Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11984-1:2017 về Ổ lăn - Phương pháp đo rung - Phần 1

• Số hiệu: TCVN11984-1:2017
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2017

b) Chuyển động quay đồng trục với trục chuẩn Z	c) Chuyển động tịnh tiến hướng tâm theo chiều X	d) Chuyển động tịnh tiến hướng tâm theo chiều Y
e) Chuyển động tịnh tiến theo trục Z	f) Chuyển động nghiêng theo chiều X so với gốc tại A	g) Chuyển động nghiêng theo chiều Y so với gốc tại A

CHÚ DẪN:

AB trục chuẩn Z

CD trục quay

Hình 4 - Sơ đồ sáu bậc tự do của một trục quay

Về mặt lý tưởng, một ổ lăn đang quay sẽ không có lực cản lại các lực tác động từ bên ngoài theo chiều quay, nghĩa là momen ma sát bằng không. Tùy theo kiểu chất tải bên ngoài cho ổ trục được thiết kế để chịu tải này, ổ trục sẽ biểu thị độ cứng vững trong bất cứ hoặc tất cả năm bậc tự do còn lại. Ví dụ, một ổ trục có khả năng tự lựa có thể chịu tải trọng hướng tâm và chiều trục, nhưng về mặt lý tưởng sẽ không có độ cứng vững theo hai chiều nghiêng. Các ổ trục khác có thể được thiết kế để có chuyển động tự do theo chiều trục trong khi có độ cứng vững hướng tâm và theo chiều nghiêng.

4.3  Chuyển động có sai lệch của ổ trục

Dịch chuyển của ổ trục quay của một ổ trục đang quay theo bất cứ bậc tự do không quay nào trong năm bậc tự do không quay trong đó ổ trục được thiết kế để đỡ tải trọng được xem là chuyển động có sai lệch của ổ trục. Chuyển động này bao gồm bất cứ các dịch chuyển nào gắn liền với chuyển động quay của ổ trục nhưng ngoại trừ các dịch chuyển do sai lệch về nhiệt hoặc các thay đổi trong tác dụng của tải trọng bên ngoài. Chuyển động có sai lệch được báo cáo dưới dạng dịch chuyển và được đặc trưng cho sai lệch so với vị trí chính xác của trục quay. Trong một ổ lăn đang quay chuyển động có sai lệch là hậu quả của các khuyết tật về mặt hình học của các bề mặt bên trong khác nhau của ổ trục phải chịu chuyển động tương đối do ổ trục quay. Các khuyết tật hình học này có thể là một đặc tính thuộc về bản chất của các chi tiết ổ trục (như các sai số hình dạng của bề mặt được chế tạo) hoặc có thể là hậu quả của các biến dạng của các chi tiết ổ trục trong quá trình lắp ráp hoặc lắp đặt.

4.4  Rung của ổ trục

Cùng các yếu tố dẫn đến chuyển động có sai lệch của ổ trục cũng sẽ dẫn đến rung động lực học của các chi tiết ổ trục. Rung là hậu quả của các dịch chuyển được tạo ra bởi chuyển động có sai lệch, nhưng với sự xem xét thêm các ảnh hưởng của quán tính phụ thuộc vào gia tốc và đặc tính ổ trục/ đã cứng vững lắp ráp, rung sẽ tạo ra các lực bên trong ở ổ trục. Các lực bên trong cũng sẽ tạo ra các biến dạng thay đổi theo thời gian của các chi tiết ổ trục, một vài loại chuyển động không mong muốn của các con lăn và vòng cách, và các dịch chuyển có chu kỳ của vòng cách đối với các con lăn hoặc các vòng ổ trục. Rung được tạo ra bởi chuyển động có sai lệch trong các trường hợp riêng như tần số quay và tải trọng tác dụng. Rung của ổ trục có thể ảnh hưởng đến đặc tính của một hệ cơ học và có thể đóng góp vào tiếng ồn do không khí và tiếng ồn do cấu trúc của hệ thống lắp ổ trục.

...

...

...

