Comprensión de la frecuencia de giro de la pelota (BSF)
Definición: ¿Qué es BSF?
BSF (Frecuencia de giro de la bola, también llamada frecuencia de giro del elemento rodante) es una de las cuatro frecuencias fundamentales. frecuencias de falla de los cojinetes Representa la velocidad de rotación de un elemento rodante (bola o rodillo) que gira sobre su propio eje. Cuando un elemento rodante presenta un defecto superficial, como un desprendimiento, una grieta o una inclusión, este impacta las pistas interior y exterior dos veces por revolución del elemento rodante, lo que genera impactos periódicos a la frecuencia BSF.
La frecuencia de fallas de rodamientos (BSF) es la menos común de las cuatro frecuencias de rodamientos, ya que los defectos en los elementos rodantes son relativamente raros en comparación con los defectos en las pistas, representando solo entre el 10 y el 151 TP3T de las fallas de rodamientos. Sin embargo, cuando está presente, la frecuencia de fallas de rodamientos (BSF) produce una distintiva y compleja. vibración firma que se puede identificar mediante un cuidadoso análisis de vibraciones.
Cálculo matemático
Fórmula
El BSF se calcula utilizando la geometría del cojinete y la velocidad del eje:
- BSF = (Pd / 2×Bd) × n × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
Variables
- Pd = Diámetro de paso (diámetro del círculo que pasa por los centros de los elementos rodantes)
- Bd = Diámetro de la bola o del rodillo
- n = Frecuencia de rotación del eje (Hz) o velocidad (RPM/60)
- β = Ángulo de contacto
Forma simplificada
Para rodamientos con ángulo de contacto cero (β = 0°):
- BSF ≈ (Pd / 2×Bd) × n × [1 – (Bd/Pd)²]
- Para rodamientos típicos con Bd/Pd ≈ 0,2, esto da BSF ≈ 2,4 × n
- Regla general: BSF normalmente 2-3 veces la velocidad del eje
Valores típicos
- El BSF generalmente varía entre 1,5× y 3× la velocidad del eje
- Más bajo que ambos BPFI y BPFO
- Más alto que FTF (frecuencia de jaula)
- Ejemplo: Rodamiento a 1800 RPM (30 Hz) → BSF ≈ 71 Hz (2,4 × velocidad del eje)
Mecanismo físico
Rotación del elemento rodante
Para comprender BSF es necesario visualizar el movimiento del elemento rodante:
- El elemento rodante orbita alrededor del rodamiento a la frecuencia de la jaula (~0,4 × velocidad del eje)
- Simultáneamente, gira sobre su propio eje en BSF.
- La velocidad de giro depende de la relación entre el diámetro del paso y el diámetro de la bola.
- Cada giro completo pone el defecto en contacto con ambas carreras.
Doble impacto por revolución
Un defecto en un elemento rodante crea un patrón único:
- Primer impacto: El defecto afecta la pista interior
- Media revolución después: El mismo defecto (ahora girado 180°) afecta la pista exterior.
- Resultado: Dos impactos por revolución de bola = 2×BSF
- Frecuencia real observada: A menudo se observan picos tanto en BSF como en 2×BSF
Modulación por frecuencia de jaula
Una complejidad adicional surge del movimiento orbital del elemento rodante:
- La bola defectuosa pasa por la zona de carga una vez por cada revolución de la jaula.
- Gravedad del impacto modulada por la carga (alta en la zona de carga, baja en el resto)
- Crea bandas laterales en FTF espaciamiento (frecuencia de jaula)
- Patrón de banda lateral: BSF ± n×FTF, donde n = 1, 2, 3…
Firma de vibración
Características del espectro
- Pico primario: En frecuencia BSF o 2×BSF
- Bandas laterales FTF: Espaciados en intervalos de frecuencia de jaula (a diferencia de las bandas laterales 1× de BPFI)
- Armónicos múltiples: 2×BSF, 3×BSF a menudo presentes
- Patrón complejo: Más complicado que los patrones de defectos raciales
- Amplitud variable: Puede variar significativamente entre mediciones a medida que cambia la posición de la bola defectuosa en la zona de carga.
