например,
доичина и форма ударов для всех, кроме одного зуба, одинаковы, то это эквивалентно
появлению один раз за оборот шестерни дополнительного удара, чаще "отрицательно^
и тогда, кроме ряда гармоник вибрации зубцовой частоты, появляется ряд гармони!
вибрации на частотах, кратных частоте вращения шестерни.

Итак, при появлении дефектов изменяется форма либо всех, либо части ударны!
импульсов, возникающих при входе зубьев в зацепление. Одной из основных причин
ударов является динамическая нагрузка на шестерню при входе зубьев в зацеплении
Если только эта нагрузка сравнима по величине со статической нагрузкой, она влияет!
на силы трения в подшипнике рассматриваемой шестерни. Следовательно, кромф
изменений в спектре вибрации редуктора, при появлении дефектов шестерни возможна
изменения и в спектре огибающей случайной вибрации подшипников этой шестерни.
Теперь рассмотрим, как может влиять на вибрацию редуктора и её огибающую каждый
из указанных видов дефектов, возникающих при монтаже или эксплуатации редуктор!
Ниже не рассматривается влияние дефектов изготовления шестерен на вибрацию, ти
как это влияние несущественно изменяется в процессе эксплуатации и не да|1
дополнительной диагностической информации Поэтому анализ различных "фантомный
составляющих вибрации редуктора пользователь может проводить самостоятельно *
Бой вала (шестерни) - первый из рассматриваемых дефектов Под этим дефекте!

понимается неправильная посадка шестерни на вал или непараллельность тестеры)
входящих в зацепление, из-за которой площадь контакта зубьев зависит от угла
поворота шестерни с рассматриваемым дефектом. Среди основных причин
появления этого дефекта при монтаже можно отметить несоответствие диаметр#
посадочного отверстия шестерни и диаметра вала, приводящее либо к смещении
осей шестерни и вала, либо к перекосу шестерни. Кроме того, в процессе эксплуатацц
при появлении перегрузок редуктора может произойти деформация вала. ДеисЩ
боя вала на вибрацию заключается в плавном изменении величины ударнИ
импульсов при входе зубьев в зацепление с частотой вращения дефектной шестери!
В результате вибрация на зубцовой частоте приобретает амплитудную модуляции
и в ее спектре у составляющей зубцовой частоты появляются боковы!
составляющие, отстоящие на частоту вращения шестерни. Боковые составляющий
отстоящие на двойную частоту вращения, оказываются значительно меньше, ф
это показано на рис.6.5	*

Если имеет место сильная деформация вала, и при определенном угле поворЛ
шестерни зубья, входя в зацепление, резко увеличивают радиальную нагрузку*®
оси обеих шестерен, тогда растут силы трения в подшипниках и в спектре огибаюий
высокочастотной вибрации двух шестерен появляются составляющие с часто^|
вращения дефектной шестерни.

Дефекты шестерни - под этими дефектами понимаются неоднородный износ зубь!
трещины и сколы на них, отсутствие отдельных зубьев. При неоднородном изивВ
возникают зоны шестерни с повышенным износом. В результате, при попадай!
зубьев этой зоны в зацепление, удары при входе каждого зуба будут различны!
их величина резко возрастает или падает по сравнению с ударами при вхоД
зацепление зубьев без износа Приблизительно такая же ситуация возникав!
тогда, когда в зубе есть трещина или зуб отсутствует. Таким образом, зубцо®
вибрация приобретает амплитудную модуляцию с периодом, определяем!
частотой вращения дефектной шестерни, но уже не плавную, как при бое шестеро
а скачкообразную, и в спектре вибрации у зубцовых гармоник появляется больй!
группа боковых составляющих, отстоящих от центральной на kfep (рис.6.6).	!
AlC.6.5. Спектры вибрации
Шшипника редуктора и ёё
ЯМбающей при бое вала
(шестерни): а - бездефек-
ГЯНЙ редуктор; б - редуктор
10оем ведущей шестерни.

800, Гц

«СЮ, Гц

При износе зубьев или трещине в одном из них с этим же периодом скачкообразно
изменяется нагрузка на подшипники. Поэтому в спектре огибающей высокочастотной
вибрации подшипников появится группа составляющих с частотами, кратными
частоте вращения дефектной шестерни.

1||фекты зацепления имеют общий признак - смещение точек контакта зубьев
и относительно расчетной. Причиной этого является, например, сдвиг шестерен друг
относительно друга вдоль осей вращения, в плоскости вращения шестерен или под
углом. Наиболее часто эти виды дефекта появляются при сборке редуктора, но
. могут появиться и во время эксплуатации, чаще всего из*за износа подшипников,
вследствие чего оси шестерен смещаются. В результате этого зона контакта отли-
Рис.6.6. Спектры вибрации
подшипника редуктора и ёё
огибающей при отсутствии
зуба, а - бездефектный
редуктор, б - редуктор с
отсутствующим зубом.

120,дБ

IOO

во

Порог опасного роста уровня виорацв|

BOO, Гц

40, дБ

I

30

400,Гц

1зо, дБ

2Г

Порог олвсного росте уровня вибрацимг ।

110

90

ЗкИвр

900, Г<^

90, дБ

?0

,Zt,8P 2

2fztfep

400,

а

б

чается от расчетной, и динамические силы, действующие на зубья, растут. И
следствие, растет уровень зубцовых гармоник вибрации, но при этом не pad
боковые составляющие с частотой вращения любой из шестерен, как это показ!
на рис.6.7 На спектре огибающей вибрации подшипников такой дефект может

проявиться.

Дефекты смазки - Последняя группа рассматриваемых дефектов приводит
нарушениям условий смазки зубьев в эоне зацепления. Такая группа дефекто1|
своему воздействию на вибрацию редуктора слабо отличается от предыдущей
следовательно, сопровождается ростом зубцовых гармоник вибрации. Иногда!
две группы дефектов удается различить по соотношению амплитуд первых та
* гармоник зубцовой вибрации. При дефектах смазки вторая и третья гармоники
ь растут обычно значительно медленнее, чем первая, и, если отсутствуют резонансы
* на этих гармониках, они слабо выделяются на фоне других составляющих вибрации
• редуктора.

Помти таким же образом влияют на вибрацию дефекты шестерён планетарного
йдуктора, но частоты составляющих вибрации или ее огибающей могут быть другими.

Яве. 6.7. Спектры вибрации
подшипника редуктора и ёё
Огибающей при дефекте
Йцепления: а * безде-
фектный редуктор; б - ре-
Ifrrop с дефектом зацеп-
Йния шестерён.

140, дБ

120

1ОО

40, дБ

а

Порог опасного роси уровня вибрации



ООО, Гц

20

400,Гц

Порог опасного роста уровня вибраци*

140, дБ

120

1ОО

ВОР, Гц

40, дБ

20



б

400,Гц
Бой шестерни приводит к плавному изменению нагрузки на другие шестерни и к плавно^
изменению площади контакта зубьев, тек плавной модуляции зубцовых гармонй
вибрации. Так. бой ведущей шестерни приводит к росту вибрации редуктора н|
частоте ее вращения и модуляции зубцовой гармоники, определяемой зацеплении
зубьев сателлитов и короны, разностной частотой С частотой Gp, может
изменяться нагрузка на подшипники ведущей шестерни, и в спектре огибающИ
вибрации подшипников может расти составляющая с частотой вращения ведущЫ
шестерни Что касается нагрузки на сателлиты, то она меняется с разностнев
частотой поэтому возможна модуляция зубцовой вибрации разностное
частотой	*

Бой сателлита приводит к изменению нагрузки на зубья с частотой вращения сателлите
и зубцовые гармоники вибрации могут быть модулированы этой частотой Кроме
того, с этой же частотой может изменяться нагрузка на подшипники как входной, тя
и выходной шестерен, и в спектре огибающей их вибрации появляется составляющее
с частотой вращения сателлита

Бой выходного вала определяется, в основном, различием, которое возникает е
диаметрах сателлитов либо при их изготовлении либо из-за разного износа Обычне
бой выходного вала приводит только к изменению нагрузки на его подшипники,!
спектре огибающей вибрации которых появляется составляющая с частотой

Дефекты шестерни, а именно, износ или другие дефекты зубьев отличаются отбои
только формой нагрузок, которая перестает быть плавной. В результате, кроме
гармоник вибрации или ее огибающей с частотой вращения соответствующе!
шестерни, появляется большое число кратных ей гармоник Соответственно зубцов
вые составляющие вибрации имеют не одну пару боковых составляющих. |
несколько, с кратными частотами

Дефекты зацепления, определяемые смещением шестерен в зацеплении 1
последующим изменением зоны контакта зубьев, приводят к росту зубцовы
составляющих вибрации редуктора и их гармоник

Дефекты смазки, а именно, низкое качество смазки в зоне зацепления, в отличие 01
смещения шестерен, преоде всего увеличивает уровень первой гармоники зубце
вой вибрации Более высокие гармоники растут, как правило, с меньшей скорость^
чем первая.

Последние два дефекта могут не приводить к появлению динамических нагрузок и(
подшипники, и в спектре огибающей случайной вибрации подшипников может не быц
зубцовых гармоник.

Выполненный анализ влияния дефектов шестерён и зацеплений на вибрацию показывает
что обнаружить эти дефекты можно по росту уровней соответствующих составляющи
спектра вибрации редуктора. Большинство из дефектов можно обнаружить и по появлении
амплитудной модуляции случайной вибрации подшипников, а в планетарных редуктор^
и случайной вибрации корпуса (короны) редуктора. Следует отметить, что огранич!
ваться измерениями спектров низкочастотной и среднечастотной вибрации редукторе!
и их подшипников при обнаружении дефектов невозможно, так как в любой точке контрой
на вибрацию оказывают влияние дефекты всех шестерён и подшипников редуктора, чт
затрудняет их идентификацию. В то же время на параметры модуляции случайной вибраци
каждого подшипника оказывают влияние только его дефекты и дефекты двух-тре
ближайших к этой точке шестерён
СВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ
ф*ИЗНАКОВ

Анемические силы, возникающие в редукторах при наличии дефектов, передаются на
•Рпус. в основном, через подшипники шестерён. Поэтому подшипники являются теми
Драми редуктора, вибрация которых изменяется при дефектах шестерен, валов, соеди-
нительных муфт и собственно подшипников. Таким образом, точки контроля вибрации
Эдуктора рекомендуется выбирать на корпусе подшипниковых узлов по одной на каж-
узле Кроме того, у планетарных редукторов рекомендуется одну точку выбрать на
Мрпусе короны.

Йсьма важным является выбор направления измерения вибрации. В одноступенчатых
»укторах рекомендуется вибрацию измерять в радиальном к осям вращения шесте-
направлении и в плоскости, проходящей через эти оси. Проблемы в выборе направ-
ления возникают в многоступенчатых редукторах, в которых оси шестерен могут не
^ходиться в одной плоскости, и в угловых редукторах, в которых оси шестерен находят-
вй под углом друг к другу. В этом случае рекомендуется минимизировать углы между
^Правлениями измерений и передачи статической нагрузки.

t качестве примера на рис.6 8 показаны предпочтительные направления измерения
Шбрации в многоступенчатых редукторах

0ВС.6.8 Предпочтительные
Исправления измерения
Мбрации.

Следует отметить, что при диагностике редукторов по спектру огибающей вибрации их
Подшипников основные признаки дефектов определяются параметрами высокочастот-
ной вибрации подшипника, а для их определения выбор направления измерения вибра-
1ЙМ1 не очень важен. Гораздо более важным является выбор точки установки датчика
КМбрации, до которой высокочастотная вибрация подшипника должна доходить с мини-
мальными потерями, как это показано в параграфах 3.2 и 4 2
фи диагностике редукторов по спектрам низкочастотной вибрации направления измерений
Йедует выбирать перпендикулярно оси вращения и встречно к направлению нагрузки,
(ще одна рекомендация по выбору точек измерения вибрации редуктора относится к
Выбору реперных точек, по которым осуществляется мониторинг его состояния. По-
скольку при некоторых дефектах шестерен может возникать их вибрация в осевом
Исправлении, но она не используется при глубокой диагностике узлов редуктора, реко-
МОндуется хотя бы одну из реперных точек выбирать таким образом, чтобы направление
измерения позволяло обнаружить рост уровней осевой вибрации любой из шестерен
редуктора.

При выборе точек контроля вибрации особое внимание следует уделить анализу
высокочастотной части спектра вибрации в каждой из точек, и нельзя допускать ошибок
при выборе полосы частот, используемой для выделения огибающей случайной вибр|»
ции.

Для того чтобы не искажать результаты диагностики по спектру огибающей, полоф
частот фильтра детектора огибающей рекомендуется выбирать в диапазоне выше пш
той гармоники, максимальной из зубцовых частот редуктора. Но на столь высоких част®
тах случайная вибрация подшипника может быть настолько слабой, что окажется ниж
собственных шумов измерительной аппаратуры. Поэтому необходимо выбирать точа
измерения вибрации таким образом, чтобы сигнал в полосе фильтра не имел явнм(
гармонических составляющих, был выше фона аппаратуры и в процентном отношенф
его уровень был не менее 1 % от уровня максимальной составляющей спектра вибращ®
редуктора Подробнее этот вопрос уже рассматривался в главе 4. посвящённЛ
диагностике подшипников качения.	X

Рассмотрим список дефектов, которые можно обнаружить по вибрации подшипниковое
узлов редуктора. Первая группа дефектов относится к дефектам шестерен, те. их зуб<
ев, валов и зубчатых зацеплений. Она включает в себя следующие дефекты:

	бой вала (шестерни),

	дефекты зубьев большой шестерни;

•	дефекты зубьев малой шестерни.	<

•	дефекты зацепления большой шестерни,	<4

•	дефекты зацепления малой шестерни,

•	дефекты шестерен и зацеплений на других осях редуктора.

Вторая группа дефектов относится к подшипникам скольжения, если они установлены
диагностируемой оси редуктора. Она включаете себя следующие дефекты:

•	износ подшипника;

•	удары в подшипнике;

•	дефекты смазки.	<

Третья группа дефектов связана с подшипниками качения, если они установлены и!
диагностируемой оси редуктора Она включает в себя следующие дефекты:	у

•	износ наружного (неподвижного) кольца,	*

	раковины, трещины на наружном кольце,	г

	износ внутреннего (вращающегося) кольца:

•	раковины, трещины на внутреннем кольце.

•	дефекты тел качения и сепаратора;	i

•	дефекты смазки.

Как видно, последние два списка гораздо меньше, чем списки дефектов подшипников ТВ
машин, где отсутствуют зубчатые передачи. Это вызвано тем. что остальные дефекм
не всегда могут быть разделены по диагностическим признакам с перечисленный
дефектами шестерен, поэтому они объединены с другими видами дефектов в общо
группы. Однако все из рассмотренных в главах 3 и 4 дефекты подшипников не мог/9
быть пропущены при диагностике редукторов, а следовательно, вероятность пропуск
дефектов подшипников в редукторах такая же низкая, как и в подшипниках других тип®
машин.

Четвертая группа дефектов связана с соединительной муфтой, если она есть на диагиЦ
стируемой оси редуктора. Все дефекты муфты, рассмотренные в главе 5, объединяю*
ф одну группу, называемую дефектом муфты. Эти дефекты входят в список обнару-
фаемых только для тех осей редуктора, на которых они установлены.

»1ЦЖе рассматриваются основные и дополнительные признаки, которые используются
Программах для обнаружения и идентификации перечисленных дефектов редукто*
ikM с неподвижными в пространстве осями шестерен. Диагностические признаки
Щфектов планетарных редукторов рассматриваются отдельно.

*0Й вала (шестерни) проще всего обнаруживается по спектру огибающей вибрации
щдшипников. в котором появляются гармонические составляющие с частотами fop
•ПИ kfip диагностируемого вала (шестерни). Дополнительным признаком этого дефек-
I, который используется для его обнаружения по спектру вибрации и для определе-
ния величины дефекта, является рост вибрации редуктора на боковых частотах kf/f^.
где - частота вращения дефектной шестерни)

|]Йфекты зубьев шестерен наиболее надежно обнаруживаются по ударным нагрузкам
>11 оси двух шестерен, входящих в зацепление Частота этих ударных нагрузок равна
«стоте вращения дефектной шестерни. Если эти шестерни вращаются в подшипни-
качения, толщина смазочного слоя в которых мала, ударные нагрузки приводят к
Явлению модуляции сил трения в подшипниках обеих осей редуктора с частотой
ЩЬщения дефектной шестерни и. следовательно, к появлению ряда гармоник в спек-
SI огибающей вибрации подшипника. Число этих гармоник должно быть большим.

йчем гармоники высокой кратности к > 4 не должны быть значительно слабее
•фмоник малой кратности к < 4. Разобраться в том, какая из двух шестерен диагно-
Я^руемой оси имеет максимальный дефект зубьев, можно двумя путями. Первый
включается в контроле появления ударных нагрузок на соседние оси редуктора.
(ЙНовна в появлении ударных нагрузок та шестерня, которая входит в зацепление со
|фрой осью, испытывающей динамические нагрузки с частотой вращения диагности-
ДОЙМой оси. Второй состоит в анализе зубцовых гармоник вибрации, у которых при
дефекте зубьев шестерни, входящей в зацепление, появляется большая группа боко-
ШХ составляющих с частотами, отличающимися от зубцовой на kf^.

Ноблемы в идентификации дефектов зубьев шестерен могут возникнуть в двух
4фчаях. Первый - использование в редукторах подшипников скольжения с большой
Пущиной смазочного слоя, когда нагрузки на подшипник слабо изменяют силы трения
4(пабо модулируют случайную вибрацию подшипника. Основным путем идентифика-
ДО вида дефекта и определения его степени развития является анализ боковых
вставляющих зубцовой вибрации. Второй случай - наличие на диагностируемой оси
дуктора соединительной муфты, особенно зубчатой. Дефекты этой муфты также
|ИЙодят к появлению ударных нагрузок на подшипники и росту низкочастотной виб-
одЙМИ на частотах kf^, но зато они практически не изменяют зубцовые гармоники
цбрации и ее боковые составляющие.