5.1  Nguyên lý cơ bản của đo rung

Theo tiêu chuẩn này rung do kết cấu của một ổ lăn đang quay được đánh giá bằng lắp đặt một bộ chuyển đổi (ví dụ, dịch chuyển, vận tốc, gia tốc hoặc lực) tại một điểm quy định trên một trong các vòng ổ trục hoặc trên một chi tiết cơ khí của thiết bị thử được ghép nối với một trong các vòng ổ trục. Đường tác động của bộ chuyển đổi (ví dụ chiều trục hoặc hướng tâm) phải được quy định đối với một hệ tham chiếu, ổ trục được quay ở một tần số quay cố định trong các điều kiện chất tải quy định và tín hiệu của bộ chuyển đổi được giám sát trong một khoảng thời gian quy định. Các dữ liệu thu được sau đó được phân tích để tính toán một hoặc nhiều thông số được sử dụng để đặc trưng cho rung. Các quan sát này tạo ra các dữ liệu về rung của ổ trục đối với các điều kiện đo đã được lựa chọn.

CHÚ THÍCH: Các kết quả không nhất thiết phải thừa nhận các kết luận về rung và tiếng ồn trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Quá trình đo có thể được biểu thị bằng sơ đồ dưới dạng tổ hợp của các thành phần như đã chỉ ra trên Hình 3. Các số chỉ ra các điều kiện của tiêu chuẩn này cung cấp các chi tiết về mỗi một trong các thành phần này của quá trình đo.

5.2  Tần số quay

Phải đo rung của các ổ trục với vòng ngoài đứng yên và vòng trong quay ở tần số quay không đổi phụ thuộc vào cỡ kích thước và kết cấu của ổ trục (xem các phần riêng của TCVN 11984:2017 (ISO 15242)). Theo cách khác, có thể đo rung của các ổ trục với vòng trong đứng yên và vòng ngoài quay. Vòng đứng yên được phép có chuyển động quay nhỏ trong quá trình đo.

Trong quá trình đo, tần số quay thực tế không được vượt quá tần số quay danh nghĩa lớn hơn 1 % và không được thấp hơn tần số quay danh nghĩa lớn hơn 2 %.

5.3  Định hướng trục quay của ổ trục

Có thể đo rung của các ổ trục với trục quay thẳng đứng hoặc nằm ngang. Với trục nằm ngang, sự thay đổi hướng sức hút của trái đất đối với các con lăn đang quay có thể dẫn đến rung bổ sung trừ khi các lực ly tâm hoặc các lực tiếp xúc được tạo ra trên các con lăn lớn hơn nhiều so với các trọng lượng của chúng.

...

...

...

Để đạt được các điều kiện động lực đã xác định rõ, các ổ trục phải được chất tải trong quá trình rung. Các tải trọng tác dụng phải đủ để ngăn ngừa sự trượt của các con lăn so với các mặt lăn của vòng trong và vòng ngoài và không ảnh hưởng đến phép đo.

5.5  Bộ chuyển đổi

Đại lượng được đo là rung hướng tâm và chiều trục của vòng ổ được đo. Bộ chuyển đổi biến đổi chuyển động cơ học thành một tín hiệu điện theo các đơn vị của dịch chuyển, vận tốc hoặc gia tốc.

Khi sử dụng bộ chuyển đổi kiểu tiếp xúc, phải chú ý đảm bảo cho bộ chuyển đổi không ảnh hưởng đến rung của vòng ổ trục đo. Trái lại, sự tiếp xúc cần phải đủ vững chắc sao cho có thể phát hiện được toàn bộ rung trong phạm vi dải tần số thích hợp. Để đạt được yêu cầu này, các khối lượng di động phải ở mức càng thấp càng tốt. Nếu rung được chuyền qua đầu đo bộ chuyển đổi tiếp xúc với vòng ổ được đo thì cần phải quan tâm đến việc xảy ra sự cộng hưởng tiếp xúc (xem Phụ lục A).

