O privire dincolo de frecvențele de funcționare ale rulmenților

Identificarea și rezolvarea problemelor de zgomot în funcționarea rulmenților

Rulmenții sunt prezenți în aproape fiecare tip de utilaj rotativ și un număr mare de activități depind de funcționarea adecvată a acestora. Menținerea rulmenților în stare bună de funcționare este esențială.
Vibrațiile și zgomotul, fie că sunt percepute de operatori sau măsurate cu instrumente adecvate, sunt, în general, un bun indicator al stării de funcționare a utilajului. Prin urmare, fiecare abatere de la valorile normale ale vibrațiilor și zgomotului ridică motive de îngrijorare și necesită stabilirea cauzei, deoarece numai o bună înțelegere a problemei poate duce la acțiuni corective adecvate.
În acest articol, descriem modul în care urmărirea modulației amplitudinii poate asigura o identificare mai fiabilă a cauzei principale față de simpla urmărire a frecvențelor de funcționare standard ale rulmenților în conținutul spectral al vibrațiilor și zgomotului.

Zgomotul sau vibrațiile rulmenților

Imperfecțiunile în geometria rulmenților pot fi cauzate de exploatarea intensivă, condițiile adverse de funcționare sau de simple defecte de fabricație. Acestea pot crea zgomot sau vibrații anormale în rulmenți, în unele condiții specifice de sarcină, viteză, temperatură etc.
Abaterile de la circularitate, care sunt răspândite, tridimensional, în întregul element component de rulment (inel sau element de rulare), generează, în analiza spectrală, o singură frecvență.
Pe de altă parte, imperfecțiunile punctual localizate (crestături, zgârieturi, lovituri etc.) și rugozitatea excesivă a suprafeței (care poate fi considerată drept o colecție de mici crestături), generează un interval de frecvențe (armonici) în analiza spectrală.
Analiza armonică se bazează, în mod convențional, pe transformata Fourier, care convertește datele din domeniul temporal sau spațial în domeniul frecvențelor. Unul din principiile sale postulează faptul că un tipar concentrat dintr-o reprezentare corespunde întotdeauna unui tipar extins din cealaltă reprezentare.
În toate cazurile, frecvențele generate de imperfecțiunile geometrice ale rulmenților sunt găsite în lista de frecvențe de funcționare (și armonici) ale rulmenților care sunt discutate în următorul paragraf.

Frecvențele de funcționare ale rulmenților

Cele patru frecvențe de funcționare ale rulmenților prezentate în continuare și armonicile lor sunt potențial generate în semnal de imperfecțiunile rulmenților:
•  BPFI – frecvență de funcționare a inelului interior la trecerea bilelor peste calea de rulare
•  BPFO – frecvență de funcționare a inelului exterior la trecerea bilelor peste calea de rulare
•  BSF – frecvență de funcționare a unei bile în mișcare de rotire în jurul propriei axe de simetrie
•  FTFI – frecvență de funcționare a trenului complet de bile la trecerea peste calea de rulare a inelului interior
Deoarece frecvențele de funcționare sunt proporționale cu viteza de rotație a rulmenților, caracterizăm, în schimb, rulmenții în funcțiile de frecvențele specifice corespunzătoare, care depind numai de dimensiunile constructive ale rulmenților. Aceste frecvențe specifice pot fi considerate drept frecvențe ale rulmenților pentru o viteză de rotație de 60 rot/min (o rotație pe secundă).
Frecvențele de la o viteză de funcționare anume sunt apoi obținute multiplicând aceste frecvențe specifice cu acea viteză de rotație a rulmentului (exprimată în rotații/secundă sau în rot/min/60).
Frecvențele specifice admisibile ale rulmenților sunt calculate în baza unui model de lucru bidimensional, care presupune o funcționare a elementelor de rulare ale rulmentului doar cu rulare, fără alunecare.
Dacă imperfecțiunile geometrice sunt mici (de exemplu, defecte aflate într-o fază incipientă), frecvențele de funcționare ale rulmenților pot rămâne ascunse în semnalul global de zgomot sau vibrații, în special la viteze reduse de rotație. Modulația amplitudinii este o metodă de a îmbunătăți detectarea acelor imperfecțiuni ale rulmenților care merită o atenție deosebită.

Cauzele modulației amplitudinii

Un semnal cu amplitudine modulată este obținut prin varierea unei unde purtătoare în conformitate cu amplitudinea instantanee a semnalului modulator. În mecanică, acesta se poate întâmpla când fenomenul care produce vibrația sau sunetul este unul neregulat sau intermitent. Două efecte pot genera semnale cu amplitudine modulată într-un rulment: zona de încărcare și poziția senzorului de captare a semnalului.

Zona de încărcare

Zona de încărcare este definită drept aria circulară, aflată pe calea de rulare, unde elementele de rulare funcționează sub sarcină. Zona de încărcare este de 360° în cazul sarcinii axiale pure (toate bilele sau rolele sunt încărcate egal), este mai mică de 180° în cazul sarcinii radiale pure, iar în cazul unei sarcini radiale foarte ușoare numai o rolă poate să se afle sub încărcare. Pentru rulmenții care pot suporta sarcini axiale și radiale combinate (de ex. rulmenți cu role conice și rulmenți cu bile cu contact unghiular), zona de încărcare poate fi mai mare de 180°.