Comprensione della FTF – Frequenza fondamentale del treno
Definizione: Che cosa è FTF?
FTF (Frequenza fondamentale del treno, detta anche frequenza della gabbia o frequenza di ritenzione) è una delle quattro frequenze fondamentali frequenze di guasto dei cuscinetti, che rappresenta la velocità di rotazione della gabbia del cuscinetto (detta anche separatore o ritegno) che mantiene i corpi volventi in posizione e ne mantiene la spaziatura. La gabbia orbita attorno al cuscinetto, trasportando con sé i corpi volventi, e completa una rivoluzione nel tempo impiegato da tutti i corpi volventi per compiere un giro completo attorno al cuscinetto.
FTF è la più bassa delle quattro frequenze dei cuscinetti, in genere compresa tra 0,35 e 0,48 volte la velocità dell'albero (sub-sincrona). Sebbene sia la meno comunemente utilizzata per il rilevamento dei difetti (i difetti della gabbia sono rari), FTF svolge un ruolo importante come frequenza di modulazione che crea bande laterali attorno ad altre frequenze di guasto dei cuscinetti, in particolare BSF.
Calcolo matematico
Formula
L'FTF viene calcolato utilizzando la geometria del cuscinetto e la velocità dell'albero:
- FTF = (n / 2) × [1 – (Bd/Pd) × cos β]
Variabili
- n = Frequenza di rotazione dell'albero (Hz) o velocità (RPM/60)
- Bd = Diametro della sfera o del rullo
- Pd = Diametro primitivo (diametro del cerchio passante per i centri degli elementi volventi)
- beta = Angolo di contatto
Forma semplificata
Per cuscinetti con angolo di contatto zero (β = 0°):
- FTF ≈ (n / 2) × [1 – Bd/Pd]
- Per cuscinetti tipici con Bd/Pd ≈ 0,2, questo dà FTF ≈ 0,4 × n
- Regola pratica: FTF in genere 0,4× velocità dell'albero (40% di frequenza dell'albero)
Gamma tipica
- FTF in genere 0,35-0,48× velocità dell'albero a seconda della geometria del cuscinetto
- Esempio: 1800 giri/min (30 Hz) → FTF ≈ 12 Hz (0,4× velocità dell'albero)
- Sempre sub-sincrono (meno di 1× velocità di marcia)
- La più bassa delle quattro frequenze di rilevamento
Significato fisico
Movimento della gabbia
La rotazione della gabbia è determinata dagli elementi volventi:
- Gli elementi volventi rotolano (senza slittamento) tra le piste interne ed esterne
- La gabbia si muove alla velocità media dei centri degli elementi volventi
- La velocità è approssimativamente il punto medio tra la pista esterna fissa (0) e la pista interna rotante (velocità dell'albero)
- Quindi la gabbia ruota a circa 40% di velocità dell'albero
Funzione della gabbia
- Spaziatura: Mantiene una spaziatura uniforme tra gli elementi volventi
- Guida: Mantiene gli elementi rotanti nel corretto percorso orbitale
- Lubrificazione: Può aiutare a distribuire il lubrificante
- Previene il contatto: Impedisce agli elementi rotanti di toccarsi tra loro
Quando FTF appare negli spettri di vibrazione
Difetti diretti della gabbia
I picchi FTF primari compaiono quando la gabbia stessa è difettosa:
- Gabbia rotta: Struttura della gabbia fratturata o incrinata
- Tasche usurate: Gioco eccessivo tra gabbia ed elementi volventi
- Sfregamento in gabbia: Gabbia a contatto con piste o guarnizioni
- Frequenza: Picco FTF diretto con armoniche
- Rarità: I difetti che interessano solo la gabbia sono rari (< 5% di guasti)
Come modulazione a banda laterale (più comune)
FTF appare più comunemente come spaziatura delle bande laterali attorno a BSF:
- Quando è presente un difetto dell'elemento volvente (BSF attivo)
- La gravità dell'impatto della palla difettosa varia durante l'orbita
- La variazione avviene alla frequenza orbitale della gabbia (FTF)
- Crea bande laterali: BSF ± FTF, BSF ± 2×FTF, BSF ± 3×FTF
- Modello diagnostico per difetti degli elementi volventi
Instabilità dei cuscinetti
- Vibrazioni sub-sincrone dovute all'instabilità indotta dai cuscinetti possono verificarsi in prossimità di FTF
- Può indicare problemi di precarico inadeguato o di gioco dei cuscinetti
- Distinguibile dai difetti della gabbia per caratteristiche diverse (continuo vs. impattante)
Diagnosi dei difetti della gabbia
Sintomi di problemi alla gabbia
- Picco alla frequenza FTF in spettro di vibrazione
- Armoniche a 2×FTF, 3×FTF, ecc.
- Spesso ampiezza irregolare o variabile
- Può essere accompagnato da rumore udibile (clic o tintinnio)
- A volte visibile nella forma d'onda del tempo come impatti periodici
Cause dei difetti della gabbia
- Lubrificazione impropria: Lubrificazione inadeguata che causa l'usura della gabbia
- Funzionamento ad alta velocità: Forze centrifughe eccessive sulla gabbia
- Contaminazione: Particelle che danneggiano il materiale o le tasche della gabbia
- Surriscaldamento: Distorsione termica o ammorbidimento del materiale della gabbia
- Fatica: Fatica ad alto ciclo in sezioni di gabbia sottili
- Danni da installazione: Gabbia piegata o danneggiata durante il montaggio
Importanza pratica
Come marcatore diagnostico
Il valore diagnostico primario dell'FTF è la spaziatura delle bande laterali:
- 1× Bande laterali: Indicare difetti della pista interna (modulazione tramite rotazione dell'albero)
- Bande laterali FTF: Indicare difetti degli elementi volventi (modulazione tramite movimento orbitale della gabbia)
- Riconoscimento di modelli: La spaziatura della banda laterale identifica immediatamente il tipo di difetto
- Diagnosi avanzata: La comprensione dell'FTF consente la corretta interpretazione degli spettri complessi dei cuscinetti
Nella diagnostica automatizzata
- I moderni analizzatori di vibrazioni calcolano automaticamente tutte e quattro le frequenze
- Il software identifica i picchi a BPFO, BPFI, BSF, FTF
- Rilevamento automatico della banda laterale utilizzando FTF e 1× come criteri di ricerca
- Gravità valutata in base all'ampiezza e al contenuto armonico
Relazione con altre frequenze dei cuscinetti
Gerarchia di frequenza
Le quattro frequenze di rilevamento in ordine di grandezza:
- Più basso: FTF (velocità dell'albero 0,4×)
- Basso-Medio: BSF (velocità dell'albero 2-3×)
- Medio: BPFO (velocità dell'albero 3-5×)
- Più alto: BPFI (velocità dell'albero 5-7×)
Relazioni matematiche
- Tutte e quattro le frequenze sono correlate attraverso la geometria del cuscinetto
- La conoscenza di una frequenza e di un tipo di cuscinetto consente il calcolo degli altri
- I rapporti tra le frequenze rimangono costanti per un dato modello di cuscinetto
- Fornisce una verifica incrociata della diagnosi
La frequenza di guasto dei cuscinetti (FTF), pur essendo la più bassa e meno comunemente osservata direttamente, svolge un ruolo cruciale nella diagnostica dei cuscinetti. La sua funzione di modulazione della frequenza per i difetti degli elementi volventi e la sua potenziale indicazione di problemi alle gabbie rendono la comprensione della frequenza di guasto dei cuscinetti essenziale per una valutazione completa e accurata delle condizioni dei cuscinetti.
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