Các tín hiệu nên được biểu thị dưới dạng vận tốc vì sẽ cung cấp độ phân giải tốt nhất trên một dải tần số rộng. Chuyển động có rung của vòng ổ được đo là sự xếp chồng phức tạp của cái dịch chuyển có các biên độ khác nhau ở các tần số khác nhau. Trong khi có thể có các biên độ đơn lẻ cao. Ngay cả ở các tần số cao hơn (đặc biệt là đối với các ổ trục có khuyết tật), nói chung, các biên độ giảm đi với tăng tần số và sụt xuống tới độ lớn nanomet ở một số ít kilohertz. Vì áp suất âm thanh tỷ lệ với tín hiệu vận tốc trên bề mặt cho nên các bộ cảm biến vận tốc được ưu tiên sử dụng. Bộ chuyển đổi được lựa chọn phải cung cấp đáp tuyến tần số thích hợp.

CHÚ THÍCH: Sự tương quan của dịch chuyển, vận tốc và gia tốc ở các tần số khác nhau được cho trong Phụ lục B.

6  Các phương pháp đo và đánh giá

6.1  Đại lượng vật lý được đo

Đại lượng vật lý mặc định được đo là vận tốc rung trung bình bình phương v_rms (µm/s). Chiều đo là chiều hướng tâm hoặc chiều trục tùy thuộc vào kiểu ổ trục.

...

...

...

Tín hiệu vận tốc sẽ được phân tích trong một hoặc nhiều dải tần số. Phạm vi của các dải tần số phụ thuộc vào tần số quay của trục chính. Đối với tần số quay 30 s^-1 (1800 min^-1), phạm vi của các dải tần số là từ 50 Hz đến 10 000 Hz. Các phạm vi riêng của tần số được quy định trong các phần khác của TCVN 11984:2017 (ISO 15242).

Phân tích phổ của dải tần số hẹp của tín hiệu rung có thể được xem xét như một sự lựa chọn bổ sung.

6.3  Miền thời gian

Sự phát hiện ra các xung hoặc các đỉnh trong tín hiệu vận tốc theo miền thời gian, thường là do các khuyết tật và/hoặc sự nhiễm bẩn trong ổ trục được đo, có thể được xem xét như một sự lựa chọn bổ sung. Có các phương pháp đánh giá khác nhau.

6.4.  Đáp tuyến của bộ chuyển đổi và đặc tính của bộ lọc

Đáp tuyến tần số của bộ chuyển đổi phải ở trong phạm vi các giới hạn đã quy định trên Hình 5.

CHÚ DẪN:

X tần số, Hz

...

...

...

a vùng lớn nhất cho phép

CHÚ THÍCH: Đối với các phép đo được hoàn thành ở các phạm vi khác so với mặc định (50 Hz đến 10 000 Hz), nên điều chỉnh vùng lớn nhất cho phép một cách tương ứng. Chẳng hạn như nếu được đo ở 3600 min^-1, nên mở rộng vùng đến 20 000 Hz và đối với các tần số quay thấp hơn thì nên mở rộng phạm vi giới hạn dưới một cách tương ứng.

Hình 5 - Đặc điểm của đáp tuyến bộ chuyển đổi

Yêu cầu tối thiểu của đáp tuyến bộ chuyển đổi trên Hình 5 phải bao gồm tín hiệu bù ở đầu ra của bệ khuếch đại.

Tính chất tuyến tính của biên độ: Sai lệch lớn nhất so với tính chất tuyến tính phải nhỏ hơn 10 % đối với các biên độ rung trong phạm vi vận tốc giữa 10 µm/s và 3000 mm/s trên toàn bộ dải tần số.

Độ nhạy của bộ chuyển đổi thích hợp với sự xử lý tín hiệu của nó phải được quy định trong phạm vi ±5 %.

Đặc tính của bộ lọc có xử lý tín hiệu phải ở trong phạm vi các giới hạn của bộ lọc thông dải được quy định trên Hình 6. Độ tắt dần ở tất cả các tần số thấp hơn 64 % tần số cắt giới hạn dưới (f_upp) và tất cả các tần số lớn hơn 160 % tần số cắt giới hạn trên (f_upp) không được nhỏ hơn 40 dB.