Фрис.6.9 приведены спектры вибрации и огибающей её высокочастотных составляю-
щих для одного и того же подшипника скольжения одинаковых типов редукторов с
Щ|Оггернями и муфтой без дефектов, с шестерней, имеющей дефект зубьев, и с
ф^той, имеющей дефект. Эти спектры иллюстрируют изменения, используемые в
фйстве основных и дополнительных признаков дефектов зубьев шестерни и дефек-
ф соединительной муфты.

факты зацепления шестерен обнаруживаются по росту зубцовых составляющих с
Арностью к=1,2,3... в спектре вибрации. Дополнительным признаком является появ-
Ярие зубцовых составляющих в спектре огибающей высокочастотной вибрации под-
шипника. которые, однако, появляются не во всех случаях, когда имеет место дефект
|Щрпления. Основное отличие диагностических признаков дефекта зацепления от
дефектов зубьев шестерен заключается в отсутствии в первом случае заметного рост!
вибрации на гармониках частоты вращения шестерни и заметных боковых гармонику
зубцовых составляющих вибрации.

Рис. 6.9. Спектры вибрации и
огибающей ёё высоко-
частотных составляющих
подшипникового узла ре-
дуктора а.б - бездефек-тный
редуктор: в.г - редуктор с
дефектом шестерни на первой
оси; д.е - редуктор с дефектом
зубчатой муфты на первой
оси.
фсьма частым случаем является одновременное появление признаков дефектов зуб*
фтого зацепления и подшипника. Это хорошо соответствует и наиболее часто встреча*
ЮШемуся дефекту * износу подшипника, в результате которого ось вращения шестерен
вмещается и, как следствие, смещаются точки контакта зубьев в зацеплении.

Опедует также отметить, что в программах под дефектом смазки понимается дефект
вмазки того подшипника, на корпусе которого производится измерение вибрации, а не
Цфекты смазки зубчатого зацепления. Последние входят в одну группу с другими дефек*
Щми зацепления.

Наконец, диагностические признаки дефектов подшипников качения и скольжения редук*
Яра аналогичны диагностическим признакам тех же дефектов в других видах машин без
|}бчатых передач и узлов возвратно * поступательного действия. Эти диагностические
Признаки уже были рассмотрены в главах 4 и 5.

Поскольку по результатам измерения спектров вибрации и ее огибающей в одной точке
ф корпусе подшипникового узла необходимо ставить диагноз состояния трех частей
Юдуктора, а именно вала с шестернями, подшипника и соединительной муфты, если
Последняя расположена на оси диагностируемого вала, необходимо определить свод-
имо диагностические признаки дефектов всех узлов в спектрах вибрации и её огибаю-
^цй. Эти признаки для редукторов с подшипниками скольжения сведены в табл. 6.1. а для
МДукторов с подшипниками качения * в табл. 6.2. В таблицах приведены только частоты
ММ составляющих спектров, которые появляются (растут) при появлении (росте) рас*
смотренных дефектов. Величина прироста уровней связана с глубиной дефекта и зада-
стся в виде пороговых значений сильных и средних дефектов. Эти значения устанавли-
Ивт сам пользователь, опираясь на изложенные ранее рекомендации и свой опыт
1ИВГНОСТИКИ.

Диагностические признаки дефектов планетарных редукторов значительно
уличаются от признаков, приведенных в табл. 6.1. и 6.2, и представлены в табл. 6.3 и 6.4.
Особенности выбора диагностических признаков изложены ниже.

Пфэвым из группы рассматриваемых дефектов планетарных редукторов с неподвижной
Фроной является бой ведущего и ведомого валов. Его основной признак - рост
вставляющей вибрации или ее огибающей на частоте вращения соответствующего
Ила. Дополнительный признак - плавная модуляция зубцовых гармоник вибрации. Но
МСДулирующая частота для боя ведущего вала отличается от частоты его вращения и
||Вна разности частот ведущего и ведомого валов f^>, - f^>2.

впедующими являются дефекты ведущей шестерни. Основной признак дефектов по
Млогии с подшипником качения * появление ударов с частотой перекатывания сател-
ПЙТОв по ведущей шестерне, то есть с частотой - f^a Составляющие высокочастотной
Мрации как подшипников ведущего вала, так и короны могут быть модулированы по
Мшлитуде этой частотой. В то же время дополнительный признак дефекта * появление
Модуляции зубцовых гармоник этой же частотой.

ффтностический признак дефектов шестерен сателлитов * удары дефектных зубьев
|фдедовательно о зубья ведущей шестерни и короны. В спектре вибрации и ее огибающей
(И этом возникает ряд гармоник с частотами (где - частота вращения сателлита).
Ьолнительным признаком является модуляция зубцовых составляющих вибрации
«тотой вращения сателлита, т е. появление в спектре вибрации и ее огибающей зубцовых
гармоник с боковыми составляющими, отличающимися на kf^.
Таблица 6.1

Частоты составляющих спектров вибрации и её огибающей для обнаружения и
идентификации дефектов редукторов с неподвижными осями вращения зубчатых
колес в подшипниках скольжения

№ п/п	Вид дефекта	Спектр вибрации		Спектр огибающей J	
		Основные	Дополнительные	Основные	Дополнительны!
1	Бой вала (муфты)	kf , •pi	к,г. **.,.• k,z.- нет роста ВЧ	kf , •pi	^zi * f>pv kf^i fH|/ нет роста ВЧ J
2	Дефект большой шестерни	kf k>4 •р’	kf.. ±k,f ..k>1, Zt	1 вр! 1  нет роста ВЧ	kf ,,k>4 •pi*	Ч, ±k,f,p,.k,>1( нет роста ВЧ
3	Дефект малой шестерни	kf k>4 »₽•	42*k,fw„k>i. нет роста ВЧ	kf ,.k>4 •рГ	kfz.i*k,fepl.k,>1„ нет роста ВЧ ч
4	Дефект зацепления большой шестерни	Ч,	Нет роста kf^,. неткС ±k.f нет роста ВЧ	Ч,	HeTkf ,, 1 pi V KeTkfz,±k,fJ нет роста ВЧ J
5	Дефект зацепления малой шестерни	kfZ2	Нет роста kfB г HerkfB±k,f* нет роста ВЧ	42	НетЧР,. 1 HeTkfa±k,f Л нет роста ВЧ4
6	Дефекты на другой оси	4PJ.  ч,.ч		Нет роста ВЧ	Ч,- kfI4....	Нет роста ВЧ J
7	Износ подшипника	kf , •pi	Рост ВЧ	k».pr k>7 подъём спек- тра на НЧо	Рост ВЧ 1
8	Удары в подшипнике	kf , •pi	Рост ВЧ	kfwl. k>7	Рост ВЧ 1
9	Дефекты смазки подшипника	Рост ВЧ	Нет роста kfBp1	Рост ВЧ	Нет линий в J спектре
10	Неидентифицирован- ные дефекты	Рост других гармонических составляющих 	 1			

Примечание. fBP, - частота вращения диагностируемой оси редуктора; ... - часто
вращения других осей редуктора; f(, - зубцовая частота большой шестерни; - зубцов
частота малой шестерни; fj3, f(4,... - другие зубцовые частоты редуктора; ВЧ - высокочастотна
составляющие; НЧ0 - низкочастотные составляющие спектра огибающей; к=1,2.3,...; к,=14
3...

Диагностический признак дефектов зубьев короны - удары зубьев сателлитов од ефектн
участки зубцов короны с частотой nf,p2. (где п - число сателлитов). Появление ря
гармоник с частотами knf.p2 в спектре вибрации и ее огибающей является основу
признаком дефекта. Дополнительный признак - появление ряда боковых гармоний^
зубцовых составляющих, отличающихся от них на частоты knf.p2

Диагностический признак дефектов зацеплений - рост зубцовых гармоник вибрации и 4
появление в спектре огибающей вибрации. В то же время, при таких дефектах отсутствуй
ударные импульсы с частотами вращения kf^, и kf^. а также с разностной частотой k(f^
ftp2), что считается дополнительным диагностическим признаком.
Таблица 6.2

Частоты составляющих спектров вибрации и её огибающей для обнаружения и
идентификации дефектов редукторов с неподвижными осями вращения зубчатых
колес в подшипниках качения

Nt nfri	Вид дефекта	Спектр вибрации		Спектр огибающей	
		Основные	Дополнительные	Основные	Дополнительные
1	Бой вала (муфты)	kf , *pi	kfj, £ fgp,. kfZ2± f^,. сет роста ВЧ	kf , •pi	kf*, f^j. kfZ2i f^,. нет роста ВЧ
2	Дефект большой шестерни	kf k>4  •рГ	Wi,*k,f»,.k?1. нет роста ВЧ	kf к>4  •рГ	kfz.tk.f^.k.H, нет роста ВЧ
3	Дефект малой шестерни	kf v k>4 •рГ	kfZ2 * кЛр, *>1 • нет роста ВЧ	kf к>4 •Р*	kfjj i	,  нет роста ВЧ
4	Дефект зацепления большой шестерни	kfz,	Нет роста kfBp1. иет kf2, ± k,fw,, нет роста ВЧ	kfz,	Нет kfM,, нет kf2, ± k,fw,, нет роста ВЧ
s	Дефект зацепления малой шестерни	kfn	Нет роста kfBp2. нет kfn ± к,£,. нет роста ВЧ	kfa	Нет kf нет kfn t kJ*,,, нет роста ВЧ
6	Дефекты на другой оси	«г		Нет роста ВЧ	kVkf.p5-  kfzs' kf24’ ••	Нет роста ВЧ
7	Износ наружного кольца	f.	Рост ВЧ	f  M	Рост ВЧ
в	эаковины на наружном кольце	4	Рост ВЧ	kf  M	Рост ВЧ
9	Износ внутреннего кольца	ku.	Рост ВЧ	kf».	Рост ВЧ
10	Раковины на внутреннем кольце	Kf.	Рост ВЧ	kf.	Рост ВЧ
11	Дефекты тел качения и сепаратора	fe или kfTO	РостВЧ	fe или kf^	Рост ВЧ
12	Дефекты смазки подшипника	Рост ВЧ	Нет роста kf	Рост ВЧ	Нетлиний в спектре
	Неидентифицирован- ные дефекты	Рост других гармонических составляющих			

(Тримечание f - частота вращения диагностируемой оси редуктора; fw3. ... - частоты
фМцения других осей редуктора; fx1 - зубцовая частота большой шестерни; fi2 - зубцовая час-
фта малой шестерни; fj3, fi4,... - другие зубцовые частоты редуктора; f€- частота вращения тел
•таратора; fM - частота перекатывания тел качения по наружному кольцу; fB - частота
•рекатывания тел качения по внутреннему кольцу; fu - частота вращения тел качения; ВЧ -
Кокочастотные составляющие; к=1.2, 3,...; к,=1.2. 3.
Таблица 0J

Частоты составляющих спектров вибрации и её огибающей для обнаружения и
идентификации дефектов планетарных редукторов в подшипниках скольжения

№ п/п	Вид дефекта	Спектр вибрации		Спектр огибающей j	
		Основные	Дополнительные	Основные	Дополнительнее
1	Бой ведущего вала (муфты)	kfW.	нет роста ВЧ	ч,-	к,г.  нет роста ВЧ
2	Бой ведомого вала (муфты)		kfa ± f^. нет роста ВЧ		^Z21 * f#p2' нет роста ВЧ
3	Дефект ведущей шестерни	k>2	kfz, ± кД^р1 f^). к>1.  kfa t kJfjpj.fipj), k,>1. нет роста ВЧ	kn(U,-f„). к>2	к*2, * k,(fw) f k,>1.  »а*к,(^ к.П нет роста ВЧ
4	Дефекты сателлита	2к^, к>2	«г, *	к>1  kf„±k,f_.k>1	2kfw. к>2	kf21 * k,fw. к>1; k*a±k,fw. к>1
5	Дефекты короны	knfw2. к>2	к>1. нет роста ВЧ	knf к>2	kfz, * k,fw. к>’ нет роста ВЧ
6	Дефекты зубчатых зацеплений	kfzi, kfa	Нет роста ВЧ, kf kf, pl * ар2	kfj,. kfn	Нет роста ВЧ^ kf ,.kf, •pl tp2 _
7	Износ подшипника	kf  •р	Рост ВЧ	kf . к>7  •р подъём спе- ктра на НЧо	РостВЧ
8	Удары в подшипнике	kf  •р	Рост ВЧ	kf„. кг7	Рост ВЧ •
9	Дефекты смазки подшипника	Рост ВЧ	Нет роста kf kf , •pl' ар2	Рост ВЧ	Нет линий в спектре
10	Неидентифицирован- ные дефекты	Рост других гармонических составляющих			

Примечание, f - частота вращения диагностируемой оси редуктора; f - частота вращемй
ведущего вала; f^ - частота вращения ведомого вала; fn - зубцовая частота ведущей шестерим!
f - зубцовая частота короны; f - частота вращения сателлита; п - число сателлитов; ВЧ|
высокочастотные составляющие; НЧ0 - низкочастотные составляющие спектра огибающвй
к=1,2, 3. ...;к,=1,2.3........................................................ 1



Диагностические признаки дефектов подшипников качения или скольжения ведущего!
ведомого валов аналогичны признакам тех же дефектов в других видах машин бЦ
зубчатых передач и узлов возвратно-поступательного действия. Эти признаки уже были
рассмотрены в главах 3 и 4 Что касается диагностических признаков дефектов подшиб*
ников сателлитов, то они, по возможности, учтены при выборе признаков дефектом
сателлитов и объединяются в общую группу признаков этих дефектов.
Таблица 6 4

Частоты составляющих спектров вибрации и её огибающей для обнаружения и
идентификации дефектов планетарных редукторов в подшипниках качения

и*	Вид дефекта	Спектр вибрации		Спектр огибающей	
		Основные	Дополнительные	основные	Дополнительные
1	Бой ведущего вала (муфты)	ч.,	нет роста ВЧ	kfw.	нет роста ВЧ
г	Бой ведомого вала (муфты)		* f»p2‘ нет роста ВЧ	kUz	k^Z2l * нет роста ВЧ
3	Дефект ведущей (шестерни	k>2	kfz> * М'.,. w к,>1. к,>1. нет роста ВЧ	k>2	W2, ± kjf^f^j), к>1. къ*М'.,,и- к,>1. нет роста ВЧ
4	Дефекты сателлита	2kf , k>2 •pc	kf2, ± к,^. к>1 kfZ2±k1,HK’ k>1	2kf , k>2	kf2) ± k,f^, к>1 kfZ2±k1fW k>1
4	Дефекты короны	knf^. k>2	«И*кЛи> к>1' нет роста ВЧ	knf^, k>2	W»*k,U> к>1„ нет роста ВЧ
4	Дефекты зубчатых зацеплений	kf2),kfn	Нет роста ВЧ. ЧЛ	kf21,kfa	Нет роста ВЧ, w.v kfw2
7	Износ наружного кольца		Рост ВЧ	f.	РостВЧ
	Раковины на наружно* кольце	kf N	Рост ВЧ	kf N	РостВЧ
9	Износ внутреннего кольца		РостВЧ	ku.	РостВЧ
10	Раковины на внутреннем кольце	Ю.	Рост ВЧ	kf  •	РостВЧ
11	Дефекты тел качения и сепаратора	f или kf С	ТЖ	Рост ВЧ	f или kf C	TV	Рост ВЧ
12	Дефекты смазки подшипника	Рост ВЧ	Нет роста kf kf.kf.kf, kf 	L	L		l_	РостВЧ	Нетлиний в спектре
13	Неидентифицирован- ные дефекты	Рост других гармонических составляющих			

'(^мечануе. f^- частота вращения диагностируемой оси редуктора; f^, - частота вращения
едущего вала; - частота вращения ведомого вала; f(, - зубцовая частота ведущей шестерни;
L • зубцовая частота короны; п - число сателлитов; f^ - частота вращения сателлита; fc -
мота вращения сепаратора подшипника; \ - частота перекатывания тел качения пю
«френнему кольцу; f, - частота перекатывания тел качения по наружнему кольцу; f„ - частота
фщения тел качения; ВЧ - высокочастотные составляющие; к=1,2, 3..... к,=1,2, 3.
Все необходимые для диагностики планетарных редукторов с подшипниками скольжени|
диагностические признаки сведены в табл. 6.3, а с подшипниками качения - в табл. 6 4,

где приведены частоты только тех составляющих, которые появляются или растут при
возникновении дефекта. Величина прироста уровня связана с величиной дефекта и
задается пользователем при установке пороговых значений.

