DINAMIKA LEŽAJEVA I ZVUK

Poslednjih godina je primetna rastuća svest o zagađenju bukom delimično podstaknuta državnim propisima. Teško je izdvojiti industriju koja nije ugrožena, bilo kao korisnik ili dobavljač.

Usvojoj ulozi dobavljača, kompanija Timken može da se osvrne na dugu istoriju–koja prethodi trenutnom naglašavanju smanjenja buke–aktivnog obavljanja kontrole buke.

Ova filozofija se ne vidi samo u opsežnom programu za testiranje zvuka u proizvodnim pogonima, već i u neprekidnoj posvećenosti istraživanju i u osnovnom i u praktičnom aspektu zvuka povezanog sa ležajevima.

Veoma je korisno zamisliti kako ležaj igra jednu od dve posebne uloge.

U jednoj od njih, u svojoj pasivnoj ulozi prenosnika, ležaj samo obezbeđuje put za prenos energije između rotirajućeg i stacionarnog elementa, dok u drugoj ili aktivnoj ulozi, uzrokuje da se neposredno okruženje pobudi zbog njegovog rotiranja.

Važno je prepoznati ovu razliku, naročito u situacijama koje zahtevaju dijagnozu.

U suštini, ležajevi igraju bitnu ulogu u prenosu vibracija u rotirajućoj opremi, međutim, oni nisu preovlađujući izvor vibracija.

LEŽAJ KAO PRENOSNIK

Jednostavno rečeno, ležaj se može zamisliti kao opruga/prigušivač bez mase koji povezuje osovinu sa njenim kućištem.

Obično, od interesa je da se ustanovi kako se vibracije prenose iz kućišta do osovine ili obrnuto.

Na primer, pobuđivanje dva zupčanika koji se spajaju prenosi se osovinom, kroz ležaj i do izložene površine kućišta, gde se deo energije pretvara u zvuk koji se prenosi vazduhom.

Konusni valjkasti ležajevi i kuglični ležajevi sa ugaonim kontaktom imaju prednost koje nema kod drugih tipova kotrljajućih ležajeva.

Pošto se dva ležaja podešavaju jedan prema drugom, podešavanje će regulisati aksijalnu silu.

Ovo utiče na krutost ležajeva i time na krutost sistema. Samo promenom podešavanja ležaja, može biti moguće da se bilo kakve nepoželjne rezonancije uklone iz frekvencijskog opsega od interesa.

Maksimalne krutosti od približno 1,75 x 109 N/m (10 x 106 lbf/in) su uobičajene kod konusnih valjkastih ležajeva.

Prilikom manipulisanja krutošću sistema, bitno je da se krutost nosača ležajeva (kućište) uzme u obzir.

Jednostavnim konceptualnim terminima:

1/Ksistem = 1/Kležaj + 1/Kkućište

Dok je predviđanje krutosti kod ležajeva u najboljem slučaju mukotrpno, bavljenje njihovim karakteristikama prigušenja je još nedokučivije.

Pokazano je, međutim, da će podešavanje ležaja uticati na količinu prigušenja koje se može ostvariti .

LEŽAJ KAO POBUĐIVAČ

Potencijal pobude bilo kog kotrljajućeg ležaja se prvenstveno određuje topografijom njegovih kotrljajućih površina.

Na primer, jak impuls sile bi nastao ako bi veliki nedostatak, kao što je ljuštenje dovoljne veličine, postojao u radnom ležaju.

Slično tome, mali nedostaci, kao što su brinelove oznake, urezi i sva druga odstupanja od savršene zaobljenosti komponenti, će uzrokovati manja kolebanja dinamičke sile.

Hercova teorija nam kaže da čak i sićušne deformacije mogu dovesti do sila značajne veličine.

Stoga, ovo je mehanizam koji uzrokuje da ležaj deluje kao pobuđivač.

Površinske nepravilnosti različitog porekla dovode do dinamičkih sila. Ove sile ne ostaju lokalizovane već se prilično lako prenose na noseću konstrukciju.

Zavisnost od brojnih prilično nezgrapnih promenjivih sprečava matematičko određivanje veličine ovih sila kod bilo kog ležaja.

Njihove frekvencije, ipak, mogu da se odrede veoma precizno iz bruto dimenzija ležaja njegove radne brzine.

Tri konstante mogu da se definišu u smislu uglova ili prečnika ležaja u zavisnosti od tipa ležaja:

Ove konstante, zajedno sa radnom brzinom (S), brojem valjaka ili kuglica (Z) i harmonijski indeks (i), dozvoljavaju izračunavanje određenih frekvencija.