...

...

...

X tần số, Hz

Y độ tắt dần dB

a phạm vi được khuyến nghị

b phạm vi lớn nhất cho phép

c tần số cắt giới hạn dưới danh nghĩa

d tần số cắt giới hạn trên danh nghĩa

Hình 6 - Đặc tính của bộ lọc

6.5  Phương pháp tính trung bình theo thời gian

Phép đo tín hiệu vận tốc ở mỗi dải tần số phải biểu thị số đọc trung bình theo thời gian trong một khoảng thời gian không nhỏ hơn 0,5 s ở 1800 min^-1 khi các số đọc về rung đã ổn định, được đặc trưng bởi chỉ một dao động ngẫu nhiên xung quanh giá trị trung bình.

...

...

...

Độ chính xác của bộ phát hiện (bộ dò) bình phương trung bình phải ở trong phạm vi ±5 % của số đọc đối với các tín hiệu có hệ số giá trị đỉnh tới năm.

6.6  Trình tự đo

Phải thực hiện các phép đo tại một số vị trí yêu cầu. Các chi tiết về các kiểu ổ trục riêng được cho trong các phần khác của TCVN 11984:2017 (ISO 15242).

Để chấp nhận ổ trục, số đọc lớn nhất về rung đối với dải tần số thích hợp phải ở trong phạm vi các giới hạn đã được thỏa thuận cùng nhau giữa nhà sản xuất và khách hàng.

7  Các điều kiện đo

7.1  Các điều kiện của ổ trục khi đo

7.1.1  Ổ trục được bôi trơn trước

Các ổ trục được bôi trơn trước (mỡ, dầu hoặc chất bôi trơn rắn), bao gồm các kiểu ổ được bít kín và che kín, phải được đo ở điều kiện khi cung cấp (giao hàng).

7.1.2  Ổ trục không được bôi trơn trước

...

...

...

CHÚ THÍCH: Một số chất bảo quản đáp ứng các yêu cầu về bôi trơn cho đo rung. Trong trường hợp này không cần thiết phải loại bỏ chất bảo quản.

Các ổ trục không được bôi trơn trước phải được bôi trơn đầy đủ bằng dầu đã được lọc tinh thường có độ nhớt trong phạm vi 10 mm^2/s đến 100 mm^2/s, thích hợp với kiểu và cỡ kích thước của ổ trục.

Quy trình bôi trơn phải có sự chạy rà để đạt được sự phân bố đồng nhất của chất bôi trơn trong phạm vi ổ trục.

7.2  Điều kiện của môi trường đo

Các ổ trục phải được đo trong môi trường không ảnh hưởng đến rung của ổ trục.

7.3  Các điều kiện về thiết bị đo

7.3.1  Độ cứng vững của gá đặt trục chính/trục gá

Trục chính (bao gồm cả trục gá) được dùng để kẹp giữa và dẫn động ổ trục phải được thiết kế sao cho, ngoại trừ sự truyền chuyển động quay, đặc trưng cho một hệ cứng vững chuẩn đối với trục quay của vòng ổ trục. Sự truyền rung giữa gá đặt trục chính/ trục gá và ổ trục trong dải tần sử dụng phải là không đáng kể so với các vận tốc được đo.

7.3.2  Cơ cấu chất tải

...

...

...

7.3.3  Độ lớn và độ thẳng hàng của tải trọng bên ngoài tác dụng vào ổ trục

Các chi tiết về các kiểu ổ trục riêng được cho trong các phần khác của TCVN 11984:2017 (ISO 15242).

7.3.4  Vị trí chiều trục của bộ chuyển đổi và chiều (hướng) đo

Các chi tiết về các kiểu ổ trục riêng được cho trong các phần khác của TCVN 11984:2017 (ISO 15242).

