Capire BSF – Frequenza di rotazione della palla
Definizione: Che cosa è BSF?
BSF (Frequenza di rotazione della palla, detta anche frequenza di rotazione dell'elemento rotante) è una delle quattro fondamentali frequenze di guasto dei cuscinetti che rappresenta la velocità di rotazione di un elemento volvente (sfera o rullo) che ruota attorno al proprio asse. Quando un elemento volvente presenta un difetto superficiale come una scheggiatura, una crepa o un'inclusione, il difetto colpisce sia la pista interna che quella esterna due volte per giro dell'elemento volvente, creando impatti periodici alla frequenza BSF.
La BSF è la meno comunemente osservata delle quattro frequenze dei cuscinetti, poiché i difetti degli elementi volventi sono relativamente rari rispetto ai difetti delle piste, rappresentando solo circa 10-15% dei guasti dei cuscinetti. Tuttavia, quando presente, la BSF produce un effetto distintivo e complesso. vibrazione firma che può essere identificata attraverso un'attenta analisi delle vibrazioni.
Calcolo matematico
Formula
Il BSF viene calcolato utilizzando la geometria del cuscinetto e la velocità dell'albero:
- BSF = (Pd / 2×Bd) × n × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
Variabili
- Pd = Diametro primitivo (diametro del cerchio passante per i centri degli elementi volventi)
- Bd = Diametro della sfera o del rullo
- n = Frequenza di rotazione dell'albero (Hz) o velocità (RPM/60)
- beta = Angolo di contatto
Forma semplificata
Per cuscinetti con angolo di contatto zero (β = 0°):
- BSF ≈ (Pd / 2×Bd) × n × [1 – (Bd/Pd)²]
- Per cuscinetti tipici con Bd/Pd ≈ 0,2, questo dà BSF ≈ 2,4 × n
- Regola pratica: BSF in genere 2-3 volte la velocità dell'albero
Valori tipici
- BSF varia in genere da 1,5× a 3× la velocità dell'albero
- Inferiore a entrambi BPFI e BPFO
- Più alto di FTF (frequenza della gabbia)
- Esempio: cuscinetto a 1800 giri/min (30 Hz) → BSF ≈ 71 Hz (velocità dell'albero 2,4×)
Meccanismo fisico
Rotazione dell'elemento volvente
Per comprendere il BSF è necessario visualizzare il movimento dell'elemento volvente:
- L'elemento volvente orbita attorno al cuscinetto alla frequenza della gabbia (~0,4× velocità dell'albero)
- Contemporaneamente, ruota sul proprio asse a BSF
- La velocità di rotazione dipende dal rapporto tra il diametro del passo e il diametro della palla
- Ogni giro completo porta il difetto a contatto con entrambe le razze
Doppio impatto per rivoluzione
Un difetto su un elemento volvente crea uno schema unico:
- Primo impatto: Il difetto colpisce la razza interiore
- Mezza rivoluzione dopo: Lo stesso difetto (ora ruotato di 180°) colpisce la pista esterna
- Risultato: Due impatti per rivoluzione della sfera = 2×BSF
- Frequenza effettiva osservata: Spesso si osservano picchi sia a BSF che a 2×BSF
Modulazione tramite frequenza della gabbia
Un'ulteriore complessità deriva dal moto orbitale dell'elemento rotante:
- La sfera difettosa passa attraverso la zona di carico una volta per ogni giro della gabbia
- Gravità dell'impatto modulata dal carico (alta nella zona di carico, bassa altrove)
- Crea bande laterali a FTF (frequenza della gabbia) spaziatura
- Modello di banda laterale: BSF ± n×FTF, dove n = 1, 2, 3…
Firma di vibrazione
Caratteristiche dello spettro
- Picco primario: Alla frequenza BSF o 2×BSF
- Bande laterali FTF: Distanziati a intervalli di frequenza della gabbia (a differenza delle bande laterali 1× del BPFI)
- Armoniche multiple: 2×BSF, 3×BSF spesso presenti
- Modello complesso: Più complicato dei modelli di difetti razziali
- Ampiezza variabile: Può variare significativamente tra le misurazioni poiché la posizione della sfera difettosa nella zona di carico cambia
Spettro dell'involucro
Analisi dell'involucro è particolarmente importante per il rilevamento della BSF:
- I picchi BSF sono spesso più chiari nell'inviluppo rispetto alla FFT standard
- La struttura della banda laterale FTF è più visibile
- Rilevamento precoce possibile prima che i picchi siano visibili nello spettro standard
Perché i difetti degli elementi volventi sono meno comuni
Diversi fattori rendono relativamente rari i difetti degli elementi volventi:
Distribuzione del carico
- Gli elementi volventi ruotano, distribuendo il carico e l'usura su tutta la superficie
- Le gare (in particolare la gara esterna) hanno zone di carico concentrate
- Una distribuzione più uniforme dello stress ritarda l'affaticamento degli elementi volventi
Qualità di produzione
- Le sfere e i rulli in genere ricevono il massimo controllo di qualità
- Materiale più duro e finitura superficiale migliore rispetto alle piste di molti cuscinetti
- Minore probabilità di presentare difetti materiali
Modelli di stress
- Sollecitazione da contatto volvente distribuita sulla superficie
- Le gare subiscono sollecitazioni di contatto hertziane massime più elevate
- I bordi e gli angoli delle gare sono più inclini alla concentrazione da stress
Sfide diagnostiche
Complessità
- La firma BSF è più complessa dei difetti di gara a causa delle bande laterali FTF
- Può essere confuso con le frequenze di altri macchinari
- L'ampiezza variabile rende più difficile la tendenza
- Più palline difettose creano firme sovrapposte
Difficoltà di rilevamento
- I picchi BSF a volte hanno un'ampiezza inferiore rispetto ai picchi dei difetti di razza per dimensioni di difetti simili
- La frequenza può rientrare nell'intervallo con altri componenti della macchina
- Richiede esperienza per distinguere i modelli BSF dai difetti di razza
Diagnosi pratica
Fasi di conferma
- Calcola BSF: Dalle specifiche dei cuscinetti
- Cerca BSF Peak: Spettro dell'involucro di ricerca alla frequenza calcolata
- Controllare 2×BSF: Spesso più forte del BSF fondamentale
- Verifica le bande laterali FTF: Cercare le bande laterali alla spaziatura di frequenza della gabbia (NON spaziatura 1×)
- Variabilità di ampiezza: L'ampiezza BSF può variare tra le misurazioni (caratteristica dei difetti della sfera)
- Eliminazione: Escludere BPFI e BPFO prima di concludere BSF
Quando più palline hanno difettato
- Molteplici palline difettose creano complessi modelli sovrapposti
- I picchi BSF possono ampliarsi o mostrare più frequenze vicine
- Indica un deterioramento avanzato dei cuscinetti
- Si consiglia la sostituzione immediata
Cause e prevenzione
Cause comuni di difetti degli elementi volventi
- Inclusioni di materiali: Vuoti interni o materiale estraneo nella sfera/rullo
- Danni da installazione: Brinellatura dovuta agli urti durante la movimentazione
- Contaminazione: Particelle dure che si incastrano o danneggiano la superficie della palla
- Danni elettrici: Arco elettrico attraverso il cuscinetto che crea fossette
- Falsa brinellatura: Irritazione dovuta alle vibrazioni da fermo
- Corrosione: Umidità o attacco chimico che creano fosse superficiali
Strategie di prevenzione
- Utilizzare cuscinetti di alta qualità da produttori affidabili
- Maneggevolezza attenta durante l'installazione
- Controllo efficace della contaminazione (guarnizioni, ambiente pulito)
- Una corretta lubrificazione previene la corrosione
- Isolamento elettrico per motori con azionamenti VFD
- Isolamento dalle vibrazioni durante lo stoccaggio e la spedizione
Sebbene la BSF sia meno frequente rispetto alla BPFO o alla BPFI, comprenderne le caratteristiche consente una diagnosi completa dei cuscinetti. Il caratteristico andamento delle bande laterali della FTF e il potenziale di rapida progressione una volta rilevata rendono la BSF una componente importante dei programmi completi di monitoraggio delle condizioni dei cuscinetti.
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