Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Вибрация в подшипниках качения



 

Интенсивным источником механической вибрации и шума у многих машин, включая бытовые, являются подшипники качения, которые обычно устанавливаются на электроприводах машин (ротор на подшипниках) и других важных узлах объектов (валы, вентиляторы и т.д.)

Внутренние силы, вызывающие вибрацию подшипников качения, обусловлены допусковыми отклонениями элементов подшипника и монтажных размеров, зависящими от точности, принятой при изготовлении деталей. Силы возникают от разностенности колец подшипников, овальности и разномерности тел качения, волнистости на дорожках качения, радиального и осевого зазоров между телами качения и кольцами, а также зазора в гнездах сепаратора.

Однако даже идеально изготовленный подшипник качения является источниками колебаний из-за неодинаковой статической или динамической нагрузки на тела качения, проскальзывания тел качения в местах контакта с кольцами, завихрений воздуха (смазки), увлекаемого системой качения. Рассмотрим поподробнее причину указанную первой, в виду значимости влияния на вибрацию.

Неравномерность нагрузки на тела качения приводит к нестабильности жесткости подшипника при вращении ротора, что наиболее сильно влияет на характер вибрации в приводах с горизонтальным ротором при наличии в подшипнике радиального зазора. Статическая нагрузка, т.е. сила тяжести ротора, распределяется всего на два-три тела качения. Число этих тел изменяется на единицу с частотой перекатывания тела качения по наружному кольцу подшипника w­н

, (4.6)

 

где w С - частота вращения сепаратора;

Z ТК - число тел качения.

Частота вращения сепаратора с связана с частотой вращения внутреннего кольца (ротора) rt следующим выражением

, (4.7)

где dTK - диаметр тел качения;

dC -диаметр сепаратора, т.е. окружности проходящий через центры тел качения;

a - угол контакта тел и дорожек качения.

Частота контакта точки тела качения с одной из дорожек качения

. (4.8)

Неравномерность нагрузки на тела качения приводит к возникновению параметрических колебаний ротора на частотах kw­H (k=0,1,2,...,n).

Если частота параметрических колебаний ротора значительно ниже частоты его собственных колебаний на опорах, то амплитуда колебаний определяется равенством статических радиальных нагрузок

 

, (4.9)

где - вектор силы тяжести ротора;

- вектор силы реакции от деформации i-го тела качения;

-коэффициент описывающий реакцию тела качения;

di - деформация i-го тела качения.

На рис. 4.2 приведена схема статических нагрузок на тела качения для случая, когда величина зазора в ненагруженном подшипнике равна d0.

 

Рис. 4.3. Схема статических нагрузок на тела качения подшипника.

 

Величина деформа-ции di-го тела качения определяется зависимостью от параметров подшипника[3].

 


,(4.10)

где RН, RВ - радиусы наружного и внутреннего колец подшипника;

RTKi- радиус i-го тела качения;

Dx и Dy - смещение оси ротора относительно оси подшипника в горизонтальном и вертикальном направлении соответственно;

g0 - угол поворота тела качения принятого за начальный, относительно вертикали;

g0 + 2pi / zTK - угол i-го тела качения.

Совместное решение уравнений (4.9) и (4.10) позволяет определить смещение ротора от оси подшипника в горизонтальном Dx(t) и вертикальном направлениях Dy(t) как функцию угла g0 поворота сепаратора или времени. При большом радиальном зазоре в подшипниках могут возникнуть автоколебания ротора обычно с частотой 2wс, что опасно возникновением резонансных явлений.

Колебания роторов в роликовых подшипниках также описываются уравнениями (4.9) и (4.10), однако сила реакции роликов пропорциональна первой степени их деформации di, т.е. FTKi = CTKi ·d i,гдеCTKi = 1,8 · 106 ( - длина тела качения).

Параметрические колебания ротора в приводах вертикального исполнения отсутствуют при отсутствии дефектов сборки и изготовления. Вертикальный неуравновешенный ротор при вращении в подшипниках качения может стать источником параметрических колебаний с частотой wВ = k (wrt - wс) · zTK , однако их амплитуда в вертикальных приводах меньше, чем в горизонтальных, т.к. центробежная сила обычно меньше, силы тяжести.