7.3.5  Trục gá

Bề mặt trụ của trục gá trên đó lắp vòng trong của ổ trục phải có đường kính ngoài với cấp dung sai f5 theo ISO 286-2 và các sai lệch hình học nhỏ nhất. Yêu cầu này sẽ đảm bảo cho lắp ghép trượt trong lỗ ổ trục. Phải kiểm tra độ đảo hướng tâm và chiều trục theo thiết bị đo cho trong Phụ lục C.

7.3.6  Các thiết bị khác

Hệ thống đo bao gồm các nguồn rung bổ sung như động cơ dẫn động hoặc động cơ ban đầu. Các nguồn rung này có thể ảnh hưởng đến các giá trị rung đo được. Thông tin bổ sung được cho trong các phần khác của TCVN 11984:2017 (ISO 15242).

8  Hiệu chuẩn và đánh giá đối chiếu hệ thống đo

...

...

...

Phải tuân theo các quy trình hiệu chuẩn đã được xác lập.

8.2  Hiệu chuẩn các bộ phận cấu thành hệ thống

Các thành phần cơ bản yêu cầu phải hiệu chuẩn trong hệ thống đo rung của ổ trục gồm có:

- thiết bị dẫn động chuyển động quay của ổ trục;

- thiết bị chất tải để đặt tải cho ổ trục;

- bộ chuyển đổi để biến đổi rung của ổ trục thành tín hiệu điện;

- thiết bị xử lý tín hiệu (bộ khuếch đại, bộ lọc và thiết bị chỉ báo).

Mỗi bộ phận của hệ thống đo phải được duy trì ở điều kiện đặc tính thiết kế ban đầu và được điều chỉnh trong các điều kiện có kiểm soát. Việc điều chỉnh hoặc hiệu chuẩn phải tuân theo các tiêu chuẩn quốc gia khác về đo. Sau đây là những mục hiệu chuẩn chính đã được phê chuẩn cho mỗi hệ thống đo;

a) Thiết bị dẫn động:

...

...

...

2) chuyển động có sai lệch và rung còn lại của trục chính;

3) điều kiện của trục gá trục chính trên đó lắp ổ trục (hư hỏng, ăn mòn, biến dạng, thay đổi kích thước, v.v...);

b) Thiết bị chất tải:

1) giá trị của tải trọng;

2) độ thẳng hàng của chiều (hướng) chất tải;

3) vị trí của điểm chất tải;

c) Bộ chuyển đổi:

1) độ nhạy và tính chất tuyến tính của biên độ;

2) đáp tuyến tần số;

...

...

...

d) Thiết bị xử lý tín hiệu (bộ khuếch đại, bộ lọc và thiết bị báo);

1) độ khuếch đại và tính chất tuyến tính;

2) đặc tính tần số;

3) độ chính xác chỉ thị của khí cụ đo hoặc chỉ thị số.

8.3  Đánh giá tính năng của hệ thống

Thực hiện các phép đo với ba ổ trục khi sử dụng cùng một thiết bị đo và các thông số thử:

- lựa chọn các ổ trục chuẩn được bôi trơn đúng;

- luôn luôn đo các ổ trục theo cùng một định hướng;

- các ổ trục chuẩn nên luôn luôn quay theo cùng một chiều;

...

...

...

- lặp lại ít nhất là 10 lần với ít nhất là ba ổ trục chuẩn khác nhau. Đối với ba ổ trục, độ lặp lại của kết quả đo đối với ba dải tần số phải ở trong phạm vi ±15 % của các giá trị trung bình của mỗi ổ trục.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Các xem xét về cộng hưởng tiếp xúc đối với các bộ chuyển đổi được chất tải bằng lò xo

A.1  Lực tiếp xúc

Nếu bộ chuyển đổi được chất tải bằng lò xo, lực tiếp xúc phải lớn hơn m x a (trong đó m là khối lượng di động và a là gia tốc lớn nhất đo được) để ngăn ngừa sự mất tiếp xúc giữa bộ chuyển đổi và vòng ổ trục được đo.