Рассмотренные в данной главе диагностические признаки дефектов редуктора*
рассчитаны на возможность обнаружения и идентификации дефектов как по узкополосном!
спектру, так и по спектру огибающей вибрации подшипниковых узлов передачи Эп
означает, что у пользователя имеется возможность проводить диагностику по обоИЯ
видам спектров, что при непротиворечивости результатов диагноза повышает efl
достоверность	]

Диагностические признаки дефектов выбраны таким образом, чтобы наиболее tomhimI
результаты идентификации вида дефекта получались из данных диагностики по спектрМ
огибающей, а результаты по определению глубин дефектов - из данных диагностики м
спектрам вибрации	1

При анализе результатов диагноза следует также учитывать, что рост низкочастотн||
вибрации и соответствующих составляющих спектра в редукторе может быть вызм
дефектами двигателя и механизма, соединенных посредством этого редуктора, а таен
изменением режима их работы или дефектами других машин, находящихся на вибрационм
связанных с диагностируемым редуктором фундаментах В таких ситуациях предпочтенЯ
должно отдаваться результатам диагностики редуктора по спектрам огибающя
высокочастотной вибрации	I

6.3.	ВЫБОР ПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ, РЕЖИМОВ РАБОТЫ РЕДУКТОЙ!
И ПОРОГОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДЕФЕКТОВ	]

Периодичность диагностических измерений в программах определяется пользователей*
исходя из имеющейся у него информации о скоростях развития дефектов от момеИВ
обнаружения (слабый дефект) до предаварийного состояния.	>

Опыт диагностики редукторов по алгоритмам, заложенным в программу, показывает, чЯ
скорость разви-гия дефектов в значительной степени зависит от конструктивных особм
ностей редуктора, наличия в нем дефектов изготовления и сборки, условий эксплуатации
особенно от количества пусков и скачков нагрузки в межремонтный период. Ная
большинстве случаев скорость развития дефектов подшипников редуктора выше скорой
развития дефектов шестерен, поэтому периодичность измерений должна определять^
состоянием и скоростью развития дефектов подшипников.	<

Рекомендуемым интервалом между измерениями может считаться интервал от однаМ
до трёх месяцев, как это указано в главах 3 и 4 По аналогии с диагностикой подшипним
при обнаружении дефектов шестерен и зацеплений, если они не превысили порог средне
можно не изменять интервал между измерениями. При средних дефектах интервал мем
измерениями рекомендуется сократить в 2 раза, при сильных - ещё в 3 раза. 1
Основной рекомендацией по выбору режима работы редуктора при диагностике являет^
обеспечение одной и той же скорости вращения во время каждого из периодичесй|
измерений вибрации и одной и той же величины нагрузки. Значения частоты вращения^
всех используемых для диагностики случаях должны укладываться в ди апазон порядй
* 10% от ее средней величины При этом стабильность частоты вращения во врм
одного измерения должна быть не хуже 1 %, в противном случае линии в спектрах вибрацЦ
и|Мее огибающей "размываются" и достоверные результаты диагностики не могут быть
Мучены. Величина нагрузки во всех случаях таюке должна выдерживаться с точностью
фхуже + 20% от ее среднего значения.

Хвбо следует остановиться на рекомендациях по выбору нагрузки на редуктор во
<(Ммя диагностики. Лучше всего, если величина и направление нагрузки будут теми же,
|М которых происходит основной износ шестерен и подшипников, то есть номинальными.

других нагрузках могут изменяться направления действия нагрузки на подшипники и
Шщаться контактные поверхности зубьев, что может снизить достоверность диагноза
Прогноза. Если же невозможно обеспечить номинальную нагрузку редуктора при
мвгностике, желательно, по крайней мере, сохранить направление действия нагрузки на
<|фья шестерен. В этом случае будет обеспечена минимальная вероятность "ложной
'(Йоги" при сохранении минимальной вероятности пропуска таких опасных дефектов,
•Штрещины и сколы на зубьях шестерен.

ИВ дефекты, автоматически обнаруживаемые при обработке данных измерений в
'||0граммах, по глубине могут делиться на три группы: слабые (I), средние (М) и сильные
il), Если выбранный метод обработки сигнала вибрации не позволяет обнаружить слабые
Шфекты. как это имеет место, например, при анализе узкополосных спектров вибрации,
Яппа этих дефектов не рассматривается.

4QB пороговые значения, используемые для обнаружения, идентификации вида и
•«феделения глубины дефекта, задаются пользователем, однако в программе или в
инструкции по ее использованию приводятся рекомендуемые значения порогов,
основанные на имеющихся у разработчиков статистических данных по диагностике
Редукторов с последующей их визуальной дефектацией.

'фи диагностике редукторов по узкополосному спектру вибрации задаются два пороговых
ЖПчения для каждого из диагностических параметров, один из которых определяет
Явление сильного дефекта, а другой - среднего. Пороговые значения отсчитываются
Переднего значения параметра (среднего уровня составляющей спектра вибрации),
Яределенного по всем предыдущим измерениям (не менее трёх). Изданных предыдущих
аШерений автоматически исключаются ошибочные, выпадающие за границы
(Явственного разброса случайных величин (уровней составляющих, измеряемых в
децибелах виброускорения). Величина рекомендуемого порога сильного дефекта
'•Оставляет 20 дБ над средним уровнем соответствующей составляющей спектра. Реко-
мендуемое значение порога среднего дефекта в два раза меньше и составляет 10 дБ.
О|ввнительный анализ различных алгоритмов диагностики машин по сигналу вибрации
показывает, что рекомендуемые пороговые значения соответствуют общепринятым
Шнениям.

ОПЫТ диагностики различных машин и оборудования позволяет утверждать, что
14Мдлагаемые пороговые значения при стабильном режиме работы минимизируют
йроятность ошибочных решений, которая является суммой вероятностей пропуска
Ифекта и ложного срабатывания. При диагностике многорежимных машин оператор
фсет установить более высокие пороги. Если машина непрерывно работает при
квюсительно стабильных внешних условиях (температура, влажность и т.п.), а ее частота
((Видения и нагрузка не изменяются, значения порогов можно снизить. Это даст
(Цможность обнаруживать слабые дефекты на ранней стадии их развития, но требует
|^Ииятмя индивидуальных решений о продолжении эксплуатации машины, если программой
фаружены сильные дефекты. Дело в том, что к множеству машин с сильными дефектами
। ЦТОм случае программа относит и те, в которых глубина дефекта еще не дошла до
аМрийноопасных значений.
При диагностике редукторов по спектру огибающей вибрации задаётся три порогом
значения для каждого из видов дефектов, за исключением дефектов смазки подшипников
для которых, как и в предыдущем случае, задаются пороги сильного и среднего дефектов
Пороги определяются в величинах (процентах) глубины модуляции для всех дефектов
кроме дефекта смазки, для которого они определяются в приращениях уровня высоком!»
тотной вибрации, измеряемой в децибелах виброускорения. В процессе корректиром
пороговых значений пользователь может использовать любой из описанных в параграф
3.2 алгоритмов их определения, различающихся по степени использования информащ
о диагностируемых машинах или оборудовании.

Простейшим алгоритмом задания порогов для составляющих спектра огибаюц0|
является использование рекомендуемых в качестве начальных значений порогов сильный
дефектов, составляющих для дефектов смазки 20 дБ. а для остальных видов дефекте
20% (по глубине модуляции). Пороги средних дефектов определяются автоматична
как среднее значение от суммы порогов сильного и слабого дефектов. Для дефект
смазки порог слабого дефекта отсутствует, и величина порога среднего дефвт
составляет 10 дБ. Порог слабого дефекта по глубине модуляции всегда определяет
автоматически и зависит от чувствительности анализирующей аппаратуры, использует
для выделения слабых гармонических составляющих на фоне случайных составляю^
спектра огибающей.

В редукторах с подшипниками качения величины рекомендуемых значений порот
сильных дефектов определяются программой автоматически.

6.4.	РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УТОЧНЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ

Основным режимом работы систем диагностики является автоматическая диагностт
узлов роторных машин. При обнаружении дефектов в любом из узлов машиив
пользователю иногда необходимо иметь сводную информацию о состоянии всех узлВ
машины для принятия решения о ее ремонте или техническом обслуживании. В эЩ
случае необходимо вывести информацию о состоянии каждого из диагностирует
узлов и пользователь самостоятельно может составить окончательный документ
состоянии машины в целом.	В

При составлении подобного документа для машин с редукторами пользователь, m
правило, должен произвести более подробный совместный анализ результат
мониторинга и диагностики по всем узлам машины. При этом он может столкнуты^
рядом типовых ситуаций, при которых следует ввести коррективы в результат
автоматической диагностики отдельных узлов машины, и. если это необходимо, произвел*
уточнение конструктивных особенностей машины, режимов ее работы, повторив
диагностические измерения.	m

К таким типовым ситуациям относятся следующие.	Л

1.	Результаты мониторинга указывают на изменения вибрационного состояний
результаты диагностики не дают информации о дефектах ни в одном из ytfO
машины. Причиной может быть изменение режима работы машины, а также изменам!
условий работы, например, включение других машин, установленных в одиЦ
помещении с диагностируемой машиной. Пользователю в этом случае рекомендует
определить частоту той составляющей вибрации, рост которой стал причин^
обнаруженных изменений, и по ней определиться, какие узлы машины могут М||
источником этой составляющей вибрации, а затем провести анализ результат
автоматической диагностики этих узлов.
2.	Результаты мониторинга не указывают на изменение вибрационного состояния
* машины, а результаты диагностики дают сильные дефекты отдельных узлов
* редуктора. К основным причинам появления такой ситуации можно отнести либо
» неправильно выполненные измерения при диагностике подшипника, либо наличие
сильных изменений в спектре огибающей вибрации подшипника без изменений
* низкочастотной вибрации машины, свидетельствующих о начальной стадии развития
дефекта. В этом случае можно рекомендовать пользователю повторить измерения
и при совпадении результатов не принимать решения о ремонте (замене) узлов
редуктора, а контролировать развитие дефекта в течение нескольких дней, до тех
пор. пока данные мониторинга также не укажут на изменение вибрационного состояния
- машины.

t 3. Обнаружены изменения вибрационного состояния машины и дефекты в нескольких
• подшипниковых узлах машины. Чаще всего причиной такого состояния машины
> являются не дефекты двух и более подшипников, а дефекты шестерни или дефекты
других узлов машины, при которых возникаютдополнительные динамические нагрузки
на подшипники. Пользователю рекомендуется в этом случае обратить внимание на
результаты диагностики других узлов машины поданным контроля вибрации в других
точках измерения.

4.	Обнаружены неидентифицированные изменения вибрационного состояния
(неидентифицированные дефекты). Чаще всего причиной этого является влияние
дефектов других узлов машины на вибрацию диагностируемого узла. Пользователю
рекомендуется в этом случае провести анализ результатов диагностики других узлов
машины и просмотреть список составляющих вибрации, по которым поставлены
диагнозы во всех точках контроля. Если неидентифицированный дефект поставлен
по тем составляющим вибрации, по которым идентифицированы дефекты другого
узла, причиной изменения вибрации чаще всего и являются эти дефекты. Возможен
и другой случай, когда неидентифицированный дефект поставлен по тому же ряду
гармонических составляющих, по которому поставлен ещеодин вид дефекта. В этом
случае причиной могут быть особенности формирования вибрации узла конкретной
машины, при которых наибольший рост вибрации споявлением дефекта приходится
не на первые три гармоники вибрации, а на гармоники большей кратности, а
неидентифицированный дефект поставлен для того, чтобы обратить внимание
пользователя на высокую вероятность одновременного появления нескольких
дефектов в одном узле.

5.	Особенностью редукторов является возможность обнаружения дефектов на
других осях редуктора. В том случае, когда дефектным узлом является шестерня,
она может вл пять на вибрацию подшипников собственной оси даже меньше, чем на
вибрацию подшипников других осей. Поэтому при обнаружении дефектов на другой
оси пользователю рекомендуется уточнить, на какую ось ссылается программа, и
внимательно отнестись к результатам диагноза на этой оси. вплоть до корректировки
величины дефектов в большую сторону.

<|0ме рекомендаций, указанных в настоящей главе, можно учитывать и общие
|^рмендации, изложенные в других главах пособия.
7.	ДИАГНОСТИКА РАБОЧИХ КОЛЕС

7.1.	ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА ВИБРАЦИЮ МАШИН С РАБОЧИМИ КОЛЕСАМИ

Диагностика рабочих колес производится в машинах, создающих потоки жидкости или
газа (насосы, вентиляторы, компрессоры) или преобразующих энергию потока в энерлш
вращения вала (турбины) Эти машины по особенностям их диагностики делятся на дв
класса

1	Машины с вынесенными подшипниками, на корпусе которых вибрация,
возбуждаемая пульсациями потока, незначительна

2	Машины с встроенными подшипниками, в которых в любой точке контроля
высокочастотная вибрация, в основном, возбуждается пульсациями давления |
потоке жидкости (газа), а не силами трения в подшипниках.

У первого класса машин диагностика рабочих колес и подшипников производим
независимо, у второго - совместно, по колебательным перемещениям рабочего кол|ф
в подшипниках и их влиянию на формирование высокочастотных пульсаций давлений
потоке. Иногда возможно совмещение указанных двух подходов к диагностике машия)
с рабочими колесами

Дефекты, оказывающие влияние на формирование колебательных сил, действующим
зоне рабочего колеса машины, возникают не только в самом рабочем колесе К нй
относятся: изменение многих свойств потока, дефекты вала рабочего колеса, дефвнь
его подшипников и дефекты машин, вращающих рабочее колесо или использующих
энергию вращения

В настоящем параграфе не рассматриваются дефекты в машинах, соединяемы!I
валом рабочего колеса, так как эти дефекты, как правило с более высоф
достоверностью могут обнаруживаться по вибрации в точках контроля на корпусе эШ
машин. Все остальные дефекты машин с рабочими колесами по диагностически
признакам обычно делятся на несколько групп.

Из показателей, определяющих особенности формирования потока в зоне рабочей
колеса, реальное влияние на вибрацию ( как и на шум потока) оказывают:

•	перепад давлений потока на входе и выходе рабочего колеса;

•	наличие пульсаций скорости потока;

•	наличие неоднородности потока;	*

•	возникновение кавитации в потоке жидкости.	*

Из дефектов вала и рабочего колеса реальное влияние на вибрацию оказывают:

•	неуравновешенность вала с рабочим колесом, в том числе гидродинамичеой
(аэродинамическая), определяемая несимметрией объемов вращающейся вмя^
с рабочим колесом жидкости (газа) или несимметрией сил, действующих на лолаф

•	бой вала или рабочего колеса;

•	автоколебания вала с рабочим колесом в подшипниках;

•	дефекты (ослабление креплений, износ или деформация) отдельных лопасте№*

•	ослабление креплений опор вращения.

Кроме перечисленных дефектов на вибрацию машины в зоне рабочего колеса вли|Ц
все основные дефекты подшипников и соединительных муфт, которые У»
рассматривались в предыдущих главах.

Еще одна группа дефектов, а именно, дефекты обтекаемых потоком неподвижных удМ
машины, также оказывает значительное влияние на вибрацию машины с рабочМ
колесами. Поскольку эти дефекты приводят к уже рассмотренным изменениями
характеристиках потока и лишь через поток оказывают влияние на колебательные сиМ^
। вибрацию, они объединяются с дефектами потока в общие группы. В этих группах
ствует и такой дефект, как выход за пределы допусков перепада давлений на
е и выходе рабочего колеса, так как он непосредственно не измеряется, но влияет
вибрацию через изменение других свойств потока.

исленные дефекты оказывают влияние как на низкочастотную вибрацию, так и на
кочастотную. возбуждаемую силами гидродинамического (аэродинамического)
ния потока на границе с твердыми телами (внутренней поверхностью корпуса и
астями) и пульсациями давления в потоке, передаваемыми на корпус машины,
кольку рабочее колесо при диагностике вращается с постоянной скоростью и создает
^одические составляющие вибрации, а также случайные составляющие,
купированные периодическими процессами, для диагностики рабочих колес исполь-
йротся методы спектрального анализа вибрации и огибающей ее высокочастотных
вставляющих.

(ровным приемом в диагностике рабочих колес можно считать обнаружение движущихся
вНхронно с лопастью (лопастями) зон повышенной турбулентности потока по модуляции
шеокочастотной вибрации корпуса в зоне минимального расстояния от торцевых
верхностей лопастей до внутренней поверхности корпуса.

Йбходя из этого, в список групп дефектов, обнаруживаемых и идентифицируемых в
шине по вибрации, возбуждаемой в эоне рабочего колеса, включены:

I • неуравновешенность рабочего колеса:

I • бой рабочего колеса;

•дефекты узлов крепления;

* • автоколебания рабочего колеса в подшипниках;

1	«дефекты лопастей;

•	неоднородность потока;

•	кавитация в жидкости (у насосов).

волнительно к этому списку можно рассматривать и дефекты подшипников, влияние
вторых на вибрацию анализировалось в главах 3 и 4.

£е приводится информация о том, на какие параметры вибрации наиболее сильно
нот перечисленные группы дефектов, за исключением рассмотренных ранее

«I

юктов подшипников качения или скольжения.

равновешенность рабочего колеса, в которую входит два вида неурав-
новешенности, а именно, механическая и гидродинамическая (аэродинамическая),
увеличивает вибрацию на частоте вращения рабочего колеса и этот рост является
основным диагностическим признаком неуравновешенности рабочего колеса.
Основной особенностью формирования сил на частоте вращения рабочего колеса
является возможность возникновения больших по величине сил из-за разных значений
“подъемных сил“, действующих на разные лопасти, в результате действия которых
на рабочее колесо суммарная сила одностороннего “притяжения" рабочего колеса
может быть больше сил неуравновешенности, а в высокооборотных машинах -

I больше силы тяжести рабочего колеса, т е. приводить к обкатыванию валом рабочего
колеса неподвижных частей подшипника.

ВЬй рабочего колеса, как следует из предыдущего определения, может быть следствием
F не только несимметричной посадки колеса на вал или боя вала, но и следствием
t разброса профилей лопастей, определяющих величину и направление действия
I “подъемных" сил. При наличии зазоров в подшипниках возникающие из-за боя
F флуктуации зазоров между лопастями рабочего колеса и корпусом приводят к росту
низкочастотной вибрации, амплитудной модуляции лопастных гармоник вибрации
корпуса и амплитудной модуляции случайной вибрации, возбуждаемой пульсациями
давления потока в зоне рабочего колеса. Рост вибрации происходит на гармоники
частоты вращения, этими же частотами модулируются лопастные и случайны!
составляющие вибрации.

