Таблица 1.1. Описание колебаний роторов в подшипниках скольжения
| Причины колебаний валов | Временные характеристики максимального отклонения | Зависимость макс отклонения | Характерные частоты в спектре колебаний | Форма кинетической характеристики | Графическое изображение временной функции амплитуды колебаний | Устранение |
| Постоянный дисбаланс | Постоянная | Зависимость от числа оборотов | Частота вращения | Эллипс специальными формами круг и прямая | Синус | Балансировка |
| Термический дисбаланс | Изменяется в зависимости от изменения эксплуатационного состояния (например после разгона), часто достижение установившегося значения | Зависимость от мощности и изменения мощности | Частота вращения | Эллипса со специальными формами круг и прямая | Синус | |
| Дисбаланс вследствие коррозии, эрозии или загрязнения | Медленно изменяется в более длительных интервалах | Зависимость от числа оборотов | Частота вращения | Эллипса со специальными формами круг и прямая | Синус | Замена ротора |
| Дисбаланс вследствие излома частей ротора (например, лопаток) | Внезапное нарастание или падение | Зависимость от числа оборотов | Частота вращения | Эллипса со специальными формами круг и прямая | Синус | Замена ротора |
| Самовозбужденные колебания, напр., из-за эластичного гистерезиса, возбуждение зазором или нестабильность подшипника | Как правило, сильно меняется | Зависимость от числа оборотов, мощности (особенно при возбуждении зазором), от температуры масла подшипника (только при нестабильности подшипника) | Часто частота по порядку равняется низкой собственной частоте изгиба вала с учетом подшипника | Нерегулярная, редко замкнутая кривая | Часто похоже на синус и меняющееся | Изменение характеристик величины подшипника |
| Вынужденные явления (например, неравная выверка или эаклиневшее сцепление) и свободные вкладышиподшипника | Постоянная | Зависимость от числа оборотов и мощности | Частота вращения и ее многократное (особенно двукратное) | Часто замкнутая кривая различной формы (например октаэдр) | Как правило в общем периодическое изображение | Выверка |
| Дефект коробки передач | Постоянная или иногда с периодическими колебаниями | Зависимость от числа оборотов и мощности | Специальная частота коробки передач, одновременно частота вращения ст. привода и выхода | Нерегулярная, в большинстве случаев не замкнутая кривая | Обычно периодическое изображение часто не синус | Контролировать коробку передач |
| Электрические или магнитные помехи электродвигателей и генераторов | Постоянная или иногда с периодическими колебаниями | Как правило, зависимость от мощности | Частота вр. часть сети, двойная ч. сети, часть скольжения двойная ч. скольжения как часть, модуляции | Часто эллипса | Синус или похоже на синус, иногда с амплитудной демодуляцией | Устранение в большинстве случаев невозможно |
| Изменение дисбаланса из-за межвиткового замыкания полюсов или двойного замыкания на землю | Внезапное нарастание или падение | Зависимость от числа оборотов | Частота вращения | Круг, эллипса | Синус | Устранение электрической погрешности |
На машинах с коробками передач вследствие погрешностей зубьев могут возникать так называемые частоты зацепления зубьев, которые рассчитываются из числа оборотов при вращении зубчатого колеса, умноженного на число зубьев. Поэтому рекомендуется контролировать зубчатые колеса коробок передач и при необходимости заменять их.
Глобально электрические, магнитные, гидравлические и пневматические помехи, приводящие к колебаниям – возникновение таких помех сильно зависит от конструкции машины. Указанные помехи обычно устраняются путем изменения конструкции машины.
Особенно следует упоминать и резонансы фундаментов, роторов и конструкций подшипников, хотя они не являются непосредственной причиной возникновения колебаний. Вследствие резонансов, однако, небольшие механические колебания могут усиливаться и достигать значений, которые могут быть опасными для машины. Такое явление наблюдается в том случае, если частота колебаний соответствует резонансной частоте машины. Такое совпадение, например, рабочего числа оборотов машины с резонансном фундамента встречается в некоторых случаях и приводит к опасным эксплуатационным ситуациям. В данном случае эти механические колебания устраняются настройкой соответствующей системы «пружина – масса» машины путем изменения конструкции.
