¿Qué son las frecuencias de falla de los rodamientos? Detección de defectos • Balanceador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el balanceo dinámico de trituradoras, ventiladores, trituradoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores. ¿Qué son las frecuencias de falla de los rodamientos? Detección de defectos • Balanceador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el balanceo dinámico de trituradoras, ventiladores, trituradoras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores.

¿Qué son las frecuencias de falla de los rodamientos? Detección de defectos

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Comprensión de las frecuencias de fallas de los rodamientos

Definición: ¿Qué son las frecuencias de falla de los rodamientos?

Frecuencias de fallas de los cojinetes (también llamadas frecuencias de defectos de cojinetes o frecuencias características) son específicas vibración Las frecuencias generadas cuando los elementos rodantes (bolas o rodillos) de un rodamiento pasan sobre defectos como grietas, desconchados o picaduras en las pistas del rodamiento o en los propios elementos rodantes. Estas frecuencias son matemáticamente predecibles en función de la geometría del rodamiento y la velocidad de rotación del eje, lo que las convierte en indicadores de diagnóstico invaluables para la detección temprana de... defectos de los cojinetes.

Comprender e identificar estas frecuencias a través de análisis de vibraciones permite al personal de mantenimiento detectar problemas en los cojinetes meses antes de que se hagan evidentes por aumento de temperatura, ruido o falla catastrófica, lo que permite un mantenimiento planificado y evita costosos tiempos de inactividad no planificados.

Las cuatro frecuencias de falla fundamentales

Cada rodamiento tiene cuatro frecuencias de fallo características, cada una de las cuales corresponde a un tipo diferente de defecto:

1. BPFO – Frecuencia de pase de pelota, carrera exterior

La velocidad a la que los elementos rodantes pasan por un punto fijo en la pista exterior:

  • Significado físico: Si existe un defecto en la pista exterior, cada elemento rodante lo golpea al pasar, creando un impacto repetitivo.
  • Valor típico: 3-5× velocidad del eje para la mayoría de los rodamientos
  • Fórmula: BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
  • Más común: Los defectos de la pista exterior son el modo de falla más frecuente del rodamiento.
  • Efecto de zona de carga: La pista exterior estacionaria significa que el defecto está en una posición constante con respecto a la carga

2. BPFI – Frecuencia de pase de pelota, carrera interna

La velocidad a la que los elementos rodantes pasan por un punto fijo en la pista interior:

  • Significado físico: La pista interior gira con el eje, por lo que cada elemento rodante detecta un defecto en la pista interior a medida que pasa.
  • Valor típico: 5-7× velocidad del eje para la mayoría de los rodamientos
  • Fórmula: BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
  • Superior a BPFO: Frecuencia siempre más alta que BPFO para el mismo rodamiento
  • Bandas laterales: Casi siempre muestra 1× bandas laterales debido a la modulación de la zona de carga

3. BSF – Frecuencia de giro de la pelota

La frecuencia de rotación de un elemento rodante que gira sobre su propio eje:

  • Significado físico: Si un elemento rodante tiene un defecto, afecta a ambas pistas en esta frecuencia.
  • Valor típico: 1,5-3× velocidad del eje
  • Fórmula: BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
  • Menos común: Los defectos de los elementos rodantes son menos frecuentes que los defectos de carrera
  • Patrón complejo: El defecto entra en contacto con ambas pistas, lo que crea una firma de vibración compleja.

4. FTF – Frecuencia fundamental del tren

La frecuencia de rotación de la jaula del cojinete (retenedor):

  • Significado físico: Velocidad a la que gira la jaula, transportando elementos rodantes alrededor del rodamiento.
  • Valor típico: 0,35-0,45 × velocidad del eje (subsincrónico)
  • Fórmula: FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
  • Defectos de la jaula: Las jaulas desgastadas o dañadas excitan esta frecuencia.
  • Indicador de inestabilidad: También puede aparecer durante inestabilidades del rotor inducidas por cojinetes.

Explicación de las variables de fórmula

Las fórmulas de frecuencia de falla utilizan estos parámetros geométricos del rodamiento:

  • norte = Número de elementos rodantes (bolas o rodillos)
  • n = Frecuencia de rotación del eje (Hz) o velocidad (RPM)
  • Bd = Diámetro de la bola o del rodillo
  • Pd = Diámetro de paso (diámetro del círculo que pasa por los centros de los elementos rodantes)
  • β = Ángulo de contacto (ángulo entre la dirección de la carga y el eje del cojinete, normalmente 0-40°)

La mayoría del software de análisis de vibraciones incluye bases de datos de rodamientos con estos parámetros precalculados para miles de modelos de rodamientos.