Дефекты узлов крепления опор вала рабочего колеса влияют в первую очередь н|
вибрацию с частотой вращения рабочего колеса и ее гармониками Поскольку |
абсолютном большинстве машин с рабочими колесами вал обкатывает неподвижны!
поверхности подшипника, ослабление креплений увеличивает бой рабочего колея!
в определенных направлениях, в которых происходит ослабление креплений Но,|
другой стороны, растет вибрация и на очень низких частотах под действием
случайных флуктуаций давления потока в зоне рабочего колеса И эта вибраций
также имеет преимущественное направление, совпадающее с направление!
ослабления креплений опор

Поскольку признаки боя рабочего колеса и ослабления опор вала в машинах с рабочими
колесами близки, для надежной идентификации вида дефекта после обнаружения бМ
рабочего колеса можно рекомендовать сравнивать вибрацию на частотах ниже половим
частоты вращения и на гармониках частоты вращения в двух направлениях (вертикально
и горизонтальном) Признаком ослабления опор или дефектов фундаментов являете
различие уровней вибрации в двух направлениях более чем в 3 раза (10 дБ)	*

Автоколебания рабочего колеса возникают, как правило, под действием двух нагф
зок - статической, определяемой силой тяжести вала с рабочим колесом, ((
вращающейся, являющейся суммой центробежных сил неуравновешенного ротор!
и радиальной составляющей вектора “подъемных" сил. В большинстве случаев
автоколебания вырождаются в ранее рассмотренный вид колебаний, называемое
боем рабочего колеса, их частота совпадает с частотой вращения, а амплитуда
величиной износа подшипников	д

Но при различного вида неоднородностях потока или модуляции сил трения возмооюф
появление автоколебаний и с другими частотами, ниже частоты вращения вал%
Обычно частота этих колебаний синхронизируется одной из гармоник или субгармоИ11
колебательных сил Так, частота автоколебаний рабочего колеса в подшипник^,
скольжения обычно синхронизируется с частотой f»p/2 или fap/3, а в подшипник^
качения - с частотой fiP/2 или 2fc

Влияние на вибрацию автоколебаний рабочего колеса в опорах вращения и

тот же характер, что и при бое вала, но частота соответствующих составляю
вибрации или модуляции лопастных составляющих определяется частот
автоколебаний. Частота автоколебаний определяет и частоту модуляции пульса
давления в потоке, а следовательно, и случайной вибрации корпуса машины.

В ряде высокооборотных машин с рабочими колесами по параметрам вибраций
удается обнаружить и автоколебания отдельных лопастей. Проявляются они обычм|
в виде периодических процессов, модулирующих высокочастотную вибрацИВ
корпуса, т е. обнаруживаются по спектру огибающей вибрации, в котором появляе10|>
группа составляющих с частотой автоколебаний и боковыми составляющими)
отличающимися на гармоники частоты вращения рабочего колеса. Но, посколыЙ
ожидаемая частота автоколебаний заранее не известна, в модуль автоматически
диагностики рабочих колес алгоритмы обнаружения автоколебаний отдельны!
лопастей не включены. В то же время при появлении таких автоколебаний они
обнаруживаются как неидентифицированный дефект.

Дефекты лопастей рабочего колеса, под которыми понимаются ослабление креплени^
сопровождающееся ростом колебаний лопасти, ее эррозионный, коррозионный изиЦ
или деформация, ухудшающие условия обтекания лопасти потоком, приводят КМ|
росту низкочастотной вибрации машины, так и к модуляции высокочастотной
вибрации Этот вид дефекта по своему действию очень похож на бой рабочего
колеса, за небольшим исключением - он вызывает значительную модуляцию
высокочастотной вибрации частотой вращения рабочего колеса, так как в зоне
дефектной лопасти резко растут высокочастотные пульсации потока с частотой
вращения рабочего колеса, достигающие точки контроля вибрации на корпусе
машины. Как результат, в спектре огибающей вибрации дополнительно к признакам
боя рабочего колеса появляется ряд гармоник с частотами kf„.

Неоднородность потока в зоне рабочего колеса приводит к росту лопастных гармоник
вибрации машины из-за динамических нагрузок на лопасти и корпус при входе лопасти
в те участки потока, где плотность его максимальна. По той же причине растет и
модуляция высокочастотной вибрации на корпусе в зоне рабочего колеса и, если
форма потока случайным образом меняется во времени, возникает модуляция
высокочастотной вибрации низкочастотным случайным процессом. Как следствие,
в спектре огибающей вибрации наблюдается подъем на низких частотах, ниже
частоты вращения рабочего колеса.

Кавитация в жидкости наблюдается обычно в высокоскоростных центробежных и
осевых насосах, и по своему влиянию на вибрацию корпуса насоса и трубопроводов
в значительной степени подобна неоднородности потока, т е. сопровождается ростом
высокочастотной вибрации корпуса, ростом уровня лопастных составляющих
вибрации и появлением лопастных составляющих в спектре огибающей
высокочастотной вибрации корпуса и трубопроводов. Отличия, позволяющие
разделить в насосах два вида дефектов - неоднородность потока и кавитацию -
состоят в том, что, во-первых, высокочастотная вибрация растет при кавитации
сильнее, а во-вторых, модуляция высокочастотной вибрации появляется не только
в зоне рабочего колеса, но и во входном и достаточно часто в выходном
трубопроводах насоса.

Смазанное подтверждает, что для достоверного обнаружения и идентификации дефектов
Цбочих колес и нарушений в процессе формирования потоков желательно измерять как
(Пестры низкочастотной и среднечастотной вибрации корпуса машины с рабочими
Йпесами, так и спектры огибающей вибрации корпуса. Предварительный диагноз может
«виться и по результатам единичного измерения спектра огибающей вибрации,
вое рассмотренные дефекты включены в список обнаруживаемых по алгоритмам,
««пользуемым в программах. Для машин, в которых подшипники вала рабочего колеса
находятся в потоке жидкости (газа) или недоступны для прямого измерения вибрации,
фс это часто бывает, например, в авиационных двигателях, дефекты подшипников
фнаруживаются с помощью нетрадиционных алгоритмов анализа огибающей вибрации
Ярпуса машины, возбуждаемой пульсациями давления в потоке. При этом дефекты
Нфшипников объединяются в группы, отличные от рассмотренных в главах 3 и 4,
Набольшая часть дефектов, обнаруживаемых с помощью алгоритмов, не
фентифицируется в автоматическом режиме, поэтому они относятся к группе
ИЙщентифицированных дефектов.

*

*
7.2. ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ В ИБРАЦИИ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ
ПРИЗНАКОВ

Динамические силы, возникающие при вращении рабочего колеса в потоке, передаются
на корпус машины, во-первых, через подшипники, а во-вторых, через жидкость или гц
находящийся, прежде всего между торцевыми поверхностями лопастей и корпусом
машины (направляющим аппаратом). Поэтому для полной диагностики машины с рабочим*
колесами точки контроля выбираются на корпусе подшипниковых узлов (для диагностик*
подшипников) и на корпусе машины в точке с минимальным расстоянием до торце***
поверхностей рабочего колеса. Если рабочих колес несколько, то желательно числ*
точек контроля на корпусе выбирать равным числу рабочих колес, конфигурируя *
программе каждую точку измерения для каждого рабочего колеса или, как минимум, для
групп рабочих колес, имеющих одинаковое число лопастей.

В качестве примера на рис 7.1 показаны точки контроля вибрации на корпу*|
центробежного насоса и на корпусе многоступенчатого компрессора, в котором несколь*|
рабочих колес, две группы с числом лопастей 36 (с первой по четвертую ступень) и 41М
пятой по седьмую ступени). На корпусе выбраны четыре точки контроля (по две<*
каждую группу), но для большой достоверности результатов их может быть семь (и*
каждой ступени)

Рис 7.1. Пример выбора оптимальных точек контроля вибрации: а - точки контроля выбр*ф
на «улитке» и входном патрубка насоса, б * пример выбора точек контроля на газоп**ф
качивающей установке. КНД, КВД - компрессоры соответственно низкого и высокого давлемь
ТНД, ТВД - турбины соответственно низкого и высокого давления, ТНаг - турбина нагнетат*2

У насосов для разделения двух видов дефектов (кавитация и неоднородность потом
рекомендуется использовать еще одну точку контроля на входном трубопроводе, там
конфигурируя ее как рабочее колесо. При окончательном формировании рекомендащЦ
дефект вида “кавитация" выдается в том случае, если он обнаружен в обоих точк*ф
близок по величине (или даже больше на входном трубопроводе).

Направление измерения вибрации желательно выбирать перпендикулярным к м
правлению движения потока и оси вращения рабочего колеса. Учитывая изложенм
информацию, оператор самостоятельно выбирает как число точек контроля, так и меМ
крепления датчика виброускоренил. Несмотря на то, что диагностика производит*!
автоматически, для возможности контроля получаемых результатов в табл. 7.1 приводят*!
основные диагностические признаки, используемые в программах.

Подшипники диагностируются незасшсимо по алгоритмам, приведенным в параграф*!
3.2 и 4.2, и по данным измерения вибрации в точках на корпусе подшипниковых узла*
[Таблица 7.1
Частоты составляющих спектров вибрации и ёё огибающей для обнаружения и
идентификации дефектов лопастных вентиляторов, компрессоров и турбин

II	Вид дефекта	Спектр вибрации		Спектр огибающей	
		Основные	Дополнительные	Основные	Дополнительные
i	Неуравновешенность рабочего колеса		Нет роста  о л	Herkf . k>1  •р	Herkfn, нет роста ВЧ
1	Бой рабочего колеса	ч.	Нет роста ВЧ, нет роста kfn	c.w ±f  •Р п ер	Нет роста ВЧ
	Дефекты узлов крепления	УНЧ, (f<0.5f_)	Есть другие дефекты	Не обнаруживаются	
14	Автоколебания рабочего колеса	kf 12, kf /3 •р	•₽	-	kf /2. kf /3 Р	ар	•
	Дефекты лопастей			kf  •р	
X	Неоднородность потока		РостВЧ	kfn. подъем спектра на НЧо	Рост ВЧ
1	Неидентифицирован- ные дефекты	Рост других гармонических составляющих			

Шмечание: -частота вращения рабочего колеса, fn - лопастная частота, УНЧ -составляющие
*тра вибрации на частотах менее f^/2, НЧо - низкочастотная часть спектра огибающей,
Л» высокочастотная часть спектра вибрации. к=1,2,3 к,«1,2.3...

гностическим признаком неуравновешенности рабочего колеса является рост
«ации на частоте без существенного роста вибрации на ее гармониках, без роста
фрации на высоких частотах и без появления большого числа гармоник kfep в спектре
>4№ющей высокочастотной вибрации подшипника.

|гическим признаком боя рабочего колеса является появление боковых гармоник
гами fn * f.P у лопастной составляющей вибрации, а также у аналогичной
нощей спектра огибающей. При этом боковые гармоники имеют преимущественно
порядок (к=1). а порядок гармоник в спектрах вибрации kftp и огибающей выше
сектах узлов крепления по сравнению с боем рабочего колеса меняются местами
е и дополнительные признаки и, кроме того, в список основных признаков попадает
рранизких (УНЧ) составляющих в спектре вибрации. Для исключения ошибок,
ых с тем. что рост УНЧ может происходить за счет работы других машин,
щихся на меньших частотах и установленных в том же помещении, этот вид
i идентифицируется лишь в том случае, когда есть еще хотя бы один дефект
о колеса.

тическим признаком автоколебаний рабочего колеса в подшипниках является
ие новых составляющих низкочастотной вибрации, имеющих частоты kf.p/2, либо
1и в подшипниках качения - 2kfc. Аналогичные составляющие появляются и в
огибающей вибрации подшипников. В спектре вибрации корпуса могут появляться
^вые составляющие с частотами kf/kf^/2. а также с частотами kfn*ktf^/3 или
kfn*2kifc.причиной которых являются колебательные перемещения вала с рабочим
колесом на частотах kfBp/2. kfBP/3, или 2fc.

Диагностическим признаком дефектов лопастей является рост низкочастотной
вибрации на гармониках kfBp, т е. один из признаков боя рабочего колеса, дополненный
ростом гармоник с теми же частотами в спектре огибающей, причем уровни эти|
гармоник могут превышать уровни лопастных гармоник Возможно появление и боковьЫ
составляющих у лопастных гармоник в спектрах вибрации и ее огибающей. ОсновнЫ(
отличием признаков дефектов лопастей от боя рабочего колеса считает**
преимущественный рост гармоник kf^ в спектре огибающей вибрации корпуса, a, еа*Ь
машина имеет несколько рабочих колес - то преимущественный рост гармоник kfa|f
спектре огибающей вибрации корпуса возле дефектного колеса, а не всех коле*
насаженных на один вал.

Рис 7.2. Спектры вибра-
ции многоступенчатого ком-
прессора с боем рабочего
колеса (а) и дефектом
лопасти (б).

too. дЬ(А)

а ооо, fl

б

•о. ДЬУЧ

♦

Диагностическим признаком турбулентности потока является рост высокойастотн!
вибрации При измерении спектра вибрации этот признак является основным, а П|
измерении спектра огибающей - дополнительным Основным признаком является,
подъем низкочастотной части спектра огибающей, сопровождающий появленй
низкочастотных флуктуаций скорости и плотности потока. Дополнительным признаке
повышенной турбулентности потока является также рост лопастных составляют
как в спектре вибрации, так и в спектре ее огибающей.В качестве иллюстращ
возможностей обнаружения и разделения боя рабочего колеса и дефекта лопастей*
рис.7.2 приведены спектры вибрации корпуса двух многоступенчатых компрессор*
в одном из которых имеет место бой рабочего колеса, а во втором - дефекты лопасц
одного из рабочих колес. В обоих спектрах обнаруживаются признаки боя и дефект^
лопастей, а именно, появление боковых составляющих вибрации у лопастных гармон

(составляющие с частотами kfn*ktfBp). Но при бое вала с рабочими колесами боковмМ

составляющие обнаруживаются сразу у двух лопастных составляющих, а при дефекте*
лопастей - только у одной. Если же бой имеет только одно из рабочих колес, заде*|
идентификации вида дефекта усложняется. В этом случае необходимо принимв<|
решение по данным измерения спектра огибающей высокочастотной вибрации.

рис.7.3, приведены спектры огибающей вибрации тех же ступеней двух компрессоро|/
(Метры вибрации которых приведены на рис.7.2. В спектрах огибающей вибрации при
ффектах лопастей число составляющих с частотами kf^ и их уровень значительно выше,
и при бое рабочего колеса.

агностические признаки дефектов насосов с вынесенными подшипниками приведены
Пбл 7.2. Также, как и в табл. 7.1, в ней отсутствуют диагностические признаки дефектов
фшипников, которые диагностируются независимо по вибрации корпуса подшипниковых
£пов и в соответствии с алгоритмами, приведёнными в параграфах 3.2 и 4.2.

Ь. 7.3 Спектры огиба-
фей вибрации многосту-
Йнчатого компрессора с
Вм рабочего колеса (а) и
Дефектом лопасти (б)

‘о.дБДО

I......................................................................................

«о

а

too, дЬ(А|

t

фвнение данных табл. 7.1 и 7.2 показывает, что они различаются лишь в части деления
фенаков одной группы дефектов, а именно - турбулентности потока в вентиляторах,
фвпрессорах и турбинах, а на две группы - в насосах. Одна из выделенных групп

Дефектов - это кавитация в перекачиваемой жидкости. Основными признаками этой
Аппы дефектов являются рост высокочастотных составляющих в спектре вибрации
боса и, что более важно, появление или рост лопастных составляющих в спектре

(бающей высокочастотной вибрации и, как правило, отсутствие у лопастных
вставляющих боковых гармоник.

фгая группа дефектов, связанная с повышенной турбулентностью потока, в качестве
фовного признака сохраняет рост низкочастотной части спектра огибающей вибрации,
*№шь в качестве дополнительного - рост высокочастотной вибрации насоса.

качестве примера на рис.7.4 приведены спектры огибающей высокочастотной вибрации
(фтробежного насоса, в потоке перекачиваемой жидкости которого имеется повышенная
фбулентность из-за неравномерной подачи жидкости на входе. Один из спектров измерен
фюрпусе улитки, и в нем присутствуют лопастные составляющие, являющиеся признаком
фитации. Однако аналогичный спектр огибающей вибрации, измеренной на входном
фбопроводе, показывает, что признаков кавитации нет, т.е. если и есть в насосе
Итация, то она локальная, в зоне торцевых поверхностей лопастей, и имеет начальную
Таблица М

Частоты составляющих спектров вибрации и ёё огибающей для обнаружения и
идентификации дефектов лопастных насосов

№ п/п	Вид дефекта	Спектр вибрации		Спектр огибающей	
		Основные	Дополнительные	Основные	ДололнительНЦ
1	Неуравновешенность рабочего колеса	f.p	Нет роста kf„. kf„	HeTkf , k>1  •р	HeTkf,. нет роста Bj^
2	Бой рабочего колеса		Нет роста ВЧ, нет роста kfn		Нет роста 8*  4*
3	Дефекты узлов крепления	УНЧ. (f<O.5f„)	Есть другие дефекты	Не обнаруживаются *	
4	Автоколебания рабочего колеса	kf /2. kf /3 •p		kf /2. kf /3 ер	ер		_1
5	Дефекты лопастей	kf  •p	kf. ± k,f„	kf  •р	kf„.kf„±k,fj
6	Неоднородность потока	Рост ВЧ	-	Подъём спектра на НЧо	Нет kfn, рост ВЧ
7	Кавитация в жидкости	kf n	РостВЧ	kf л	Рост ВЧ .
8	Неидентифицирован- ные дефекты	Рост других гармонических составляющих			

Примечание - частота вращения рабочего колеса. f„ - лопастная частота. УНЧ -составляем
спектра вибрации на частотах менее f^/2, НЧо - низкочастотная часть спектра огибающей. Ц
высокочастотная часть спектра вибрации, к«1.2. 3.к,«1.2. 3...................... >

Рис. 7.4. Спектры огиба-
ющей вибрации насоса с
неоднородным потоком на
входе рабочего колеса, а -
на корпусе насоса (на
улитке); б - на входном тру-
бопроводе
рис.7.5, приведены спектры огибающей высокочастотной вибрации аналогичного
юса. но работающего в режиме кавитации из*за частичного засорения входных
пьтров.

вис. 7.5. Спектры огиба-
ющей вибрации насоса в
режиме кавитации: а - на
юрпусе насоса (на улитке);
б - на входном трубопро-
воде.

Жак видно из приведенных спектров огибающей вибрации, признаки кавитации
присутствуют в спектрах огибающей вибрации и корпуса насоса, а также входного
трубопровода. В то же время отсутствуют признаки повышенной турбулентности потока
яа входе насоса и в зоне рабочего колеса.

