D 2. KARTA DIAGNOSTYCZNA MASZYN O RUCHU OBROTOWYM

Jak powiedziano we wprowadzeniu, doświadczenia drganiowej diagnostyki maszyn

narastają od lat czterdziestych obecnego stulecia. Warto się więc zapoznać i przestudiować
kartę diagnostyczną maszyn o ruchu obrotowym, która podaje przyporządkowanie „symptom

→

uszkodzenie" w kategoriach prawdopodobieństwa wykrycia w skali 0

÷

10 punktów.

Analizując ostatni wiersz tabeli, mający charakter statystyczny, można dojść do wniosku, że
najwięcej uszkodzeń wykryjemy mierząc drgania w kierunku poziomym na wale lub
obudowie łożyska i dla częstotliwości obrotowej f

o

. Nie trzeba dodawać chyba, że w ten

sposób powyższą kartę można wykorzystywać do projektowania układów i sposobów
diagnostycznej oceny maszyn. Cennym uzupełnieniem karty są komentarze do niej
poszerzające wiedzę o możliwych uszkodzeniach maszyn i sposobach ich rozróżniania.

KOMENTARZE DO KARTY ZBIORCZE! DIAGNOSTYKA WIBROAKUSTYCZNA MASZYNO RUCHU

OBROTOWYM

NIEWYRÓWNO –
WAŻENIE

Powszechna przyczyna drgań w maszynach, amplituda proporcjonalna do wielkości niewyrównoważenia. Może być
przyczyną ocierania o uszczelnienia, ocierania wirnika, zniszczenia łożysk, rezonansu. Wały i wirniki wspornikowe mogą
wykonywać względnie duże amplitudy drgań osiowych.

NIEOSIOWOŚĆ
LUZY
ODKSZTAŁCENIA

Nieosiowość objawia się dużymi drganiami osiowymi, jeśli amplituda składowej osiowej (2f

o

) przekracza 75% składowej f

o

(radialnej) to stan taki może spowodować awarią maszyny. Luzy są przyczyną wielu problemów drganiowych, mały luz
może być przyczyną groźnych drgań. Luzy w obsadzie łożysk mogą być pomylone z wirem olejowym, zwykle towarzyszą
niewyrównoważeniu i nieosiowości. Odkształcenia powodują drgania pośrednio wytwarzające nieosiowość, ocieranie
wirnika, nierówne obciążenie łożysk. Ocieranie charakteryzuje się bardzo szerokim widmem, często ultradźwiękowym,
może powodować nagrzewanie lokalne wirnika (wału), jego wygięcie, a także kawitację w łożyskach i rezonanse.

DEFEKTY
ŁOŻYSK LUB
CZOPÓW

Uszkodzone łożyska toczne generują drgania o szerokim widmie zwłaszcza w dziedzinie częstotliwości wysokich, zaleca się
pomiar przyspieszeń. Mimośród czopa wału jako źródło drgań nabiera wagi jeśli wał zakończony jest przekładnią.

DEFEKTY
ŁOŻYSK
ŚLIZGOWYCH

Wir histerezowy - rzadki ale groźny, objawia się wirowaniem czopa wału w kierunku zgodnym z obrotami, wywołany jest
destabilizacyjnym działaniem sił tłumienia wewnętrznego (histerezowego) wału. Siły te przesunięte są w fazie o 90

°

względem naprężeń zginania wału. Wir olejowy - zgodny z kierunkiem obrotu wału, wywołany falą ciśnienia w warstwie
oleju łożyska ślizgowego. Wzbudzenie drgań może nastąpić w okolicy 1/2 f

o

. Podobne przyczyny daje wir rezonansowy.

Wir cierny - przeciwny do kierunku obrotu wału, powstaje w wyniku chwilowego bezpośredniego i suchego kontaktu czopa
z panwią, pierwotna przyczyna - złe smarowanie, zbyt duży ruch czopa w panwi.

PRZEKŁADNIE
SPRZĘGŁA

Nieosiowość i mimośród są pierwotną przyczyną uszkodzeń przekładni, pitting i wżery są wynikiem niejednorodnego
rozkładu obciążenia. Sprzęgła są wrażliwe na nieosiowość i drgania skrętne. Wiry w łożyskach ślizgowych mogą tu być
również niebezpieczne.

KRYTYCZNE
WARUNKI PRACY

Istotną różnicą między krytycznymi warunkami pracy a rezonansowymi dowolnego elementu jest w braku zmiany kierunku
lub rodzaju naprężeń. Np. wał w stanie krytycznym nie oscyluje lecz wiruje z dużym ugięciem bez zmiany kierunku
naprężeń zginających. Stan krytyczny może być usunięty przez wyrównoważenie wałów, wirników, sprzęgieł itp. lub
zmianę częstotliwości obrotowej fo.

REZONANS

Rezonans nie generuje tylko wzmacnia drgania z innych źródeł. Może spowodować groźną sytuację wzmacniając drgania
znamionowe maszyn lub pulsacje w rurociągach. Często jest przyczyną drgań wirowych w łożyskach ślizgowych. Drgania
skrętne nie są zwykle zauważalne ponieważ ruch ten jest nałożony na obrót wału, stąd też uszkodzenia mogą zjawić się
niespodziewanie. Jeśli w drganiach skrętnych bierze udział przekładnia, mogą się one objawiać podwyższonym hałasem.