Cómo aparecen las frecuencias de falla en los espectros de vibración

Apariencia básica

Cuando un rodamiento desarrolla un defecto:

  • Pico primario: La frecuencia de falla aparece como un pico distintivo en el espectro de frecuencias
  • Armonía: Aparecen múltiples armónicos (2×, 3×, 4×) de la frecuencia de falla a medida que el defecto empeora
  • Bandas laterales: En el caso de defectos en la pista interna y en los elementos rodantes, son comunes las bandas laterales de 1× alrededor de la frecuencia de falla.
  • Crecimiento de amplitud: La amplitud de la frecuencia de falla aumenta a medida que progresa el defecto.

Patrones de bandas laterales

Las bandas laterales proporcionan información diagnóstica crucial:

  • Defectos de la pista interna: BPFI con bandas laterales de ±1×, ±2× (defecto que gira dentro/fuera de la zona de carga)
  • Defectos de la pista exterior: BPFO puede tener bandas laterales 1× si la pista exterior puede girar ligeramente
  • Defectos de los elementos rodantes: BSF con bandas laterales con espaciamiento FTF (modulación de frecuencia de jaula)
  • Espaciado de bandas laterales: Identifica qué componente está defectuoso

Etapa temprana vs. Etapa tardía

  • Etapa temprana: Pequeños picos apenas por encima del nivel de ruido, pueden requerir análisis de envolvente para detectar
  • Etapa moderada: Picos claros con armónicos y bandas laterales en FFT estándar
  • Etapa avanzada: Amplitud muy alta, numerosos armónicos, aumento del ruido de banda ancha
  • Etapa tardía: El espectro se vuelve caótico con un nivel de ruido elevado y numerosos picos.

Técnicas de detección

Análisis FFT estándar

  • Calcule FFT de señal de vibración
  • Busque picos en las frecuencias de rodamiento calculadas
  • Eficaz para defectos moderados a avanzados.
  • Puede pasar por alto defectos en etapas tempranas ocultos en el ruido

Análisis de envolvente (el más eficaz)

Análisis de envolvente (La demodulación) es el estándar de oro para la detección de defectos en los rodamientos:

  • Filtra vibraciones de baja frecuencia y alta energía (por desequilibrio, etc.)
  • Se centra en los impactos de alta frecuencia provocados por defectos en los rodamientos.
  • Puede detectar fallas entre 6 y 12 meses antes que la FFT estándar
  • El espectro envolvente muestra claramente las frecuencias y patrones de fallas

Técnicas en el dominio del tiempo

Aplicación práctica

Procedimiento de diagnóstico

  1. Identificar el rodamiento: Determinar el modelo y la ubicación del rodamiento
  2. Calcular frecuencias: Utilice la geometría del rodamiento para calcular BPFO, BPFI, BSF, FTF (o busque en la base de datos)
  3. Recopilar datos de vibración: Medir en la carcasa del cojinete con acelerómetro
  4. Analizar el espectro: Busque frecuencias calculadas en FFT o espectro envolvente
  5. Confirmar diagnóstico: Verifique si hay armónicos y bandas laterales consistentes con el tipo de defecto
  6. Evaluar la gravedad: La amplitud y el contenido armónico indican la etapa de progresión del defecto.
  7. Plan de acción: Programe el reemplazo de los rodamientos según la gravedad y la criticidad del equipo.

Ejemplo de diagnóstico

Motor con rodamiento SKF 6308 funcionando a 1800 RPM (30 Hz):

  • Frecuencias calculadas: BPFO = 107 Hz, BPFI = 173 Hz, BSF = 71 Hz, FTF = 12 Hz
  • Observado en el espectro envolvente: Pico a 173 Hz con armónicos a 346 Hz, 519 Hz
  • Bandas laterales: Bandas laterales de ±30 Hz alrededor del pico de 173 Hz
  • Diagnóstico: Defecto de pista interna confirmado (BPFI con 1 banda lateral)
  • Acción: Programe el reemplazo del rodamiento dentro de 2 a 4 semanas según la amplitud

Importancia del mantenimiento predictivo

  • Advertencia temprana: Detectar defectos entre 6 y 24 meses antes de la falla
  • Diagnóstico específico: Identifique qué componente del rodamiento está dañado
  • Monitoreo de tendencias: Realizar un seguimiento de las amplitudes de frecuencia de fallas para predecir la vida útil restante
  • Mantenimiento planificado: Programe reemplazos durante tiempos de inactividad convenientes
  • Prevenir daños secundarios: Reemplace el rodamiento antes de que una falla catastrófica dañe el eje, la carcasa u otros componentes
  • Ahorro de costes: Evite reparaciones de emergencia, pérdidas de producción y daños colaterales

Las frecuencias de fallas en los rodamientos se encuentran entre las herramientas de diagnóstico más potentes en el análisis de vibraciones. Su predictibilidad matemática, combinada con las modernas técnicas de análisis de envolvente, permite la detección temprana y fiable de defectos en los rodamientos, lo que constituye la piedra angular de los programas eficaces de mantenimiento predictivo para equipos rotativos.

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