«агностика подшипников, в которых вращается вал с рабочим колесом или несколькими
лесами, становится весьма сложной задачей, если эти подшипники обтекаются потоками
ша или жидкости либо они недоступны для установки датчика высокочастотной вибрации
«посредственно на корпус подшипникового узла. Подобная ситуация часто встречается.
Например. в авиационных двигателях, в насосах и гидротурбинах с подшипниками,
{Называемыми потоком перекачиваемой жидкости, и в ряде других случаев.

Мои в этих случаях, как правило, оказывается возможным обнаружение дефектов
Подшипников задолго до возникновения предаварийной ситуации. Износ и дефекты
Подшипников можно обнаружить по низкочастотным колебательным перемещениям вала
Рабочего колеса в подшипнике, и для этого необязательно встраивать датчики коле-
бательного перемещения в опору вращения Обнаружить и оценить величину такого
перемещения можно по двум независимым параметрам - по модуляции лопастных
«Оставляющих вибрации машины и по модуляции высокочастотной вибрации корпуса,
Возбуждаемой турбулентным потоком в зоне торцевых поверхностей рабочего колеса,
причиной такой возможности является малая величина зазора между торцевыми
Поверхностями лопастей рабочего колеса и корпуса (направляющего аппарата), которая
Меет один порядок величины с амплитудой колебания вала в подшипнике из-за износа
ЯПи дефектов последнего.
Рис 7 6 Спектры виЗрации
насоса с изношенным
подшипников. обнару-
женным пз боковым сос-
тавляющим лопастной
вибрации.

Наиболее часто износ подшипников качения и скольжения в машинах с рабочими колесами
и недоступными для измерения вибрации подшипниковыми узлами проявляет себя таки*
же образом, как и бой рабочего колеса Диагностические признаки, разделяющиетам*
два дефекта, как бой колеса и дефекты лопастей, были рассмотрены ранее. ЕсД|
обнаруживается именно бой рабочего колеса, наиболее вероятной причиной являет®
износ подшипника. Достаточно часто износ может проявляться и в виде автоколебаы*
вала рабочего колеса в подшипниках. Встречаются случаи, когда при износе подшипник*
качения лопастные составляющие вибрации модулируются и подшипниковыми частотам*
Так, например, на рис.7 6 приведены спектры вибрации и ее огибающей, измеренные»*
корпусе насоса, в которых отчетливо проявляется дефект подшипника качения (иэн®
тел качения и сепаратора) в виде модуляции как лопастных составляющих, таед
высокочастотной случайной вибрации частотами kfc, где fc -частота вращения сепаратор**
На практике бывает более сложная для диагностики рабочих колес ситуация, ког®[
измерить вибрацию даже корпуса машины (погружного насоса) не пред ста вляет*|
возможным. Например, доступным для измерения вибрации может остаться толы*
трубопровод на расстоянии до насоса в несколько сот метров. И в этой ситуации возможиВ
диагностика насоса по пульсациям скорости потока в трубопроводе. Так. на рис.7,Л
приведены спектры огибающей вибрации трубопровода такого насоса без дефектов,|
изношенными подшипниками и с изношенной лопастью. Во втором и третьем случацц
наблюдалась модуляция скорости потока частотой вращения насоса. При изной
подшипников рабочее колесо насоса имеет бой, и скорость потока как на выходе насоо*
так и в точке измерения приобретает плавную модуляцию. Соответственно модуляци*
приобретают и пульсации давления жидкости в приграничной зоне, и высокочастотна!
вибрация трубопровода Поэтому в спектре огибающей высокочастотной вибрации
появляется составляющая с частотой вращения рабочего колеса. При дефектной лопасти
пульсации скорости потока не столь плавные и в спектре огибающей вибрации появляется
уже ряд гармоник частоты вращения рабочего колеса.
В 7.7. Спектры огиба-
й вибрации трубопро-
, удаленного от насоса:
^бездефектный насос; б -
*ос с изношенным под-
•пником (боем рабочего
•веса); в - насос с дефек-
том лопастью.

следует отметить, что рассмотренные алгоритмы диагностики (сравнение с порогами
«•личин диагностических параметров) автоматизированы в наиболее общем варианте,
огда и корпус машины, и трубопроводы, и подшипниковые узлы доступны для измерения
вибрации. Другие рассмотренные случаи являются частными, и алгоритмы диагностики
каптируются совместно с пользователем для каждого конкретного случая.

□.ВЫБОР ПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ. РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАШИНЫ
1 ПОРОГОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ

Цриодичность диагностических измерений современных диагностических программ
4ьнно определяется пользователем исходя из имеющейся у него информации о скоростях
шития дефектов от момента обнаружения (слабый дефект) до предаварийного
•стояния.

>пыт диагностики рабочих колёс показывает, что скорость развития дефектов сильно
•висит от условий эксплуатации и конструктивных особенностей машины. В то же время,
••ультаты диагностики, выполненной на разных типах машин, показывают, что для
«•шин со средним сроком службы более двух лет интервал между обнаружением дефекта
«ремонтом по жизненным показаниям в 95% случаев превышает двух-трех месяцев,
«оди только этот дефект не сопровождается потерей смазки в подшипниках рабочего
•леса. Таким образом, рекомендуемый интервал между измерениями при отсутствии
•иных о дефектах рабочих колёс и их подшипников составляет от одного до трёх
'•сяцев непрерывной работы. Для повышения надежности диагностики он может быть
••ращен настолько, насколько позволяют возможности обслуживающего персонала,
иполняющего диагностику машин и оборудования.
При обнаружении развивающихся дефектов, если они не превысили порогов сильны*
дефектов, интервалы между измерениями рекомендуется сократить в 2 раза, а при
появлении сильных дефектов - еще в 3 раза Поскольку диагностика по периодическим
измерениям возможна только при наличии хотя бы трёх ранее выполненных измерений
для накопления данных по первым трем измерениям рекомендуется проводить измерения
через каждые 5 -10 дней работы машины. В этом случае первые результаты диагноз!
будут получены через месяц после начала выполнения работ по диагностике. Дальней*
шие измерения, если не были обнаружены дефекты, рекомендуется выполнять О
интервалом от одного до трёх месяцев

Основной рекомендацией по выбору режима работы машины для диагностики является
обеспечение одной и той же скорости ее вращения во время каждого из периодически!
измерений вибрации. Для диагностики используются только те группы измерений, которые
уложились по скорости в диапазон *10% от среднего значения. У многоскоростныя
машин рекомендуется выбирать такой режим, в котором она работает наиболм
продолжительное время, т е. номинальный режим работы машины Если пользователя
не может обеспечить измерение вибрации в номинальном режиме работы, он можИ
выбрать любой из режимов, в котором условия работы машины, подачи и отвода потом
укладываются в технические требования

Еще одной рекомендацией по выбору режима работы является отсутствие динамически!
нагрузок от других узлов машины, особенно если эти нагрузки имеют ударный характер
При необходимости пользователю рекомендуется отключать на время измерений т|
узлы машины, которые могут создать ударные нагрузки.

Во время выполнения диагностических измерений необходимо обеспечивав
стабильность частоты вращения машины. Так, частота вращения не должна изменять^
более чем на 1%. Таким образом, при диагностике машин, непрерывно изменяют®
скорость вращения в номинальном режиме работы, необходимо переходить
специальные режимы, при которых за относительно небольшое время измерений частот!
вращения не изменяется вышеуказанных пределов.

Все дефекты, автоматически обнаруживаемые при обработке данных измерений, Щ
глубине могут делиться на три группы: слабые (I), средние (М) и сильные (S). ЕСЛИ
выбранный метод обработки сигнала вибрации не позволяет обнаружить слабые дефекту
как это имеет место, например, при анализе спектров низкочастотной вибрации, групп
этих дефектов не рассматривается.	J

Все пороговые значения, используемые для обнаружения, идентификации вида-!
определения глубины дефекта, задаются пользователем, однако в программе иЯ
инструкции по ее использованию всегда приводятся рекомендуемые значения порогам
основанные на имеющихся у разработчиков статистических данных по диагностике рабочШ
колёс с последующей их дефектацией. В тех случаях, когда рекомендуемые пороговый
значения позволяют правильно определять глубину дефекта более, чем в 60% случая)
они приводятся в программе, и пользователь может скопировать их при конфигурировани
конкретных машин и оборудования.	•

При диагностике рабочих колёс по спектру вибрации задаются два пороговых значежЯ
для каждого из диагностических параметров, один из которых определяет появлений
сильного дефекта, а другой - среднего. Пороговые значения отсчитываются от средней
значения параметра (среднего уровня соответствующей составляющей спектре),
определенного по всем предыдущим измерениям (не менее трёх). Изданных предыдущИ!
измерений автоматически исключаются ошибочные, выпадающие за границы ecTecTBep
ного разброса случайных величин (уровней составляющих, измеряемых в децибеле
виброускорения). Величина рекомендуемого порога сильного дефекта составляет 20Д|
фц средним уровнем соответствующей составляющей спектра. Рекомендуемое значение
К га среднего дефекта в два раза меньше и составляет 10 дБ.

г диагностики различных машин и оборудования позволяет утверходать, что
фвдлагаемые пороговые значения при стабильном режиме работы минимизируют
•роятность ошибочных решений, которая является суммой вероятностей пропуска
|Цфекта и "ложного" срабатывания. При диагностике рабочих колёс многорежимных
Юшин оператор может установить более высокие пороги. Если машина непрерывно
«Вботает при относительно стабильных внешних условиях (температура, влажность и
> п.), а ее частота вращения и нагрузка не изменяются, значения порогов можно снизить.
Подаст возможность обнаруживать дефекты на ранней стадии их развития, но требует
финятия индивидуальных решений о продолжении эксплуатации машины, если программой
бнаружены сильные дефекты. Дело в том, что к множеству машин с сильными дефектами
«этом случае программа относит и те. в которых глубина дефекта еще не дошла до
«арийноопасных значений.

1ри диагностике рабочих колёс по спектру огибающей задаются три пороговых значения
да каждого из видов дефектов. Пороги определяются в величинах (процентах) глубины
модуляции для всех дефектов, кроме кавитации. Пользователю рекомендуется уточнять
Сходные пороги сильных дефектов по мере накопления информации об их величине.
Случаемой при дефектации рабочих колёс во время ремонтов.

И качестве отправных можно рекомендовать значения порогов сильных дефектов,
уставляющих для кавитации 20 дБ, а для остальных видов дефектов 20% (по глубине
Модуляции). Пороги средних дефектов определяются автоматически как среднее значение
от порога сильного и слабого дефектов. Порог слабого дефекта по глубине модуляции
фегда определяется автоматически и зависит от чувствительности диагностической
(рпаратуры, используемой для выделения слабых гармонических составляющих на фоне
фучайных составляющих спектра огибающей белого шума.

I

fit. РЕКОМЕНДАЦИИ ПОУТОЧНЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ

Основным режимом работы современных систем диагностики является автоматическая
фвгностика узлов роторных машин. При обнаружении дефектов в любом из узлов машины
Йтьзователю иногда необходимо иметь сводную информацию о состоянии всех узлов
фшины для принятия решения о ее ремонте или техническом обслуживании. В этом
|^чае необходимо вывести информацию о состоянии каждого из диагностируемых
фов, и пользователь самостоятельно может составить окончательный документ о
стоянии машины в целом.

|фи составлении подобного документа для машин с рабочими колёсами пользователь
правило, должен произвести более подробный совместный анализ результатов
Мониторинга и диагностики по всем узлам машины При этом он может столкнуться с
(ИЩОм типовых ситуаций, при которых следует внести коррективы в результаты
стоматической диагностики отдельных узлов машины и, если это необходимо, произвести
/Гочнение конструктивных особенностей машины режимов ее работы, повторить
диагностические измерения.

Г|кими типовыми ситуациями являются следующие

1.	Результаты мониторинга указывают на изменения вибрационного состояния, а
результаты диагностики не дают информации о дефектах во всех узлах машины
Причиной может быть изменение режима работы машины, а также изменение
условий работы, например, включение других машин, установленных в одном
помещении с диагностируемой машиной. Пользователю в этом случае рекомендуете!
определить частоту той составляющей вибрации, рост которой стал причиной
обнаруженных изменений и по ней установить, какие узлы машины могут быть
источником этой составляющей вибрации, а затем провести анализ результатом
автоматической диагностики этих узлов.

2.	Результаты мониторинга не указывают на изменение вибрационного состоякиО
машины, а результаты диагностики дают сильные дефекты отдельных узлов, Й
основным причинам появления такой ситуации можно отнести либо неправильЯ)
выполненные измерения при диагностике, либо наличие сильных изменений в спектр|
огибающей вибрации без изменений низкочастотной вибрации машины, ч1|
свидетельствует о начальной стадии развития дефекта. В этом случае мои»#
рекомендовать пользователю повторить измерения и. при совпадении результате!,
не принимать решения о ремонте (замене) диагностируемого узла, а контролирован
развитие дефекта в течение нескольких дней, до тех пор, пока данные мониториИф
также не укажут на изменение вибрационного состояния машины.	*

3.	Обнаружены изменения вибрационного состояния машины и дефекты в несколым!
подшипниковых узлах машины, находящихся на одной линии вала. Чаще всего причин!)
такого состояния машины являются не дефекты двух и более подшипников, |
сильные дефекты одного подшипника или. что встречается даже чаще, дефекту
других узлов машины, в том числе рабочего колеса, при которых возникают дополнив
тельные динамические нагрузки на подшипники Пользователю рекомендуется!
этом случае обратить внимание на результаты диагностики других узлов машиныЩ
данным контроля вибрации в других точках измерения	•

4.	Обнаружены неидентифицированные изменения вибрационного состояний
(неидентифицированные дефекты). Чаще всего причиной этого является влиянИ|
дефектов других узлов машины на вибрацию диагностируемого узла. Пользователе
рекомендуется в этом случае провести анализ результатов диагностики других узлШ
машины и просмотреть список составляющих вибрации, по которым поставлеиц
диагнозы во всех точках контроля. Если неидентифицированный дефект поставлю
по тем составляющим вибрации, по которым идентифицированы дефекты другод)
узла, причиной изменения вибрации чаще всего и являются эти дефекты. ВозможШ
и другой случай, когда неидентифицированный дефект поставлен по тому же РМ»
гармонических составляющих, по которому поставлен еще один вид дефекта. В зтф
случае причиной могут быть особенности формирования вибрации узла конкретно!
машины, при которых наибольший рост вибрации с появлением дефекта приходит®
не на первые три гармоники вибрации, а на гармоники большей кратности, !
неидентифицированный дефект поставлен для того, чтобы обратить вниманий
пользователя на высокую вероятность одновременного появления несколыОМ
дефектов в одном узле.	•

Особенностью машины с рабочими колесами является связь результатов измерен®
вибрации, в том числе и высокочастотной, в разных точках контроля на корпусе маши®
и трубопроводов, вызванная передачей пульсаций давления по потоку. Пользователи
рекомендуется всегда сравнивать результаты диагностики в точках на корпусе и входном
трубопроводе.

Кроме рекомендаций, указанных в настоящей главе, пользователь может учитывать И
общие рекомендации, изложенные в других главах настоящего пособия.
(ИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ШИН

'. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА ВИБРАЦИЮ МАШИНЫ

®фекты, возникающие в электромагнитной системе электрической машины при ее
Дэтовлении. монтаже и эксплуатации, влияют на электромагнитное поле в зазоре машины,
временные составляющие которого создают колебательные силы и моменты, а те. в
вою очередь, вибрацию ротора и статора машины. Обнаруживаются эти дефекты как
в переменным составляющим тока в обмотках или электромагнитного поля, так и по
(дебуждаемой ими вибрации. Те виды дефектов, которые изменяют переменные
вставляющие тока в обмотках, возбуждают, прежде всего, пульсирующие моменты и,
шследствие, вибрацию ротора и статора. Если дефекты приводят к изменению формы
вектромагнитного поля, они могут создавать и радиальные силы электромагнитного
*фоисхождения, и пульсирующие моменты. Электромагнитные силы и моменты имеют
фределённую периодичность, поэтому оптимальным методом исследования
фбуодаемой вибрации является её спектральный анализ. В тоже время весьма важным
«ктором такого анализа является выбор направления измерения вибрации.

и выборе диагностических параметров разработчики диагностических программ в
^рвую очередь анализировали влияние дефектов на пульсирующие моменты, действую-
ще на ротор электрической машины. Причина состоит в том, что вибрация машины
фределяется не только колебательной силой, но и механическим сопротивлением ротора
4Статора, которое на несколько порядков меньше при ее возбуждении пульсирующими
моментами, чем радиальными электромагнитными силами. Как следствие, соот-
ветствующие составляющие вибрации электрической машины имеют при появлении
вфектов в электромагнитной системе в первом случае более высокий уровень, чем во
•Гором. Следует отметить, что составляющие тока или электромагнитного поля в машине
£ наличии дефектов изменяются в гораздо меньшей степени, чем возбуждаемая ими
эация. При отсутствии дефектов и полном соблюдении технологии изготовления
вектромагнитной части пульсирующие моменты, действующие в машине на любой частоте,
дожны стремится к нулю. Это означает, что при идеальном качестве питающего
спряжения в бездефектной машине все составляющие вибрации электромагнитной
природы возбуждаются радиальными электромагнитными силами, действующими между
Щгором и статором.

(Цртектрических машинах переменного тока (асинхронные и синхронные электродвигатели,
врхронные генераторы) основная составляющая вибрации электромагнитного
Нисхождения имеет частоту, равную двойной частоте питающего напряжения 2fo. Кроме
Г0ГО, в неявнополюсных машинах присутствуют зубцовые составляющие ротора с
ЮЗможными частотами;

kfjl kzfgp,
kfz2 = kzf.p - 2fu,
kfzj— kzfjp + 2fu,
де z - число зубцов ротора, k - целое число.
Ьюнополюсных машинах без зубцов на роторе присутствуют составляющие вибрации
<частотах

kfz = 2kpfBP,
дер-число пар полюсов машины.

