Obniżenie kosztów produkcji i eksploatacji maszyn w przemyśle wymaga wczesnego wykrywania uszkodzeń łożysk tocznych w silnikach elektrycznych.

Z wystąpieniem uszkodzenia łożyska pojawiają się pewne dodatkowe zjawiska: wzrost drgań, wzrost szumu , wzrost temperatury. Subiektywne metody oceny powyższych zjawisk są zawodne, bo nie dają możliwości wykrycia uszkodzenia łożyska we wczesnym stadium. Dlatego też używa się głównie dwóch metod:

1. SPM (Shock Pulse Method);

2. Detekcja obwiedni.

Ad.1

SPM bazuje na impulsach - udarach generowanych przez łożyska toczne na skutek ich uszkodzenia (wykrywa i analizuje rozwój mechanicznej fali udarowej wywołanej przez uderzenie dwóch mas). W łożysku tocznym między elementami tocznymi i bieżniami powinien znajdować się smar. Złe wykonanie łożyska, wadliwy montaż, nieodpowiednia eksploatacja maszyny prowadzą do punktowych uszkodzeń łożyska, a co za tym idzie przerwanie warstwy w tych punktach. Kontakt elementów łożyska w tych miejscach jest traktowany jako mikrozderzenie dwóch mas. W momencie zderzenia powstaje fala zagęszczeniowa (udarowa). Fala ta rozchodzi się ultradźwiękowo po łożysku i zależy od stanu powierzchni łożyska i jego prędkości obwodowej. Do pomiaru impulsów udarowych używa się czujników piezoelektrycznych strojonych na częstotliwość rezonansową około 32 [kHz]. Zagęszczeniowe czoło fali (impuls udarowy) wywołanej przez zderzenie mas wytwarza w przetworniku tłumione oscylacje na jego częstotliwości rezonansowej. Amplituda szczytowa tych oscylacji jest wprost proporcjonalna do zderzenia mas.

Stosując SPM można śledzić degradację łożyska poczynając od nowego poprzez różne jego stadia, aż do stanu w którym konieczna jest wymiana. Metoda ta jest bardzo czuła ponieważ impulsy udarowe generowane przez łożysko wzrastają nawet 1000-krotnie przy wystąpieniu poważnego uszkodzenia. Nowe łożyska generują impulsy udarowe, których wartość szacuje się przez współczynnik dB_i (wartość inicjująca łożysko, poziom tła). W metodzie SPM mierzy się wielkość dB_N (wielkość określająca jakość łożyska)

dB_N= dB_SV- dB_i

gdzie: dB_SV - wielkość bezpośrednio mierzona. Przy wzroście dB_N powyżej 36 [dB] należy zaplanować wymianę łożyska. Metoda ta dodatkowo umożliwia oszacowanie grubości filmu olejowego.

Zalety: szybki pomiar, łatwa obsługa, możliwość analizy trendu, wczesne wykrycie uszkodzeń, opracowanie znormalizowanych poziomów granicznych dla danego stanu łożyska.

Wady: konieczna znajomość średnicy łożyska i prędkości obrotowej, odczyt silnie uzależniony od sposobu mocowania i lokalizacji przetwornika drgań, problemy w interpretacji wyniku pomiaru (impulsy udarowe z innych źródeł).

Ad. 2

Metoda ta polega na analizie drgań rezonansowych maszyny. Istota metody jest następująca: krótkotrwałe impulsy - udary w przebiegach czasowych sygnału drganiowego maszyny mogą być spowodowane uszkodzeniem elementu tocznego bądź przejściem elementu tocznego przez punktowe uszkodzenia bieżni łożyskowej. Jeśli uszkodzenie wystąpi na pierścieniu nieruchomym impulsy będą miały jednakową amplitudę. Uszkodzenia punktowe na pierścieniu obracającym się mają zmienną w czasie amplitudę impulsów. Znając geometrię łożyska, ilość elementów tocznych i liczbę obrotów bieżni wewnętrznej względem zewnętrznej można obliczyć częstotliwość charakterystyczną dla poszczególnych elementów łożyska.

Procedura pomiarowa: 1. w wyniku defektu łożyska do czujnika drgań umieszczonego na obwodzie badanego łożyska dostarczany jest ciąg udarów z częstotliwościami charakterystycznymi. 2. Sygnał drganiowy doprowadzany do filtra pasmowo-przepustowego po przejściu którego otrzymujemy sygnał wysoko częstotliwościowy modulowany amplitudowo przez udary pochodzące od uszkodzenia łożyska. 3. następnie prostujemy i wygładzamy sygnał w celu otrzymania obwiedni. Obwiednia sygnału zawiera tylko niskoczęstotliwościowe modulacje odpowiadające cyklicznie pojawiającym się impulsom - udarom wynikającym z uszkodzenia łożyska. 4. Następnie przeprowadzamy analizę procedurą FFT. Z otrzymanego widma określamy częstotliwość powtarzania impulsów a za tym częstotliwość udarów wywołanych uszkodzeniem łożyska.

Zalety: odseparowanie użytecznych informacji diagnostycznych od wpływu zakłóceń zewnętrznych, możliwość precyzyjnego śledzenia uszkodzeń, możliwość prowadzenie uniwersalnych pomiarów diagnostycznych (obserwacja ewentualnego powiększania się luzu).

Wady: konieczna znajomość obszarów rezonansowych i indywidualizacja kryterium stanu, konieczna dokładna znajomość konstrukcji łożyska.

---