Espectro de envolvente
Análisis de envolvente es particularmente importante para la detección de BSF:
- Los picos de BSF suelen ser más claros en la envolvente que en la FFT estándar
- La estructura de la banda lateral FTF es más visible
- Es posible la detección temprana antes de los picos visibles en el espectro estándar
Por qué los defectos de los elementos rodantes son menos comunes
Varios factores hacen que los defectos de los elementos rodantes sean relativamente raros:
Distribución de carga
- Los elementos rodantes giran, distribuyendo la carga y el desgaste alrededor de toda la superficie.
- Las pistas (especialmente las exteriores) tienen zonas de carga concentrada
- Una distribución más uniforme de la tensión retrasa la fatiga en los elementos rodantes
Calidad de fabricación
- Las bolas y los rodillos suelen recibir el máximo control de calidad.
- Material más duro y mejor acabado superficial que las pistas de muchos rodamientos
- Menos probabilidades de tener defectos materiales
Patrones de estrés
- Esfuerzo de contacto rodante distribuido sobre la superficie
- Las razas experimentan tensiones de contacto hertzianas máximas más altas
- Los bordes y esquinas de las pistas son más propensos a la concentración de tensiones
Desafíos diagnósticos
Complejidad
- La firma BSF es más compleja que los defectos de carrera debido a las bandas laterales FTF
- Puede confundirse con otras frecuencias de maquinaria.
- La amplitud variable dificulta la creación de tendencias
- Varias bolas defectuosas crean firmas superpuestas
Dificultad de detección
- Los picos de BSF a veces tienen una amplitud menor que los picos de defectos de carrera para tamaños de defectos similares
- La frecuencia puede estar dentro del rango con otros componentes de la maquinaria.
- Requiere experiencia para distinguir patrones BSF de defectos de raza
Diagnóstico práctico
Pasos de confirmación
- Calcular BSF: De las especificaciones de los rodamientos
- Busque el pico BSF: Espectro de envolvente de búsqueda en la frecuencia calculada
- Comprueba si hay 2×BSF: A menudo más fuerte que el BSF fundamental
- Verificar bandas laterales FTF: Busque bandas laterales con espaciado de frecuencia de jaula (NO espaciado 1×)
- Variabilidad de amplitud: La amplitud del BSF puede variar entre mediciones (característica de los defectos de las bolas)
- Eliminación: Descartar BPFI y BPFO antes de concluir BSF
Cuando varias bolas desertaron
- Varias bolas defectuosas crean patrones superpuestos complejos
- Los picos de BSF pueden ensancharse o mostrar múltiples frecuencias cercanas
- Indica un deterioro avanzado del rodamiento.
- Se recomienda reemplazo inmediato
Causas y prevención
Causas comunes de defectos en los elementos rodantes
- Inclusiones materiales: Huecos internos o material extraño en la bola/rodillo
- Daños durante la instalación: Brinelling por impactos durante la manipulación
- Contaminación: Partículas duras que se incrustan o dañan la superficie de la pelota
- Daños eléctricos: Arco de corriente eléctrica a través del cojinete creando picaduras
- Falso Brinelling: Preocupación por vibración mientras está parado
- Corrosión: Ataque químico o de humedad que crea picaduras superficiales
Estrategias de prevención
- Utilice rodamientos de alta calidad de fabricantes reconocidos
- Manipulación cuidadosa durante la instalación
- Control eficaz de la contaminación (sellos, ambiente limpio)
- Lubricación adecuada que previene la corrosión
- Aislamiento eléctrico para motores con variadores de frecuencia
- Aislamiento de vibraciones durante el almacenamiento y el envío
Si bien la BSF se encuentra con menos frecuencia que la BPFO o la BPFI, comprender sus características permite un diagnóstico completo de los rodamientos. El patrón distintivo de bandas laterales de la FTF y su potencial de rápida progresión una vez detectada hacen de la BSF un componente importante de los programas integrales de monitoreo del estado de los rodamientos.
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