^электромагнитная сила и вибрация в этом случае имеют преимущественно радиальное
(вправление.
Кроме того, в бездефектных машинах переменного тока при снижении качеств
трехфазного питающего напряжения (отклонении формы напряжения от синусоидальна*)
возникают пульсации момента и тангенциальная вибрация на частотах:

kfn = 6kfu.

При несимметрии напряжения по фазам в бездефектной машине переменного той
возникают пульсирующий момент и тангенциальная вибрация на частоте 2fu .

В бездефектных машинах постоянного тока количество составляющих вибраЛ
электромагнитного происхождения значительно меньше. Основными из них являю*
зубцовые гармоники вибрации с частотами	J

kf, = kzfap,	*

где z - число зубцов якоря.

Если машина постоянного тока питается от выпрямителя или статической
преобразователя, то в спектре питающего напряжения появляется большой наШ
переменных составляющих различной частоты. Соответственно на всех этих частотой
бездефектной машине возникают пульсирующие моменты и тангенциальная вибрацИ
Электромагнитная система электрической машины, как и любой ее узел, может имМ
три основных группы дефектов, различающихся по времени их появления Это дефом
изготовления, монтажа и эксплуатации

К дефектам изготовления электромагнитной системы машин переменного тока следуй
отнести

•	несимметричную посадку активного сердечника на вал, приводящую)
периодическому изменению зазора при его вращении (динамический эксцентрисюу
зазора);

'	несимметрию обмоток статора или ротора;

•	дефекты крепления обмоток статора или ротора;	„

•	дефекты стяжки пластин активного сердечника.

К дефектам монтажа электромагнитной системы машины переменного тока следуй

отнести:

•	несоосность статора и ротора, приводящую к асимметрии зазора (статичесв11
эксцентриситет зазора) и, в ряде случаев, насыщению отдельных участков активий!
сердечника, особенно зубцовой зоны.	*

•	неправильное подключение секций обмоток статора или ротора, приводящие™
несимметрии.	

•	сдвиг активных сердечников ротора или статора друг относительно друга вдоль оф
вращения.

В процессе эксплуатации могут возникать как уже перечисленные дефекты, так и новЫ|
Это могут быть прежде всего короткие замыкания обмоток или пластин активного сердМ<
ника статора или ротора, а также обрывы их обмоток. Кроме того, возможны еще и Л
фекты щеточно-контактных узлов, если таковые есть в машине. Итоговый список грув
дефектов, обнаруживаемых по вибрации асинхронного двигателя, имеет следующий и

•	неуравновешенность ротора;

а	дефекты вала (муфты);

•	дефекты узлов крепления;

•	дефекты обмоток ротора (беличьей клетки);

•	дефекты обмоток статора;

	динамический эксцентриситет зазора;

•	статический эксцентриситет зазора;

' несимметрия питающего напряжения;

	нелинейные искажения питающего напряжения.
V синхронных машинах единственным отличием в списке групп дефектов является
£ъедмнение динамического эксцентриситета воздушного зазора, который из-за большой
Йличины зазора слабо проявляется, и дефектов обмотки ротора в одну группу дефектов.
Ьфекты электромагнитных систем машин постоянного тока влияют на вибрацию иначе,
фм дефекты в машинах переменного тока. Это связано с отсутствием в воздушном
*эоре машины вращающихся электромагнитных полей, с одной стороны, и наличием
Йллектора, создающего переменные составляющие тока якоря при коммутации обмоток,
Йругой стороны.

Фсвязи с изложенным, в списки дефектов, возникающих при изготовлении, монтаже и
Всллуатации машин постоянного тока вводятся дефекты щеточно-коллекторного узла.
Исследует разделить по влиянию на вибрацию на две группы. В первую входят дефекты,
Приводящие к появлению низкочастотных переменных составляющих тока якоря и
ВМбрации, преимущественно возбуждаемой пульсирующими моментами на низких
Шстотах, кратных частоте вращения якоря и числу рядов щеток Во вторую входят
дефекты, приводящие к появлению высокочастотных переменных составляющих тока с
«•стотами, кратными числу коллекторных пластин, т е. определяемые ухудшением условий
Пвммутации тока якоря. Во втором случае высокочастотная вибрация машины может и
* изменяться столь значительно, чтобы эти изменения обнаруживались на фоне
флуктуаций зубцовых гармоник вибрации, например из-за изменения нагрузки и т.п.

Слисок групп дефектов, обнаруживаемых в электромагнитной системе машины
Постоянного тока, с учетом сказанного можно представить следующим образом

•	неуравн овешенность якоря;

•	дефекты вала (муфты);

•	дефекты узлов крепления;

•	дефекты обмоток якоря;

•	дефекты системы возбуждения,

•	дефекты щеточно-коллекторного узла;

•	искажения питающего напряжения.

Каждая группа дефектов электромагнитной системы электрических машин переменного
Й постоянного тока имеет свои особенности формирования, развития и влияния
плебательных сил на вибрацию машины.

Неуравновешенность ротора в электрических машинах может быть не только
механической, но и магнитной. Механическая неуравновешенность чаще всего
связана с неоднородным тепловым расширением ротора и дефектами узлов
крепления вращающихся обмоток, электромагнитная - со смещением оси вращения
ротора относительно геометрической оси активного сердечника либо с дефектами
обмоток ротора (якоря). Оба вида неуравновешенности приводят к росту вибрации
на частоте вращения, обычно не сопровождающемуся ростом вибрации на ее
гармониках. Магнитная неуравновешенность приводит также к модуляции зубцовых
гармоник вибрации частотой вращения и очень часто приводит к появлению
значительных пульсирующих моментов с частотой вращения ротора и, соот-
ветственно, к росту тангенциальной вибрации машин на частоте вращения ротора.
Дефекты вала (муфты) в электрических машинах приводят к тем же результатам, что
и в любых вращающихся узлах. Как правило, при дефектах вала, таких как бой,
I искривление, трещины и т.п., растет вибрация машины как на первой, так и на
* высших гармониках вибрации. Дефекты муфты на начальной стадии развития
* приводят к появлению ударных нагрузок на подшипники и обнаруживаются при
* диагностике подшипников, а в развитом состоянии приводят к бою вала и имеют те
же диагностические признаки.
Дефекты узлов крепления статора или машины в целом влияют прежде всего н|
вибрацию машины с частотой вращения ротора, возбуждаемую центробежным*
или электромагнитными силами. Это влияние обычно приводит к скачкообразному
изменению колебательного смещения в том направлении, в котором ослабли узлы
крепления и. следовательно, к росту вибрации на гармониках частоты вращении
ротора. Но по этому росту отделить ослабление креплений, например отбоя валд
невозможно, поэтому при уточнении дефекта требуется сравнивать уровни вибрации
статора в двух (горизонтальном и вертикальном) направлениях. Тогда при ослаЬ
лении креплений уровни вибрации начинают сильно зависеть от направления. В|
многих программах используется другой подход, заключающийся в обнаружении
роста вибрации машины на очень низких частотах, ниже половины частоты вращении
ротора. Эта вибрация возбуждается силами трения в подшипниках в том
направлении, в котором снижается жесткость узлов крепления.

Дефекты обмоток статора в машинах переменного тока приводят к появлению в ни*
несимметрии тока и, как следствие, к пульсирующим с частотой 2fu моментам и*
тангенциальной вибрации ротора и статора. К аналогичным результатам приводя!
и короткие замыкания между пластинами сердечника статора. Зарождающийся
дефект имеет признаки, совпадающие с несимметрией напряжения питания. При
развитом дефекте магнитное поле в зазоре искажается настолько, что появляются
диагностические признаки статического эксцентриситета воздушного зазора.

Дефекты обмотки ротора (беличьей клетки) асинхронного двигателя приводят а
появлению пульсирующих моментов, действующих на ротор и статор я
противоположных направлениях с двойной частотой скольжения ротора 2sfu (гд*
s - величина скольжения) При этом вибрация статора на частотах 2ksfu может и и*
обнаруживаться, так как значение частоты 2 st очень мало и составляет доля
герца. В тоже время пульсирующие моменты со столь низкой частотой приводят!
периодическому изменению частоты вращения ротора, т е. угловой модуляции к*и
частоты вращения ротора, так и всех составляющих возбуждаемой им вибрации
Таким образом, в спектре вибрации машины, например на частоте ее вращений)
появляются боковые составляющие с частотами ± 2ksfu.

Дефекты обмоток ротора синхронной машины переменного тока (двигателя ил*
генератора) приводят к появлению радиальных электромагнитных сил, а в ряд*
случаев, и пульсирующих моментов, действующих на ротор и статор я
противоположных направлениях и имеющих частоту, совпадающую с частотой
вращения ротора. Кроме этого появляется амплитудная модуляция
электромагнитных сил, имеющих зубцовую частоту статора, частотой вращения
ротора. Таким образом, при дефектах обмоток ротора в синхронных машинах растет
вибрация на частоте вращения ротора fap и у зубцовых гармоник вибраций
появляются боковые составляющие, значения частот которых равны kif2±k2fv (где
ki и к2-целые числа).

Кроме дефектов, представляющих собой обрывы или короткие замыкания |
обмотках электрических машин, опасными являются изменения величин зазора*
между ротором и статором. Эти изменения могут, например, иметь вид статическом
эксцентриситета зазора (уменьшение зазора по одной координате статора и
увеличение по другой, противоположной, координате). Причиной статического
эксцентриситета может быть несовпадение осей подшипников с осью статор*
вследствие нарушения технологии сборки подшипниковых > злое, износа подшипника*
и т.п. Возможно появление и динамического эксцентриситета зазора, при котором
участки поверхности ротора, находящиеся на минимальном расстоянии of
внутренней поверхности статора, вращаются вместе с ротором. Причиной такого
дефекта может быть изгиб вала, несовпадение геометрической оси ротора с осью
его вращения, и т.п.

ктический эксцентриситет зазора в электрической машине сопровождается пр€‘жде
всего ростом зубцовых гармоник вибрации статора Кроме того, в машинах
переменного тока возможен рост электромагнитных составляющих вибрации,
отличающихся от зубцовых гармоник на частоты 2kfu (где к=±1 ,±2,±3 - малое целое
число), а также рост уровня вибрации на частоте 2fu, которая возбуждается
радиальными электромагнитными силами, действующими между ротором и
статором. В ряде случаев в машинах переменного тока из-за насыщения активного
сердечника ротора в зоне минимального зазора происходит искажение формы
электромагнитного поля в зазоре, появляются пульсирующие с частотой 6kfu
моменты и возбуждаемая ими тангенциальная вибрация машины.

намический эксцентриситет зазора приводит к амплитудной модуляции зубцовых
гармоник вибрации машины частотой вращения ротора и ее гармониками. При этом
в спектре вибрации у зубцовой составляющей вибрации появляются боковые
гармоники с частотами kifz±k2fap. Кроме того, при динамическом эксцентриситете
зазора могут изменяться уровни вибрации на частоте вращения ротора.

гдующая группа дефектов электромагнитной системы электрических машин,
зывающая влияние на электромагнитные силы и вибрацию, связана с появлением
откозамкнутых участков в пакете активного железа сердечника ротора или статора.
1кже с распушением отдельных пакетов этого железа. В первом случае влияние
юктов на вибрацию оказывается таким же. как и при появлении короткозамкнутых
сов в соответствующих обмотках. Во втором случае в распушенном пакете статора
jhh переменного тока под действием стягивающих электромагнитных сил возни кают
ры отдельных пластин друг о друга и наблюдается соответствующий рост вибрации
о пакета на частотах 2kfu, а также рост воздушного шума машины на тех же частотах,
ме собственно дефектов электромагнитной системы машины в список групп
аруживаемых дефектов входят еще два, связанных с внешними факторами -
мметрией и нелинейными искажениями питающего напряжения переменного тока. В
юк дефектов они введены потому, что, во - первых, могут оказывать негативное
яние на ресурс машины и обслуживающий персонал, а, во-вторых, их диагностические
знаки часто совпадают с диагностическими признаками ряда дефектов собственно
ктромагнитной системы, задача обнаружения которых является весьма важной,
симметрия питающего напряжения обнаруживается по появлению пульсирующего

момента и, как следствие, тангенциальной вибрации статора с частотой 2fu. Этот же
признак, как уже отмечалось, является признаком появления короткозамкнутых
витков в обмотках или активном железе статора. Поэтому для разделения двух
групп дефектов следует использовать дополнительные признаки. Один из них - рост
тангенциальной вибрации на частоте 2fu у многих машин, питающихся от одной «сети,
если напряжение сети несимметрично. Другой - появление признаков статического
и (или) динамического эксцентриситета зазора в том случае, когда имеет место
короткозамкнутый виток в обмотке статора, и токи в этом витке достигли
аварийноопасных значений.

шнейные искажения питающего напряжения обнаруживаются по появлению
пульсирующих моментов с частотами 6kfu и, соответственно, по росту вибрации
машины на этих частотах, причем достаточно часто по преимущественному росту
тангенциальной вибрации. Этот же признак, как уже отмечалось, характеризует
появление магнитного насыщения активного сердечника машины, как правило, в
зоне зубцов ротора. Для разделения этих двух групп дефектов можно использовав
дополнительный признак, заключающийся в том, что при искажениях напряжения
питания вибрация на частотах 6kfu растет у всех машин, питающихся от одной сети
В машинах постоянного тока обнаруживаемые и идентифицируемые дефекты
объединяются в другие группы, число которых несколько меньше, чем в машина!
переменного тока Первые три группы дефектов совпадают как по названию, таки
по диагностическим признакам

Дефекты обмоток якоря приводят к появлению пульсирующих моментов, действующе
на якорь и систему возбуждения с частотами, кратными частоте вращения якор4
а также к флуктуациям величины магнитного поля с теми же частотами Э®
флуктуации приводят соответственно к модуляции зубцовых гармоник вибрации!
частотами kf». Наибольший пульсирующий момент возникает либо с осноэна!
гармоникой частоты вращения вала, либо с гармониками кратности, равной числу
рядов щеток в щеточно-коллекторном узле. т е. с частотой подачи тока в дефектам)
часть обмотки Следует отметить, что к дефектам обмоток якоря с диагностичеаЯ
точки зрения относятся обрывы и короткие замыкания, как в секциях обмотки!
уравнительных соединениях, так и в отдельных ламелях коллектора. В эту же rpyflty
входит и такой дефект, как динамический эксцентриситет воздушного зазор!
приводящий к амплитудной модуляции зубцовых составляющих вибрации частот!)
вращения якоря Однако чувствительность метода обнаружения к такому дефекту
невелика, так как из-за значительной величины воздушного зазора его относительно)
изменение при несовпадении осей вращения якоря с его геометрической озд|
весьма мало Для разделения дефектов обмоток якоря и динамически)
эксцентриситета можно воспользоваться дополнительным признаком, определи}
мым особенностью формирования колебательных сил и моментов на часто®
вращения якоря Так, при дефектах обмотки возникает, в основном, пульсируют®
момент, кроме частоты вращения, еще и на ее четных гармониках. При динамически!
эксцентриситете зазора на частоте вращения якоря действуют преимуществеиЮ
радиальные силы, которые на высших гармониках частоты вращения значителИ)
меньше.

Дефекты системы возбуждения, в которые входят как дефекты установки основн®
и добавочных полюсов, так и дефекты их обмоток, если таковые есть на полюс®
приводят к искажению магнитного поля в зазоре, а следовательно, к росту зубцом}
гармоник вибрации машины. Наиболее надежным критерием появления дефек®
в системе возбуждения являются два - сильная зависимость зубцовых гармон®
вибрации от величины нагрузки и ухудшение условий коммутации тока в щеточм*
коллекторном узле Разделить дефекты якоря и системы возбуждения, после то®
как обнаружен рост зубцовых гармоник вибрации, можно по наличию боковой
составляющих с частотами k.f/kjU, которые являются признаком дефектов в яко)!
Дефекты щеточно-коллекторного узла могут входить составной частью в дефект
обмоток якоря, если это обрывы пластин коллектора или короткое замыкан®
между ними. В этом случае они обнаруживаются и идентифицируются как дефект
обмоток якоря. Такой дефект, как ухудшение условий коммутации, может был
следствием дефектов системы возбуждения в виде перекоса основных иля
добавочных полюсов, обрывов и коротких замыкании * их обмотках. В последние
случае растёт вибрация на зубцовых составляющих, и дефект обнаруживается кй
дефект системы возбуждения, а ухудшение условий коммутации не являет®
самостоятельным дефектом. Наконец, существуют случаи, когда ухудшение услош)
коммутации является первичным дефектом, например из-за плохого контакта щет®
|с несколькими или всеми ламелями коллектора, а также из-за неправильного сдвига
кулис щеточного аппарата. Чаще всего эти дефекты оказывают лишь небольшое
влияние на вибрацию всей машины, и их гораздо проще обнаруживать по искрению
при работе щеточного аппарата, т е. оптическими или электромагнитными датчиками,
с дальнейшим анализом сигнала теми же методами и техническими средствами,
которые используются для анализа вибрации. Исключение составляет случай, когда

. число пластин коллектора не совпадает с числом зубцов якоря. Именно в этом
случае при ухудшении условной коммутации обнаруживается рост вибрации щеточно-
коллекторного узла на гармониках коллекторной частоты. При совпадении числа
(пластин коллектора и зубцов якоря для обнаружения дефектов щеточно-
коллекторного узла необходимо измерять вибрацию на машине в целом и самого
узла, устанавливая датчик вибрации, например, на кулису.

льсации питающего напряжения возникают при питании обмоток якоря или
возбуждения от статических преобразователей электроэнергии, например
регулируемых выпрямителей. Появление или рост пульсаций, т.е. переменных
составляющих напряжения на выходе источника питания машины постоянного тока
f приводит к появлению (росту) пульсирующих моментов и тангенциальной вибрации
L	на частотах, совпадающих с частотами переменных составляющих напряжения. Как

I правило, подобное появление (рост) вибрации указывает на дефекты в источнике
’ питания машины и, в частности, тех элементов источника, которые могут быть
А составной частью машины.