RÓŻNE

Uszkodzony pas napędowy jest dobrze widoczny w świetle stroboskopu, po wymianie należy zwrócić uwagę na równy
naciąg i współosiowość wałów. Siły postępowe – zwrotne - nierozłączne z maszynami korbowymi, mogą być jedynie
zmniejszone przez zmiany konstrukcyjne lub wibro izolację. Siły aerohydrodynamiczne - mają zwykle częstotliwość równą
(ilość łopatek) x f

o

pulsacje te mogą wzbudzać drgania rezonansowe.

MASZYNY
ELEKTRYCZNE

Przyczyny natury elektrycznej występują z częstością 1 lub 2 x częstotliwość zasilania i znikają z chwilą wyłączenia prądu.
Przyczyny mechaniczne występują jako czynniki modulacyjne drgań rezonansowych stojana, wirnika itd.

PROMIENIOWA –
NIE HAŁASU

Defekty mechaniczne i elektryczne to źródła drgań a następnie hałasu. Hałas mechaniczny może wynikać z
niewyrównoważenia, drgań łożysk, nieosiowości i drgań innych związanych elementów konstrukcji. Hałas pochodzenia
elektrycznego występuje na skutek transformacji energii elektrycznej przez: 1) zmienne siły magnetyczne jako funkcja
gęstości strumienia indukcji, ilości i kształtu biegunów i geometrii szczeliny powietrznej, 2) przypadkowe zjawiska,
iskrzenie szczotek, itp. Hałas aerodynamiczny wynika z odrywania się wirów wokół stałych i ruchomych przeszkód,
pulsacji czynnika i mieszania się gazów o różnych prędkościach; może mieć charakter- szeroko- i wąskopasmowy.
Szerokopasmowy -a) łopatki maszyn przepływowych, przeszkody, konstrukcje wsporcze w strumieniu czynnika, pasy
napędowe itp., b) gwałtowna zmiana w kierunku lub przekroju strugi, mieszanie się strug itp. Wąskopasmowy -a)
rezonansowy efekt piszczałki organowej, drgające kable, pokrycia i elementy konstrukcji w strumieniu powietrza; b) tony
krawędziowe na ostrych brzegach - słupy powietrza wzbudzane przepływem; c) efekt syrenowy na wirujących elementach
maszyn. Hałas uderzeniowy - wytwarzany przez bezpośrednie zderzenie elementów, np. spadający młot, młotek
pneumatyczny. Uszkodzenia zębów w przekładni mogą być słyszalne lub nie, podobnie jak klaskanie wadliwego pasa
napędowego. Uderzenia te mogą następować tak szybko po sobie, że do ich uchwycenia jest niezbędna specjalna technika
szybkiego nagrywania. Obszary z wieloma źródłami uderzeń będą emitować stałe dzwonienie jako rezultat nałożenia się
wielu uderzeń.

Tabela D.1

Klasy dopuszczalnego nie wyrównoważenia wirujących nieodkształcalnych elementów

maszyn [18]

c

vˆ

PEAK

s

mm

Przykłady wyważanych elementów

powyżej 1600

Zespoły wałów korbowych okrętowych wolnobieżnych silników wysokoprężnych (sztywno zamocowanych)
o nieparzystej liczbie cylindrów.

630

÷

1600

Zespoły wałów korbowych dwusuwowych silników spalinowych sztywno zamocowanych.

250

÷

630

Zespoły wałów korbowych czterosuwowych silników spalinowych sztywno zamocowanych. Zespoły wałów
korbowych okrętowych silników wysokoprężnych elastycznie zamocowanych.

100

÷

250

Zespoły wałów korbowych szybkobieżnych czterocylindrowych silników wysokoprężnych sztywno
zamocowanych.

40

÷

100

Zespoły wałów korbowych sześcio- i więcej - cylindrowych silników wysokoprężnych sztywno
zamocowanych. Kompletne silników samochodów osobowych, ciężarowych i lokomotyw spalinowych.

15

÷

40

Koła samochodowe i motocyklowe, obręcze, ogumienie, wały przegubowe. Zespoły wałów korbowych
szybkobieżnych czterosuwowych sześcio- (i więcej) cylindrowych silników spalinowych elastycznie
zamocowanych. Zespoły wałów korbowych silników samochodowych osobowych, ciężarowych i lokomotyw
spalinowych.

6,3

÷

16

Wały przegubowe o specjalnym przeznaczeniu. Części wirujące kruszarek i maszyn rolniczych. Zespoły
wałów korbowych sześcio- (i więcej) cylindrycznych silników o specjalnym przeznaczeniu. Części
zespołów wałów korbowych silników samochodowych, ciężarowych i lokomotyw spalinowych.

2,.5

÷

6,3

Części urządzeń technologicznych. Bębny wirówek. Wentylatory, koła zamachowe , pompy odśrodkowe.
Części .maszyn i obrabiarek. Wirniki zwykłych silników elektrycznych. Części zespołów korbowych o
specjalnym przeznaczeniu.

1,0

÷

2,5

Wirniki silników odrzutowych, turbin parowych 1 gazowych, turbosprężarek, turbogeneratorów. Napędy
obrabiarek. Wirniki średnich i dużych silników elektrycznych o specjalnym przeznaczeniu. Wirniki małych
silników elektrycznych. Pompy z napędem turbinowym.

0,4

÷

1,0

Napędy adapterów i magnetofonów. Napędy szlifierek i wirniki małych silników elektrycznych o specjalnym
przeznaczeniu.

poniżej 0, 4

Wrzeciona i tarcze precyzyjnych szlifierek, giroskopy.