A.2  Cộng hưởng tiếp xúc

Cộng hưởng tiếp xúc là do đầu đo của bộ chuyển đổi vận hành như một lò xo khi bỏ qua môđun đàn hồi E của nó. Với một đầu đo có dạng hình cầu ở đầu mút, tình trạng trở nên phức tạp hơn và đầu đo hoạt động như một lò xo có độ cứng thay đổi và tăng lên cùng với tải trọng. Giá trị của E càng cao và bán kính đầu đo của bộ chuyển đổi càng lớn thì giá trị của tần số cộng hưởng f càng cao. Bảng A.1 đưa ra một số ví dụ cho một đầu đo của bộ chuyển đổi có hình bán cầu (E = 600 Gpa) được ghép nối với một bộ chuyển đổi để có tổng khối lượng di động m ép nén lên bề mặt của vòng ổ trục được đo (E = 200 Gpa) với một lực tĩnh F.

Bảng A.1 - Tần số của cộng hưởng tiếp xúc

...

...

...

mm

F

N

m

g

f

kHz

1

1

...

...

...

9,6

5

1

1

12,6

1

5

1

12,6

...

...

...

1

5

4,3

Phụ lục B

(Tham khảo)

Tương quan của các biên độ dịch chuyển vận tốc và gia tốc

Hình B.1 giới thiệu các biên độ dịch chuyển và gia tốc ở các tần số khác nhau tương ứng với một rung không đổi 10 µm/s

...

...

...

----------- dịch chuyển, s, nm

 ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶ ̶̶  vận tốc, v, µm/s

 ̶   ̶   ̶   ̶   ̶  gia tốc, a, mms^-2

Hình B.1 - Sự tương quan của các biên độ cho một mức rung không đổi 10 µm/s và tần số thay đổi

Phụ lục C

(Tham khảo)

Đo độ đảo hướng tâm và độ đảo chiều trục của trục gá

Lắp trục gá vào trục chính của hệ thống đo như đã chỉ ra trên Hình C.1.

...

...

...

Đồng hồ chỉ thị có mặt số 2 [Hình C.1, mục e)] phải tiếp xúc với vai trục gá (bất cứ vị trí nào trừ rãnh cắt và cạnh vát).

Quay trục chính một cách chậm chạp và êm dịu lớn hơn một vòng quay. Độ chênh lệch giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất chỉ thị trên đồng hồ chỉ thị có mặt số 1 là độ đảo hướng tâm của vị trí được đo trên trục gá. Độ chênh lệch giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất chỉ thị trên đồng hồ chỉ thị có mặt số 2 là độ đảo chiều trục của vị trí được đo trên trục gá.

CHÚ DẪN:

a bánh đai

b trục chính

c trục gá

d đồng hồ chỉ thị có mặt số 1

e đồng hồ chỉ thị có mặt số 2

...

...

...

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] ISO 554, Standard atmospheres for conditioning and/or testing - Specifications (Môi trường tiêu chuẩn cho xử lý ổn định hóa và/hoặc thử nghiệm - Điều kiện kỹ thuật)

[2] ISO 558, Condititioning and testing - Standard atmospheres - Definitions (Xử lý ổn định hóa và thử nghiệm - Môi trường tiêu chuẩn - Định nghĩa)

[3] ISO 3205, Preferred test temperatures (Nhiệt độ thử ưu tiên)

[4] ISO 3448, Industrial liquid lubricants - ISO viscosity classification (Chất lỏng bôi trơn công nghiệp - Phân loại độ nhớt theo ISO)

[5] ISO 1132-2, Rolling bearings - Tolerances - Part 2: Measuring and gauging principles and methods (Ổ lăn - dung sai - Phần 2: Nguyên lý và phương pháp đo và hiệu chuẩn)

[6] ANSI/ABMA 13-1987 (R1999), Rolling bearings vibration and noise (Methods of measuring) [Rung và tiếng ồn của ổ lăn (Phương pháp đo)]

[7] ANSI/ASME B 89.3.4M-1985, Axes of rotation - Methods for specifying and testing (Các trục quay- Phương pháp quy định và thử nghiệm)

...

...

...