ке перечисленные группы дефектов машин переменного и постоянного тока входят в
шсло обнаруживаемых и идентифицируемых по данным измерения узкополосных
рвктров вибрации неподвижных частей электромагнитной системы электрических машин.

(2. ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ

Дефекты электромагнитной системы электрических машин, как уже отмечалось, влияют
прежде всего на уровни отдельных составляющих низкочастотной и среднечастотной
(ибрации статора и ротора Их влияние на высокочастотную вибрацию значительно
слабее, так как высокочастотные составляющие тока в обмотках и электромагнитного
Юля быстро затухают из-за потерь в активной стали и не возбуждают сколь-либо
рачительной вибрации сердечника. Таким образом, в качестве диагностических
параметров выбираются уровни отдельных составляющих спектра вибрации
тектрических машин, а не характеристики спектров ее огибающей.

Диагностические признаки групп дефектов, обнаруживаемых по спектрам вибрации
Мектромагнитной системы электрической машины, приводятся в табл. 8.1 - 8.3 для
«синхронных электродвигателей, синхронных машин и машин постоянного тока соот-
ветственно. Эти группы несколько различаются для разных типов электрических машин
как по составу дефектов, так и по соответствующим каждому виду дефекта диаг-
ностическим признакам. Кроме дефектов собственно электромагнитной системы машины
I таблицы введены сопутствующие дефекты и особенности работы источников
ректроэнергии и электрической нагрузки, которые в значительной степени определяют
фэможность диагностики. Наконец, в эти же списки включены те дефекты других узлов
фектрической машины, которые обнаруживаются по спектрам вибрации корпуса, что
SbiiuaeT качество диагностики электрической машины в целом.

ки Измерения вибрации (контрольные точки) при диагностике электромагнитной
фстемы электрической машины выбираются таким образом, чтобы обеспечить
эффективное обнаружение всех дефектов, указанных в таблицах, т е, не только дефектов
электромагнитной системы электродвигателя. Таких точек на электрической машине
переменного тока желательно выбрать две. причем в каждой точке необходимы
производить измерение вибрации в двух направлениях, а именно, в радиальном и
тангенциальном по отношению к оси вращения ротора, как показано на рис.8.1

Рис. 8.1. Пример выбора
точек контроля вибрации
электрических машин.

Пользователь по своему усмотрению имеет право сократить число контрольных точм
до одной, однако в ряде случаев это может привести к потере диагностичесцм
информации.

Две основные точки измерения вибрации рекомендуется выбирать на корпусе статор!
в плоскостях торцевых поверхностей ротора. При этом рекомендуется выполнять W
условия. Во-первых, не следует использовать для измерения контрольные точки на узлц
крепления корпуса машины к фундаменту или явновыраженных полюсов к корпусу. в*
вторых, при упругом креплении активного сердечника статора к корпусу машимы
рекомендуется переносить контрольные точки на активный сердечник. И, наконШ
рекомендуется не выбирать обе точки измерения в одной плоскости крепления ям
выраженных полюсов, чтобы не понизить чувствительность при обнаружении дефект
других полюсов. В то же время в каждой из этих точек измерения следует создавать ДЙ
контрольные точки, а именно, для получения спектров радиальной и тангенциальна
вибрации.

Кроме рассмотренных двух точек измерения вибрации (четырех контрольных точШф
пользователь может формировать любое число дополнительных точек контро/Ц
вибрации. Эти дополнительные точки контроля могут оказаться необходимыми, напримМ
для обнаружения дефектов щёточно - коллекторного узла машины постоянного тока, дм
обнаружения распушенных пакетов активной стали, для локализации мест появленм
отдельных дефектов. Так. например, чтобы убедиться в отсутствии распушенных пакету
активной стали, необходимо измерить вибрацию на каждом из них. Локализовать моШ|
появления дефектов можно, например, при сравнении спектров вибрации в точки
крепления разных полюсов явнополюсной машины.

Поверхность корпуса машины в точке контроля вибрации должна быть подготовлена ДЛЯ
установки датчика в радиальном и тангенциальном направлениях. Для этого можИ
использоваться ребро жесткости корпуса или специальный переходной элемент с разниц
плоскостями установки датчика. Датчик рекомендуется устанавливать на магниЦ
контактная поверхность которого смазывается консистентной смазкой.
Таблица 8.1

Частоты составляющих спектра вибрации для обнаружения и идентификации
дефектов электромагнитной системы асинхронных двигателей

	Вид дефекта	Частоты составляющих вибрации	Примечание
я	Неуравновешенность ротора	f^. нет роста kf^, k>1	-
я	Бой вала (муфты)	к>1	Радиальное направление
з	Дефекты узлов крепления	УНЧ (f<0.5fJ	Есть другие дефекты
з	Статический эксцентриситет зазора	2fM.kf,±2k,f,	Радиальное направление для2/м
3	Динамический эксцентриситет зазора	kf.tk.f^	-
1	Дефекты обмоток ротора	к^±2кХ	-
а 1 а а	Дефекты обмоток статора	2f. kf ±2kf u z	1 w	Тангенциальное направление для21я
	Несимметрия напряжения питания	2fu, нет роста kfz± 2kJw	Тангенциальное направление для2Гя
	Нелинейные искажения напряжения питания	6kf ,k=1,2.3... u	Тангенциальное направление
	Неидентифициро- ванный дефект	Рост других гармонических составляющих	

Юмечание: - частота вращения ротора; fe - частота напряжения питания; fx- зубцовая
ртота; s - скольжение ротора; УНЧ - составляющие вибрации на частотах менее 1/2 f ;
й.2.3...;к, = 1,2.3....

бор места крепления датчика на щёточно-коллекторном узле машины постоянного
а в значительной степени определяется её конструктивными особенностями. Поэтому
1ьзователь самостоятельно выбирает место крепления, стараясь обеспечить
[иальное направление измерения вибрации. Если есть возможность, лучше всего
1ерять вибрацию кулисы, к которой крепятся все щёточные узлы.

сим образом, используя изложенную в данном параграфе информацию, оператор
состоятельно выбирает как число точек контроля, так и место установки датчиков
{рации (акселерометров). Поскольку в ряде случаев пользователю необходимо уточнить
кгноз, ниже приводится описание используемых в программе диагностических признаков
I разных типов электрических машин.

Агностические признаки таких дефектов, как неуравновешенность ротора (якоря), бой
1а (муфты), дефекты узлов крепления, одинаковы как при диагностике машины по
{рации подшипниковых узлов, так и по вибрации корпуса (статора). Они подробно
юаны в тех главах настоящей инструкции, которые посвящены диагностике псдимпнинов
льжения или подшипников качения. Единственная особенность связана с тем, что при
Агностике электромагнитной системы вместо второго измерения, а именно, спектра
(бающей высокочастотной вибрации, измеряется узкополосный спектр вибрации в
тангенциальном направлении. По второму измерению (в тангенциальном направлении!
обнаружение указанных трех дефектов не проводится.

Как видно из табл 8.1. диагностическим признаком дефектов обмоток ротора асинхронного
двигателя (беличьей клетки) является появление пульсирующих моментов с двойной
частотой скольжения 2sf„ и, как следствие, появление боковых составляющих вибрации
на частотах kfap с частотами, отличающимися на 2k,sfu.

На рис 8 2 приведены спектры вибрации асинхронного двигателя без дефектов и I
обрывом стержня беличьей клетки, при котором в низкочастотной части спектр!
происходят значительные изменения

причем длительность такого измерения может быть весьма большой, так как у рМ|
асинхронных двигателей частота скольжения sfu может составлять менее 1 % от частой
вращения, особенно при его работе с малой нагрузкой.

Практически только у асинхронных электрических машин по вибрации можно раздели^
две группы таких дефектов, как дефекты обмоток ротора и динамический эксцентрЦ|
ситет воздушного зазора. Диагностическим признаком последнего является наличф
вращающего вместе с ротором несимметричного магнитного поля и, как следста*
появление амплитудной модуляции зубровых гармоник вибрации частотами kfepv ТЖ
появление боковых составляющих у зубцовых гармоник вибрации машины с частота®
kfz*k1fep. Этот признак и является одинаковым для обнаружения динамичеаМ
эксцентриситета воздушного зазора в асинхронных двигателях, дефектов систоМ!
возбуждения в синхронных машинах и дефектов обмоток якоря в машинах постоянной!
тока. В табл. 8.2 приведены диагностические признаки, а на рис.8.3 - спектры вибрацЩ
синхронной машины без дефектов и с дефектом обмотки возбуждения в виД!
короткозамкнутой секции одной из обмоток.

Как видно из рисунка, у магнитных составляющих вибрации на зубцовой частоте f(|
частоте fz-2fu появились значительные боковые гармоники, отличающиеся на частот
Швр Величина дефекта обычно определяется по разности уровней магнитных
ктавляющих вибрации и их боковых составляющих, определяющей глубину ампли-
мной модуляции магнитных составляющих вибрации.

ж. 8.3 Спектры вибрации
фйхронной (а) машины без
ффектов и с дефектом
0мотки возбуждения (б).
Цфширение линий fz. fz ± 2kfu
(условлено наличием бо-
евых составляющих ± fw.

I

^агностическими признаками статического эксцентриситета воздушного зазора в машине
временного тока, используемыми в программном обеспечении АО ВАСТ (см. табл.8.1
|8.2) является рост составляющих вибрации на частотах, отличающихся от зубцовых на
4Встоты +k'2fU( а также рост радиальной составляющей вибрации на двойной частоте
фотающей сети Основной акцент делается на рост составляющих с частотами kf«*kt2fu.
(к как рост вибрации на частоте 2fu обычно оказывается меньше и, кроме того, может
фить вызван и другими причинами. На рис.8.4, приведен спектр радиальной вибрации
(синхронного двигателя без дефектов и со статическим эксцентриситетом зазора.

Рис. 8.4. Спектры ради-
(Льной вибрации асинхрон-
ного двигателя без де-
фектов (а) и со статическим
фсцентриситетом (б).
Таблица 9t

Частоты составляющих спектра вибрации для обнаружения и идентификации
дефектов электромагнитной системы синхронных машин переменного тока

№ п/п	Вид дефекта	Частоты составляющих вибрации	Примечание
1	Неуравновешенность ротора	f , нет роста kfBp. k>1	
2	Бой вала (муфты)	kf ,к>1 •р’	Радиальное направление ’  Л
3	Дефекты узлов крепления	УНЧ (f<0.5fJ	Есть другие дефекты
4	Статический эксцентриситет зазора	2fu.kf,±2k,fu	Радиальное направление^ Для 2fu
5	Дефекты систем возбуждения	W.* kJ.,	-
6	Дефекты обмоток статора	2(и.М.*2кЛ	Тангенциальное направлений для 2fu
7	Несимметрия напряжения питания	2fu, нет роста kfT± 2k,fu	Тангенциальное направление для 2fu
8	Нелинейные искажения напряжения питания	6kf ,к=1.2.3... и	Тангенциальное направлений
9	Неидентифициро- ванный дефект	Рост других гармонических составляющих	

Примечание: - частота вращения ротора; fu - частота напряжения питания; f( - зубцовМ
частота; УНЧ - составляющие вибрации на частотах менее 1/2 fw; к = 1.2, 3,..; к, = 1, 2, 3,

Группа дефектов обмоток статора машин переменного тока, в которую включены таюи|
дефекты активного сердечника, приводящие к нарушению изоляции между пластинами^
выгоранию участков сердечника, также обнаруживается по росту вибрации на частоШ
2fu и на частотах kf24 k,2fu, но основным является первый диагностический признж
причем преимущественный рост вибрации должен происходить в тангенциальном
направлении. На рис.8.5, приведены спектры вибрации бездефектного и дефектного
асинхронных двигателей, измеренной в тангенциальном направлении.

Естественно, что дефекты обмотки статора приводят к тому, что искажается и поля
ротора, а следовательно, появляются и составляющие с частотами kf2 • кД,Р1 но их РОЯТ
оказывается значительно меньше роста составляющих на частотах kf2* k,2fu.

Еще одна группа дефектов электрических машин переменного тока обнаруживается лф,
росту вибрации на частоте 2fu. Это несимметрия фазных обмоток статора. В эту хф
группу входит и несимметрия напряжения питания. Основным диагностическим признаком»
используемым в программах АО ВАСТ для этой группы, является рост уровня
тангенциальной вибрации корпуса машины, дополнительным признаком - отсутствие
роста уровня магнитных составляющих вибрации и боковых гармоник kf2 * k,2fu или
kfz*k,2f«p. Для того чтобы отделить несимметрию обмоток статора от несимметрии
напряжения питания, можно сравнить разность уровней тангенциальной и радиальной
вибрации группы машин, питающихся от одной сети. Если причиной роста вибрации
ляется несимметрия напряжения сети, подобный рост вибрации обнаруживается у
Скольких машин.

^гностическим признаком последней группы дефектов, объединяющей дефекты
кшины (магнитное насыщение отдельных участков активного сердечника) и нелинейные
Иажения напряжения питания, является рост вибрации машины на частотах 6kfu причем
»и малых величинах к - в тангенциальном направлении. Пример спектров вибрации
нератора переменного тока без дефектов и при насыщении зубцовой эоны сердечника
мведен на рис.8.6. Искажение магнитного поля в генераторе приводит к искажениям
пряжения питающей сети, а следовательно, к росту вибрации всех машин, питающихся
этого генератора.

|С. 8.5. Спектры танген-
альной вибрации безде-
^ктного асинхронного
игателя (а) и двигателя с
Ьоткозамкнутым витком
мотки статора (б)

fc. 8.6. Спектры вибрации
Иератора переменного
faa без дефектов и с насы-
Ьнием зубцовой зоны
Разделить дефекты машин постоянного тока на группы и выбрать для них эффективны*
диагностические признаки гораздо сложнее, чем для машины переменного тока. Дело
в том, что число составляющих вибрации электромагнитного происхождения в машин»
постоянного тока невелико, а, кроме того, вибрация машины сильно усложняется и
растет, если пульсирует напряжение питания, что встречается очень часто из-м
подключения к питающей сети различного рода импульсных нагрузок.

Наиболее надежно обнаруживаются дефекты обмоток якоря и дефекты отдельны!
пластин коллектора по появлению у зубцовых гармоник вибрации машины боковыв
составляющих вибрации с частотами kf,-k,fep. Этот признак является основным, I
дополнительным - рост тангенциальной вибрации машины на частотах kfap, см табл.8 3
Группа дефектов системы возбуждения очень большая, так как в нее включены
статический эксцентриситет воздушного зазора (перекос основных или дополнительны)
полюсов), ослабление креплений полюсов, дефекты обмоток возбуждения (обрывы*
короткие замыкания) и дефекты систем регулирования тока возбуждения. Диагност**
ческий признак всех этих дефектов один - рост зубцовых составляющих вибраций)
который не позволяет идентифицировать конкретный вид из числа перечислении
здесь дефектов

Таблица в 3

Группы дефектов машин постоянного тока и частоты составляющих вибрации для
их обнаружения

№ п/п	Вид дефекта	Частоты составляющих вибрации	Примечание
1	Неуравновешенность якоря	f .нет роста kf . k>1 •₽ •©	-
2	Бой вала (муфты)	kf . к>1	Радиальное направление
3	Дефекты узлов крепления	УНЧ (f<0.5fw)'	Есть другие дефекты
4	Дефекты обмоток якоря	Wv.kfI±2k,fw	Тангенциальное направлемш A™ 2f.o
5	Дефекты системы возбуждения	kf,. нет kf,± k,f,p	-
6	Дефекты щеточно - коллекторного узла	kf	-
7	Пульсации напряжения питания	г.	Ч	Тангенциальное направление
8	Неидентифициро- ванный дефект	Рост других гармонических составляющих	

I»

Примечание - частота вращения якоря; f2 - зубцовая частота; - коллекторная частот!;
частота пульсаций напряжения питания; УНЧ - составляющие вибрации на частотах мвий
1/2 fep; к = 1. 2. 3. .. ; к, = 1.2. 3.

Именно поэтому для идентификации вида дефектов приходится выполнять ДОЛ**
нительные измерения вибрации, особенности которых часто зависят от конструм|м
машины. К наиболее общим признакам эксцентриситета зазора можно отнести зависимо**)
уровня зубцовой гармоники вибрации от величины нагрузки. Эффективным способов
ентификации ослабления крепления полюсов машины является сравнение зубцовых
Вставляющих вибрации на болтах их крепления к ярму. Наконец, дефекты систем
гулирования можно выявить по синхронному росту составляющих вибрации и тока
Ьбуждения.

ке эти дополнительные признаки пользователь должен учитывать самостоятельно,
^зависимости от конкретных условий работы машины постоянного тока.

(диагностическим признакам дефектов щеточно-коллекторного узла, используемым
диагностических программах, также относится рост вибрации на коллекторных
рмониках. Но этот признак можно считать лишь первичным, так как после его
Йнаружения выполняется весь комплекс дополнительных измерений, необходимый
льзователю для идентификации дефекта системы возбуждения совместно со
Ьточно-коллекторным узлом. Дополнительными признаками дефектов щеточно-
ллекторного узла являются:

г • возникновение боковых составляющих у коллекторных гармоник вибрации с
I частотами • kf^, причем преимущественно с четными гармониками к;

I • появление искрообразования в зоне коллектора;

I * преимущественный рост вибрации щеточно-коллекторного узла, например его
А кулисы.

шь при появлении хотя бы части из дополнительных признаков можно идентифи-
ировать обнаруженный рост вибрации как следствие появления дефектов щеточно-
Гплекторного узла.

диагностическим признакам пульсаций питающего напряжения можно отнести
Неимущественный рост вибрации сразу на нескольких частотах, не связанных с
^явлением дефектов в других узлах машины. После обнаружения такого роста
фобходимо проводить спектральный анализ напряжения в системе возбуждения или
ока якоря, и при совпадении частот составляющих напряжения (тока) и вибрации
аентифицировать рассматриваемый вид дефекта.