Большая группа составляющих вибрации механического происхождения вызывается технологическими дефектами изготовления и сборки деталей подшипника, а также эксплуатационным износом.

К дефектам изготовления подшипников обычно относят овальность и гранность дорожек качения, разномерность тел качения, отклонение их форм от расчетных, нарушение требований по чистоте обработки.

К дефектам сборки подшипниковых узлов и механизма в целом относят перекос внутреннего и наружного колец подшипника, появление радиального натяга в подшипнике, принудительное центрирование валов привода и механизма при стыковке и перекос соединительных муфт. Последние два приводят к появлению вращающейся радиальной нагрузки на поверхности качения (излом оси вала) или изменению величины статической нагрузки.

Износ подшипников качения связан с появлением зазоров, выбоин на телах качения и рабочих поверхностях внутренних и наружных колец, а также с качеством смазки.

Влияние дефектов износа на вибрацию подшипников качения и механизма в целом проявляется на фоне влияния дефектов сборки и изготовления, причем тогда когда величина дефекта износа превысит величину дефекта изготовления. Поэтому основным признаком отличающим вибрацию износа от вибрации дефектов изготовления, является рост интенсивности высших гармоник и при развитии износа.

Основные составляющие вибрации горизонтального эл.привода с радиальными подшипниками качения при наличии в них дефектов приведены в Табл. 4.1. Аналогичные данные по дефектам подшипников качения с осевой нагрузкой приведены в Табл. 4.2.

 

Табл. 4.1. Частоты основных составляющих вибрации подшипников качения со статической радиальной нагрузкой.

Частота Вид дефекта
f изготовления сборки износа
кwс Разномерность тел качения _______ Неравномерный износ тел качения
wrt Несоосность вала и внутреннего кольца _______ Неравномерный износ внутреннего кольца
  Основная причина вибрации - неуравновешенность ротора.
2wrt Овальность внутреннего кольца Перекос внутреннего кольца Неравномерный износ внутреннего кольца
кwrt Гранность внутреннего кольца
2kwTK Нарушение формы тел качения _______ Неравномерный износ, сколы на телах качения
wH Принудительная центровка валов
2wH Перекос наружного кольца
кwH Раковины, трещины на наружном кольце
wB Излом линии стыкуемых валов
к1wB ± к2wrt Раковины, трещины внутреннего кольца

 


 

Табл. 4.2. Частоты основных составляющих вибрации дефектных подшипников качения со статической осевой нагрузкой.

 

 

Частота Вид дефекта
  Изготовления Износа
  1. Дефект сборки - перекос наружного кольца
кwс Разномерность тел качения Износ тел качения
кwrt Овальность, гранность внутреннего кольца Неравномерный износ внутреннего кольца
2кwTK1wTK + к2wc кwH Отклонение формы тел качения от расчетной Неравномерный износ, сколы тел качения
кwВ к1wВ + к2wrt Раковина, трещина на внутреннем кольце
  2. Дефект сборки - перекос внутреннего кольца
кwс Разномерность тел качения Неравномерный износ тел качения
кwrt Овальность, гранность наружного кольца Неравномерный износ наружного кольца
2кwТК1wТК ± к2wrt Отклонение формы тел качения от расчетной Неравномерный износ, сколы на теле качения
к1wВ1wВ ± к2wrt1wВ ± к2(wrt -wс) Раковина, трещина на внутреннем кольце

 

 

Типовые спектры огибающей вибрации подшипников качения (роликового - серии 2317, шарикового - серии 317) представлены на рис. 4.4.

 


А).

DL, дБ

 
 

 


Б).

 

       
 
перенос внутреннего кольца
 
   
деформация тел качения

 


В).

 

Г).

 

 
 
перекос муфты

 


0 100 200 300 400 f, Гц

 

Рис. 4.4. Спектр огибающей вибрации:

а) роликового бездефектного подшипника;

б) роликового подшипника с переносом внутреннего кольца;

в) шарикового подшипника с “наклепом”;

г) шарикового с перекосом стыковочной муфты.

 

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.