Какво представлява BSF — честотата на въртене на топката
ЧСФ (Честотата на въртене на топката, наричана още честота на въртене на търкалящите се елементи) е една от четирите основни честоти на дефектите в лагерите и описва колко бързо се върти един ролков елемент — топка или ролка — около собствената си ос по време на работата на лагера. Когато този елемент има повърхностен дефект, като например отчупване, пукнатина или твърда включване, дефектът удря последователно вътрешната и външната пътека, като генерира периодични удари, които се проявяват в вибрация сигнал. От четирите характерни честоти BSF е тази, която инженерите срещат най-рядко, тъй като търкалящите се елементи се повреждат много по-рядко от пътеките, по които се движат — но когато все пак се появи, нейният сигнал е сред най-трудните за разчитане анализ на вибрациите.
1. Определение: Какво представлява честотата на въртене на топката?
Във всеки лагер с търкалящи се елементи всяка топка или ролка извършва две движения едновременно. Той orbits центъра на лагера, който се движи заедно с клетката при Основна честота на влаковете (FTF), и в същото време spins около собствената си ос. Тази скорост на въртене се нарича честота на въртене на топката. Тъй като дефектът, закрепен върху повърхността на елемента, се върти заедно с въртенето, той периодично влиза в контакт с пътя на движение, към който е притиснат, като създава повтаряща се сила, която анализаторът може да изолира.
Дефектите в търкалящите се елементи съставляват едва около 10–15 % от повредите на лагерите, поради което BSF е най-рядко срещаната от четирите честоти. Въпреки това тя допълва диагностичната картина: при компетентна оценка на лагера се проверява вътрешният пръстен (БПФИ), външна обойма (БПФО), с твърда рамка (FTF) и с търкалящи се елементи (BSF), така че да не бъде пропуснат нито един вид повреда. По-широката група от тези проблеми е обхваната в дефекти в търкалящите се елементи.
2. Математически изчисления
Формула и променливи
BSF се изчислява въз основа на геометрията на лагера и скоростта на вала:
BSF = (Pd / 2·Bd) × n × [1 − (Bd/Pd)² · cos² β]
- Пд = стъпков диаметър (диаметърът на окръжността, минаваща през центровете на търкалящите се елементи).
- Bd = диаметър на топката или ролката.
- n = честота на въртене на вала в херци (или об./мин. ÷ 60).
- β = ъгъл на смачкване.
Обърнете внимание на членовете с квадрати: BSF зависи от квадрат на съотношението на диаметрите и квадрата на косинуса на ъгъла на контакт, поради което е по-чувствителен към геометрията на лагера, отколкото честотите на пътеките.
Опростена форма и типични стойности
При радиален лагер с ъгъл на контакт, равен на нула (β = 0°), косинусовият член се елиминира:
- BSF ≈ (Pd / 2·Bd) × n × [1 − (Bd/Pd)²]
- За типичен лагер с Bd/Pd ≈ 0,2 това дава BSF ≈ 2,4 × n.
- Като общо правило, BSF обикновено се движи между 1,5× и 3× скорост на вала.
- Тя се намира под BPFI и BPFO, но над честотата на клетката (FTF).
- Практически пример: При 1800 об./мин. (30 Hz) и коефициент 2,4 резултатът е BSF ≈ 71 Hz.
Тъй като ръчното изчисляване на всичките четири честоти води до грешки в смятането, повечето анализатори вземат стойностите директно от инструмент като Калкулатор за честотата на дефектите при лагерите (BPFO, BPFI, BSF, FTF), която отчита геометрията на лагера и скоростта и изчислява всички характерни честоти наведнъж.
3. Физичен механизъм
Две едновременни движения
За да си представите защо BSF се държи по този начин, проследете движението на едно от търкалящите се тела:
- Тя се върти около лагера с честотата на клетката, която е приблизително 0,4 пъти скоростта на вала.
- В същото време той се върти около собствената си ос в BSF.
- Скоростта на въртене се определя от съотношението между диаметъра на стъпката и диаметъра на топката.
- При всяко пълно завъртане всеки дефект по повърхността влиза в контакт и с двете пътеки.
Двоен удар на оборот
Дефектът в един от ролковите елементи води до появата на характерна следа от двойно допиране:
- First impact: дефектът засяга вътрешния пръстен.
- Половин оборот по-късно: същият дефект, сега завъртян на 180°, засяга външния пръстен.
- Резултат: две удара на всеки оборот на елемента, така че енергията се концентрира в 2×BSF.
- На практика: често се наблюдават пикове както при BSF, така и при 2×BSF, като втората хармоника често е по-силна от двете.
Модулация чрез клетката
Допълнителна сложност възниква поради орбиталното движение на елемента през зоната на натоварване на лагера:
- Дефектната топка преминава през натоварената зона веднъж на всеки оборот на клетката.
- Следователно степента на въздействието е висока в зоната на натоварване и слаба на други места — сигналът е амплитудно модулиран.
- This creates странични ленти spaced at the Интервал FTF (в клетка), а не при 1× скорост на вала.
- Формулата е BSF ± n×FTF, за n = 1, 2, 3 …
Това разстояние между страничните ленти при FTF е най-полезната индикация за разграничаване на дефект в търкалящия елемент от повреда във вътрешния пръстен, при която страничните ленти са разположени на разстояние 1×.