фиболее частые случаи появления таких пульсаций связаны с использованием
фпрямителей, а преимущественная частота таких пульсаций равна 3kfu где fu - частота
фти переменного тока, от которой питается выпрямитель.

Г

$.3. ВЫБОР ПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ, РЕЖИМОВ РАБОТЫ

САШИНЫ И ПОРОГОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ

бор периодичности измерений производится пользователем, исходя из имеющейся
ftpero информации о скоростях развития дефектов электромагнитной части электричес-
фх машин. В то же время программа выдает рекомендации по периодичности
фмерений, которые являются общими для всех видов диагностируемых узлов. Эти
|комендации составлены на основании опыта практической диагностики различных
пов роторных машин.

веющийся опыт диагностики электромагнитных систем электрических машин
называет, что большинство анализируемых в программе дефектов развивается
статочно медленно, и интервалы между их обнаружением на начальном этапе
звития и отказом машины могут составлять до 20-30% от среднего ресурса машины,
то же время часть дефектов и, в частности, дефекты электрических цепей могут
звиваться очень быстро и скачкообразно, причем интервалы между подобными
вчками не поддаются количественной оценке.

)и разработке рекомендаций учитывался ряд практических условий работы электри-
ских машин в составе различных установок. В частности, предполагалось, что
установка имеет средства аварийной защиты, например, предохранители, отключающие
установку в случае возникновения коротких замыканий в электрических цепях, те
последствия отказов в электрических цепях машины не оказываются столь
катастрофическими, как при ряде дефектов механических систем. В этих условиях задачу
диагностики электрических цепей можно свести не к долгосрочному прогнозу их состояния
а к обнаружению имеющихся и установившихся по величине дефектов, предполагая, что
электрическая машина может работать с этими дефектами достаточно продолжительно!
время. Принятие решения о том, нужно ли производить срочный ремонт машины поело
обнаружения такого дефекта или продолжать ее эксплуатацию до следующего
скачкообразного изменения состояния (отказа), ложится на пользователя

Подобный подход при выборе интервалов между измерениями позволяет применять то
рекомендации, которые используются при диагностике механических узлов трения, и
рекомендовать производить измерения до момента обнаружения дефекта г
периодичностью от одного до трёх месяцев.

При средних дефектах интервалы между измерениями рекомендуется сократить в )
раза, при сильных - ещё в 3 раза, если не принято решение о начале ремонта или
обслуживания.

Весьма важным фактором, определяющим эффективность диагностики, является выбор
режима работы машины при периодическом измерении вибрации. Первая рекомендации
относится к частоте ее вращения во время диагностических измерений. Для того чтобы
производить эффективное сравнение измерений, выполненных в разное время
рекомендуется поддерживать частоту вращения одинаковой с точностью порядка 10%
Еще более жесткой является точность поддержания частоты вращения в течение одного
измерения, которая не должна быть хуже 1% Здесь следует отметить, что количесПИ
необходимых усреднений при измерении прямых спектров вибрации оказывается меньш!
чем при измерении спектров огибающей, и составляет величину порядка 6-8, т!
измерения прямых спектров значительно короче, поэтому проще поддерживать
стабильность частоты вращения во время их проведения. Наконец, существуют
рекомендации по выбору величины нагрузки на электрическую машину. Лучше всего при
выполнении диагностических измерений сохранять одну и ту же величину нагрузки. Таю,
для асинхронных двигателей рекомендуется выбирать режим максимальной нагрузки и1
всех тех, которые предусмотрены штатными режимами работы машины. Это упрощав!
процедуру обнаружения такого дефекта, как обрыв беличьей клетки ротора, так как |
таком режиме величина скольжения st - максимальная. Для синхронных машин величин!
нагрузки не имеет решающего значения, однако она должна быть одной и той же при
проведении всех диагностических измерений.

В машинах постоянного тока желательно диагностику производить в двух разных режима*
работы В одном из режимов величина нагрузки должна быть максимально возможно!,
в другом - минимальной При необходимости пользователь сможет сравнить вибрацию
на этих двух нагрузках и пс росту зубцовой гармоники вибрации более точно определи?!
величину дефекта системы возбуждения

Все дефекты электромагнитной системы электрических машин, обнаруживаемы!
автоматически при анализе спектров вибрации, делятся на средние и сильные. В отличи!
от дефектов механических узлов слабые дефекты электромагнитной системы обнаружить
практически невозможно. Этот факт определяется тем, что величина диагностического
параметра (уровня соответствующей составляющей спектра вибрации) при отсутствии
дефекта практически во всех случаях не равна нулю. Естественный разброс измеряемое
параметра обычно выше того значения, на которое эти величины изменяются при
[явлении слабого дефекта, т.е. достоверность обнаружения слабого дефекта весьма
па.

» пороговые значения, используемые для обнаружения дефектов и их идентификации
жчательно задаются пользователем на основании опыта эксплуатации конкретного
да оборудования. В то же время разработчики приводят в инструкции рекомендованные
нения порогов, используемые на начальном этапе эксплуатации диагностической
зтемы. и правила, по которым производится корректировка этих значений.

лектре вибрации электрических машин диагностическими параметрами являются не
1ько уровни отдельных составляющих спектра, но и соотношение (разность) уровней
ювных и боковых составляющих спектра, а также разность уровней вибрации в
<генциальном и радиальном направлении.

комендуемым пороговым значением для обнаружения дефекта как по росту уровня
ювной составляющей спектра, так и по разности уровней составляющих в тангенци-
ьном и радиальном направлениях, является 20 дБ для сильного и 10 дБ для среднего
ЩФекта- Эти пороговые значения относятся к приросту уровня контролируемой
вставляющей (разности составляющих) по сравнению со средним значением уровня той
 составляющей, рассчитанного не менее чем потрем предыдущим измерениям. При
внаружении дефектов по боковым составляющим спектра вибрации рекомендуемое
(роговое значение относится к среднему приращению следующих составляющих
Мрации:

|	дй = ^(ди41 + д1л2-дью),

f	J

alai.ala2-приращение уровня боковых составляющих. приращение уровня
новной составляющей

Вльзователь имеет возможность изменить пороговые значения на начальном этапе
сплуатации программ с учетом например последствий возможных отказов
агностируемой машины в составе производственного комплекса В то же время
эработчики предлагают достаточно простои алгоритм уточнения порогов по мере
копления статистических данных по дефектации машин

(рректировка пороговых значений может производиться неоднократно, по Мере
Скопления статистической информации с учетом результатов дефектации машин как
еаботавших свой ресурс, так и направляемых в ремонт по результатам диагностики
ювным требованием для отбора машин в соответствующую группу является
Щи на новый вид наиболее сильного из обнаруженных дефектов, а также мнение
Щльзователя чго продолжение эксплуатации машины невозможно.

м. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УТОЧНЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ

А

Основным режимом работы систем диагностики является автоматическая диагностика
||лов машины по группе спектров, измеренных при ограничениях! накладываемых
фограммой. Одним из важнейших ограничений является выполнение измерений вибрации
t начальном этапе эксплуатации системы диагностики, необходимых для
оматического построения эталонов бездефектного узла.

(специальных версиях программ такой эталон может строиться поданным измерений
•уппы одинаковых машин причем точки и направления измерений, а также режимы
боты этих машин и способы крепления к фундаментным конструкциям должны быть
античны. Рекомендации, изложенные ниже, предлагаются лишь для первого случая и
направлены на оказание помощи оператору в составлении отчета о состоянии машиим
в целом по результатам автоматической диагностики отдельных узлов.

При составлении подобного отчета по электрической машине пользователь, как правим
сталкивается с одной из следующих ситуаций, требующих от него нестандартных решений

1.	Результаты мониторинга указывают на изменение вибрационного состояний
машины, а данные автоматической диагностики не указывают на наличие дефе<Л#
Причинами может быть изменение режима работы машины, изменение условиЙЦ
работы, например включение рядом стоящих машин, несимметрия или искажемм!
в электрической сети, а также неправильно выполненные измерения. Пользователе
в этом случае можно рекомендовать произвести повторные измерения, определив
частоты тех составляющих, которые дали изменения в результаты мониторингу
найти те узлы, которые могут быть источником этих составляющим Й
проконтролировать результаты автоматического мониторинга и диагностики ЭНИ
узлов.

2.	Результаты мониторинга не указывают на изменение вибрационного со стояк*
машины, а результаты диагностики дают сильные дефекты отдельных уэлф
Причинами такой ситуации может бьггь появление опасных дефектов, не изменяющий
на момент измерения в значительной степени низкочастотную вибрацию, а таф
ошибки в измерениях, выполненных оператором. И в этом случае пользоватМЙ
рекомендуется повторить измерения, а при продолжении эксплуатации проводил
более частые измерения вибрации, используемые для мониторинга, чтобы ив
пропустить предаварийной ситуации в случае быстрого развития дефекта

3	Обнаружено изменение состояния по данным мониторинга и различные дефеюш
в том числе неидентифицированные, в нескольких узлах машины. Причиной, ф
правило, является дефект одного узла, который оказывает влияние на динамичесф
нагрузки, действующие на другие узлы. В этом случае пользователю рекомендует*
произвести анализ тех составляющих вибрации, изменение которых позволил*!
автоматическом режиме обнаружить дефекты в разных узлах. Как правило, й*
составляющие одной группы (гармонического ряда) и, если они стали причииЙ
неидентифицированных изменений, дефект, обычно, присутствует только в ОДИШ
узле.	♦

4.	Обнаружены неидентифицированные дефекты, особенно в случае диагностик
подшипников электрической машины переменного тока по спектрам огибающ||
вибрации.	>

Причиной этого является, обычно, высокий уровень магнитных составляющий
вибрации машины. При формировании огибающей высокочастотной вибрации!
полосу фильтра детектора огибающей попадают несколько сильных гармонический
составляющих, и в спектре огибающей появляются линии с частотами, равным!
разности частот магнитных составляющих. Чаще всего это линии с частотами 2№
(где fu- частота питающей сети). Пользователю рекомендуется измерить $
контрольной точке спектр вибрации подшипника до частот порядка 20 кГц *
убедиться в том. что полоса фильтра детектора огибающей выбрана правили*
(нет сильных магнитных составляющих в этой полосе), либо изменить ее. Можи!
также изменить контрольную точку на корпусе подшипникового узла таким образом»
чтобы в ней уровень высокочастотной случайной вибрации был более высоким, I
магнитные составляющие вибрации - более низкими.

Кроме перечисленных наиболее общих рекомендаций пользователь мож*
воспользоваться и другими рекомендациями, изложенными в других главах настоящй*
пособия.
Оглавление

ВЕДЕНИЕ............................................3

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ДИАГНОСТИКИ МАШИН.......................3

СОПОСТАВЛЕНИЕ С МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКОЙ...............5

СИСТЕМЫ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ.......................7

i АНАЛИЗ ВИБРАЦИИ РОТОРНЫХ МАШИН........................П

.1.1, МОНИТОРИНГ И ДИАГНОСТИКА...........................11

1.2.	СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ В ЗАДАЧАХ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ
РОТОРНЫХ МАШИН.........................................14

1.3.	СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОГИБАЮЩЕЙ
СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА В ЗАДАЧАХ ДИАГНОСТИКИ
РОТОРНЫХ МАШИН........................................20

1.4.	ДРУГИЕ ВИДЫ АНАЛИЗА СИГНАЛОВ.....................27

: ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ..............28

; 2.1. СТРАТЕГИЯ ВИБРАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА.............28

2.2.	СТРАТЕГИЯ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ...............33

2.3.	ПОСТРОЕНИЕ ЭТАЛОНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПОРОГОВЫХЗНАЧЕНИЙ.....................................39

ДИАГНОСТИКА ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ............44

3.1.	ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ ПОДШИПНИКОВ
НА ВИБРАЦИЮ МАШИНЫ....................................44

3.2	ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И
ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ........................... 49

3.3.	ВЫБОР ПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ.
РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАШИНЫ И ПОРОГОВЫХЗНАЧЕНИЙ.............55

3.4.	РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УТОЧНЕНИЮ
РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ..............................57

ДИАГНОСТИКА ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ......................59

4.1.	ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ ПОДШИПНИКОВ НА
ВИБРАЦИЮ МАШИНЫ......................................59

4.2.	ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ.... 64

4.3.	ВЫБОР ПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ, РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАШИНЫ И
ПОРОГОВЫХЗНАЧЕНИЙ.....................................78

4.4.	РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УТОЧНЕНИЮ
РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ...............................81
5.	ДИАГНОСТИКА МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ ...................82

5.1	ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА ВИБРАЦИЮ
МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ..................................82

5.2	. ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И
ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ.............................8?

5.3	. ВЫБОР ПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ. РЕЖИМОВ РАБОТЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ПЕРЕДАЧИ И ПОРОГОВЫХ
ЗНАЧЕНИЙ ДЕФЕКТОВ	...........99

5	4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УТОЧ1IEIIИIO
РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТ ИКИ............................101

6.	ДИАГНОСТИКА РЕДУКТОРОВ.............................102

6 1 ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ 11А ВИБРАЦИЮ РЕДУКТОРА.........102

6.2	ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И
ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ...........................Ill

6	3. ВЫБОРПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ. РЕЖИМОВ РАБОТЫ РЕДУКТОРА И
ПОРОГОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДЕФЕКТОВ.........................120

6.4	РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УТОЧНЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ
ДИАГНОСТИКИ ........................................122

7.	ДИАГНОСТИКА РАБОЧИХ КОЛЕС..........................124

7	I ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА ВИБРАЦИЮ МАШИН
С РАБОЧИМИ КОЛЕСАМИ ..................................124

7.2.	ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И
ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ.............................121

7.3.	ВЫБОРПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ. РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАШИНЫ И
ПОРОГОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ ...................................135

7.4.	РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УТОЧНЕНИЮ
РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ...............................137

8.	ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН..............................................  139

8.1	ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА ВИБРАЦИЮ МАШИНЫ.............138

8.2.	ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И
ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ...........................14J

8.3.	ВЫБОРПЕРИОДИЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ.
РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАШИНЫ И ПОРОГОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ............153

8.4.	РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УТОЧНЕНИЮ
РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ...............................15!
КРАТКИЙ КАТАЛОГ
систем мониторинга, диагностики и балансировки
производства предприятий Ассоциации ВАСТ

Решение проблем

•	Контроля вибрации

•	Диагностики технического состояния
вращающегося оборудования

-	Долгосрочного прогноза технического
состояния

•	Планирования ремонтных работ

•	Перехода на обслуживание по состоянию

•	Балансировки роторов на месте
эксплуатации

Основные преимущества систем ВАСТ по сравнению с
аналогами ведущих фирм мира

Снижение удельных затрат на диагностику машины не менее чем в 10 раз, в том
числе в два раза - за счет стоимости системы и в пять раз - за счет повышения
производительности.

Возможность использования системы операторами без специальной подготовки в
области вибрационной диагностики.

Возможность получения диагноза и прогноза состояния различных видов узлов, в
том числе подшипников качения, по однократным измерениям вибрации.

Автоматическая обработка результатов измерений.

Автоматическая постановка диагноза и прогноза.

Автоматическая выдача рекомендаций по обслуживанию машины с учетом ее
фактического состояния.

Достоверность получаемых результатов диагноза и прогноза выше 90%.
г Диагностика, не требующая изменений режимов работы машин.

Отсутствие жестких требований к качеству выполнения диагностических измерений.
D. Диагностика линии вала и опорных конструкций при балансировке.

Виды систем диагностики

Переносные, для профилактической диагностики основного и вспомогательного
борудования.

Стендовые, для периодической диагностики транспорта, а также для входного и
ыходного контроля состояния продукции.

Стационарные, для непрерывного наблюдения за состоянием основного оборудования.
(омбинированные, для мониторинга и глубокой диагностики основного оборудования.
Опечатки

На стр.43 - нижняя формула:

должна быть изменена на: &Lnop = (АА) + ДА/ — △Aocw)/3« ;

В таблице 3.1 (стр. 51) п/п № 6 столбец с частотами основных

признаков спектра огибающей - выражение “ kfep/2 ” изменить на “

kfep

На стр. 62 формула: dc « (dH -de)/2 должна быть заменена

формулой: dc ^(dH +de)/2;

На стр. 7Ч4 рис. 4.12 спектр вибрации на 1000 Гц. - выражение
“5fIKifc“ изменить на w‘5fTK-fc“;

На стр. 97 на рис. 5.6 б выражение “fepl+fep/4 изменить на “2fepi-
feP2“;

На стр. 104 формула (6.3): “fep2 = 0.5*(fepi *(Z|/(Zl+Z2)’" должна
быть изменена на: “Гвр2 = 0.5*( fepi*(Z|/(Z|+Z2)))“;

На стр. 108 в спектре вибрации на рис 6.6 б выражение “4fz ± fep“

Изменить на ki4fz - Гвр‘\

На стр. 116 таблица 6.1 п/п №7 столбец с частотами основных
Признаков спектра огибающей - неравенство “к>7” должно быть
Заменено неравенством “к<7”;

На стр. 118 таблица 6.3

-	п/п №7 столбец с частотами основных признаков спектра
вгибающей - неравенство “к>7” должны быть изменено на “к<7”;

-	п/п №3 столбец с частотами дополнительных признаков спектра
шбрации и спектра огибающей - выражения “kfzi ± к1(Гврь Гвр2)” и
“kfz2± k[(fBp|. Гврг)’’изменить на “kfzi ± k|(fepi - Гвр2)” и “kfz2 ±
ki(fepi - f вр2)”;

На стр. 119 таблица 6.4 п/п №3 столбец с частотами
дополнительных признаков спектра вибрации и спектра огибающей
выражения “kfzi ± к|(Гврь fep2)” и "kfz2 ± ki(fepi_ fep2)” изменить на
“kfzi ± k)(fBpi - Гвр2)” и “kfz2 ± k^fep! - f вр2)”;

Во всех выражениях, например, “+10%’\ “+kifep'’ или “kfe+kifep’4
заменить “+” на “1” (см. стр 32, 36, 51, 69, 71-74, 79, 90, 96, 99, 113,
120, 129, 130, 136, 148-150, 152, 153).