One, zauzvrat, identifikuju određene smetnje (Tabela 1).

RAZMATRANJA MERENJA

Frekvencije navedene u Tabeli 1 su primenjive kad god se procenjuje ležaj.

Tipičan pristup koristi akcelerometar pričvršćen ležaj ili u njegovoj blizini.

Obavljanjem analize frekvencija uskog opsega signala ubrzanja, obično može da se utvrdi da li je ležaj oštećen ili zadovoljava kriterijum vibracije koji je korisnik odredio.

Tabela 1

TIP SMETNJE I DOBIJENE FREKVENCIJE

Da bi se izbegla nejasnoća prilikom identifikovanja skokova ubrzanja na gore navedenim frekvencijama, propusni opseg mora da bude dovoljno uzan.

Na primer, kako se radna brzina smanjuje, tako bi trebalo da se smanjuje i propusni opseg.

Nije neuobičajeno da se posmatra modulacija, naročito kada se signal dobija u pravcu koji je normalan na osu ležaja.

Pod ovim okolnostima, preovlađujući dokazi će se pronaći na frekvencijama f2i ± f5j ili f2i ± f6j gde "i" i "j" označavaju harmonijske indekse.

Do sada se pretpostavljalo da ležaj radi sa zonom opterećenja od 360º. Ako ovo nije slučaj, na primer kada se radi sa radijalnim opterećenjem i unutrašnjim zazorom ili krajnjim zazorom, kotrljajući elementi koji se kreću u zoni opterećenja i izvan nje, uzrokuju spektar koji ima "razmazan" izgled.

Kao jedan od poslednjih koraka u programu osiguranja kvaliteta, kompanija Timken podvrgava svoje ležajeve analizi vibracija u visoko specijalizovanim mašinama za testiranje opremljenim akcelerometrom.

Pored toga, primenjuje se sledeće obrazloženje: "Nivo vibracija (dinamička sila) ležaja, koji radi pri određenoj brzini i pod određenim predopterećenjem, poredi se sa uspostavljenim standardom i mora da ga zadovolji. Ako je to slučaj, onda se podrazumeva da su geometrijske nesavršenosti tako male veličine da se potencijal ležaja da deluje kao pobuđivač smatra prihvatljivim."

Imajte u vidu da ovo znači da je prednost ležaja striktno funkcija geometrijskih nesavršenosti , a ne brzine i/ili opterećenja i/ili nosača ležajeva.

Potpis vibracija, naravno, može da se razlikuje pri drugim kombinacijama brzine i opterećenja.

AKUSTIČNE IMPLIKACIJE

Mehanička energija u dinamičkim silama koje stvaraju ležajevi i onima koje se prenose na ležaj sa rotirajućeg dela za prenos na stacionarni deo, prvo će se preneti na konstrukciju koja nosi ležaj.

Energija onda prožima konstrukciju i delimično će se pretvoriti u akustičnu energiju pošto dopre do vazduha/čvrste materije.

U zavisnosti od mase, krutosti , geometrije i graničnih prelaza koji karakterišu konstrukciju, mehanička energija proći će kroz promene. Kao rezultat ove funkcije prenosa, preovladavajuća akusti čna energija (ili zvuk koji se prenosi vazduhom) biće funkcija ne samo mehaničke vibracije ležaja, već takođe i karakteristi ka prigušenja/pojačavanja svake određene konstrukcije.

Jedna takva konstrukcija je oprema za osiguranje kvaliteta koju koristi kompanija Timken.

Ležajevi se testiraju na vibracije u relativno nezatvorenoj konfiguraciji, tj. onoj u kojoj je veliki procenat površine ležaja izložen.

Očigledno, ovo stanje se akustički prilično razlikuje od onog u kome je ležaj potpuno zatvoren, kao na primer u mašinskom alatu.

Konstrukcija u velikoj meri utiče na akustičko merenje. Pošto poprečne vibracije zidova kućišta uglavnom uzrokuju zvuk, kruće kućište je obično manje bučno od onog koje je manje kruto.

Prema tome, sva poređenje napravljena ili zaključci izvedeni između različitih konstrukcija su u najboljem slučaju nasumični. Dizajn konstrukcije može izuzetno da utiče na ukupne karakteristike zvuka.

Ovo je najvažniji razlog da se specifikacije nivoa zvuka, dB(A), ne povezuju sa ležajevima.

Kontakt:
Dragoslav Giurgiev
Sales Manager
dragoslav.giurgiev@timken.com
Timken Representative Office
Djordja Stanojevica 11dj | Belgrade, 11000
Phone: +381 11 6557 702 / 6557 703