4. Характеристика на вибрациите и откриване на поле
Характеристики на спектъра
- Основен пик: при BSF или, по-често, при 2×BSF.
- FTF sidebands: разположени на интервали, съответстващи на честотата на решетката — характерна черта на дефект в топката.
- Хармоници: Често се срещат 2×BSF и 3×BSF.
- Променлива амплитуда: показанията могат да варират значително между отделните измервания, докато дефектната топка се движи през зоната на натоварване — явление, което рядко се наблюдава при състезателни дефекти.
Защо анализът на плика е важен
Енергията на BSF често остава скрита зад компонентите, работещи на пълна скорост, в суров вид Бързо преобразуване (FFT). Анализ на обвивката — демодулирането на високочестотните импулсни импулси — извежда върха на BSF и неговите странични ленти FTF от шума в получения спектър на обвивката, като често разкрива повредата много преди тя да стане видима при стандартен спектър. На място се използва преносим двуканален уред, като например Балансет-1а позволява на техника да записва високочестотните вибрации на корпуса на лагера при работна скорост и да ги анализира за наличието на тези модели на удари на място, без да се налага разглобяване на машината. Тъй като повредите в ролковите елементи се потвърждават както от общата енергия на удара, така и от отделен пик, параметри като коефициент на пиковата стойност и ексцес полезна подкрепа на спектралните доказателства.
5. Защо дефектите в ролковите лагери са по-редки
Няколко технически фактора обясняват относителната рядкост на повредите при сачмени и ролкови лагери:
- Разпределение на натоварването: Въртящият се елемент се върти непрекъснато, като разпределя контактното напрежение по цялата си повърхност, докато пътеката — особено външната — понася концентрирано натоварване в определена зона. По-равномерното разпределение на напрежението забавя появата на умора в елементите.
- Качество на производството: Топките и ролките обикновено са подложени на най-строг контрол на качеството, като се използват по-твърди материали и по-фина повърхностна обработка в сравнение с пътеките, поради което дефектите в материала са по-редки.
- Модели на напрежение: краищата и заобленията на пътеките за движение са по-податливи на концентрация на напрежение и по-високо пиково херцианско контактно напрежение, което прави пътеките обичайната първа точка на повреда.
6. Диагностични предизвикателства и потвърждаване
Какво прави BSF толкова сложна
- Структурата на страничната лента на FTF прави диаграмата на BSF по своята същност по-сложна в сравнение с чистата гребенова диаграма с дефект.
- Честотата на BSF може да съвпада с честотите на други машини и да бъде погрешно интерпретирана.
- Естествената променливост на амплитудата му затруднява актуални over time.
- Ако няколко елемента са повредени, техните отпечатъци се припокриват и разширяват, което замъглява картината.
- При дефекти със сходни размери амплитудата на пиковете на BSF понякога е по-ниска от тази на пиковете на дефектите в канала, което налага по-внимателен преглед.
Надеждна поредица за потвърждение
- Calculate BSF съгласно техническите характеристики на лагера.
- Търсене в спектъра на обхвата при изчислената честота.
- Проверете за 2×BSF, което често е по-силно от фундаменталния фактор.
- Проверка на страничните ленти на FTF — разстояние при честотата на решетката, не 1× е решаващият тест.
- Вариабилност на амплитудата между хвърлянията, което е признак за дефекти в топката.
- Изключете BPFI и BPFO преди да се стигне до окончателно заключение.
Когато пиковете се разширяват или се раздвояват на няколко съседни честоти, вероятно са повредени няколко елемента — това е признак за напреднало износване, при което най-безопасното решение е незабавна подмяна на лагера.
7. Причини и профилактика
Типичните причини за дефекти в ролковите елементи включват:
- Материални примеси: вътрешни кухини или чужди тела, попаднали в топката или ролката.
- Повреда при монтажа: появата на вдлъбнатини в резултат на удари при манипулиране или монтаж.
- Замърсяване: твърди частици, които се забиват в повърхността на елемента или я надраскват.
- Електрически повреди: разсеян ток, преминаващ през лагера и причиняващ образуването на ямки по повърхността — често срещан проблем при двигателите, задвижвани от честотни преобразуватели.
- Фалшиво бринелиране: износване от триене, причинено от вибрации, докато машината е в режим на готовност.
- Корозия: влага или химично въздействие, което води до образуване на вдлъбнатини по повърхността – предшественици на лющене.
Превенцията произтича пряко от причините: изберете качествени лагери от утвърдени производители, боравете се с тях и ги монтирайте внимателно, ограничавайте замърсяването чрез ефективни уплътнения и чист монтаж, смазвайте ги достатъчно, за да предотвратите корозията, монтирайте изолирани или керамично-хибридни лагери на двигатели, захранвани от инвертори, и предпазвайте съхраняваните или транспортираните агрегати от външни вибрации. Проверката на BSF се превръща в рутинна процедура мониторинг на състоянието програмата гарантира, че рядката, но бързо прогресираща повреда на търкалящите се елементи се открива със същата сигурност, както по-често срещаните дефекти на лагерите on the races.