Таблица 1.2 Описание колебаний роторов в подшипниках качения
| Причина | Частота f | Амплитуда | Примечание | Устранение |
| Дисбаланс ротора | f ротора | Как правило постоянная и воспроизводимая амплитуда. Максимальное измеряемое значение в радиальном направлении ротора | Самая частая причина колебаний машин | Балансировка |
| Неправильный Монтаж /неточная выверка, заклинивание сцеплений, зазор и биение фланцевого соединения | f ротора2 • f ротора может быть и выше | Наряду с радиальными колебаниями в большинстве случаев возникают сильные осевые колебания | Надежным признаком являются сильные колебания в осевом направлении и изменение состояния балансировки в зависимости от нагрузки и числа оборотов | Выверка вращающихся частей. Проверка радиального и осевого биения с помощью стрелочного индикатора |
| Дефектные подшипники качения | Разные, обычно очень высокие частоты | Нет постоянной или, по меньшей мере, нет воспроизводимой индикации | Максимальная амплитуда встречается вблизи дефектного подшипника | Замена подшипников качения |
| Некруглая посадка подшипника, заклиненный подшипник качения | 2 • f ротора отчасти и3 • f ротора и выше | Сильные радиальные колебания с постоянной амплитудой | Овальная опорная шейка создает, например, колебанияс 2 • f ротора | Доработка опорной шейки и вкладыша подшипника |
| Слишком большой зазор в подшипниках качения, ослабленное внутреннее кольцо | f ротора | Невоспроизводимая индикация, т.е. другое измеряемое значение при каждом пуске | Проводить несколькие измерительные пуски и записать результаты (кружок рассеяния) | Замена подшипника качения, проверять допуски на посадку |
| Дефектный приводной ремень | f ремня2 • f ремня отчасти и выше | Обычно нестабильное показание. Радиальные колебания преобладают. | Колебание ремня можно наблюдать с помощью стробоскопа | Применять новый ремень с постоянным поперечным сечением |
| Дефект коробки передач | Разные, обычно очень высокие частоты, например, z • f ротора(z = число зубьев) | Как правило только низкие амплитуды колебаний | Редко причиняет механические, а часто акустические колебания | Контролировать зубчатые колеса коробки передач |
| Электрические или магнитные помехи | f ротораf синхронно2 • f синхронно | Постоянная и воспроизводимая индикация малые амплитуды | Возникают только при включенном сетевом напряжении | В большинстве случаев устранение невозможно |
| Гидравлические или пневматические помехи | Разные частоты (в зависимости от числа крыльчаток вентилятора или лопаток насоса) | Обычно нестабильное показание, малые амплитуды | Возбуждают преимущественно конструкции из листового металла к резонансным колебаниям | Устранение возможно только путем изменения конструкции |
| Осциллирующие массы кривошипно-шатунного механизма | f хода2 • f хода4 • f хода и т.д. | Как правило, амплитуды уменьшаются в зависимости от порядкового числа | Измерять радиальные колебания в горизонтальном и вертикальном направлениях | Колебания 1-го порядка можно уменьшать, например, путем балансировки. Устранение колебаний более высокого порядка возможно только путем изменения конструкции |
На машинах с осциллирующими массами кроме колебаний с частотой вращения возникают и колебания старшего порядка. Путем балансировки можно только оптимизировать, а не устранять колебания с частотой вращения. На колебания старшего порядка изменения конструкций не повлияют.
В заключение следует, и упоминать соседние машины, которые также могут причинять колебания. Под этим необходимо понимать машины, стоящие на совместном фундаменте и передающие колебания через этот фундамент. Если эти колебания мешают, обязательно необходимо устранять колебания каждой отдельной машины или устанавливать машины на виброизолированные фундаменты.
Перечисленные выше причины возникновения колебаний представляют только часть многочисленных возможных причин. Несмотря на это, однако, учитывая таблицы 1.1 и 1.2 на практике можно интерпретировать уже больше 90% всех колебаний машин. В некоторых случаях рекомендуется дополнить частотный анализ измерением характеристики разгона и выбега машины и рассмотрением кинетической характеристики. В сложных случаях диагноз машины улучшается путем проведения измерений.
1.4 Устранение колебаний
В перечне причин колебаний было упомянуто, что дисбаланс является самым частым вибровозбудителем в области машиностроения. Этим затронута одна из повседневных проблем современного машиностроения, решение которой здесь рассматривается в основных чертах, т.е., речь идет о балансировке роторов.
Согласно определению под балансировкой следует понимать процесс, с помощью которого проверяется распределение масс ротора и, в случае необходимости, проводится соответствующая коррекция. Благодаря этому обеспечивается, что колебания опорных шеек с частотой вращения при эксплуатационных оборотах находятся в определенных пределах. Многочисленность конструкций роторов обусловливает также многочисленность методов балансировки. Поэтому, рассматриваем теперь главные методы балансировки с теоретической стороны.