Capire la FTF - Frequenza fondamentale del treno
FTF (Frequenza fondamentale del treno, detta anche frequenza di gabbia o frequenza di mantenimento) è una delle quattro frequenze fondamentali del treno. frequenze di guasto dei cuscinetti. Rappresenta la velocità di rotazione della gabbia del cuscinetto (il separatore o il fermo che tiene in posizione i corpi volventi e li mantiene uniformemente distanziati). La gabbia orbita intorno al cuscinetto portando con sé i corpi volventi, completando un giro nel tempo necessario all'intero gruppo di corpi volventi per percorrere una volta le piste di rotolamento. La FTF è la più bassa delle quattro frequenze del cuscinetto - in genere da 0,35 a 0,48 volte la velocità dell'albero e quindi sempre sub-sincrono. Sebbene i difetti della gabbia siano di per sé rari, l'FTF è importante dal punto di vista diagnostico in quanto la frequenza di modulazione che crea la gabbia è molto bassa. bande laterali intorno alle altre frequenze dei cuscinetti, in particolare BSF.
1. Definizione: Cosa rappresenta l'FTF
Ogni cuscinetto volvente è dotato di una gabbia che intrappola le sfere o i rulli in tasche e li trasporta nell'anello tra la pista interna e quella esterna. Quando la pista interna ruota con l'albero, trascina i corpi volventi e la gabbia si muove alla loro velocità orbitale collettiva. Poiché questa velocità orbitale è approssimativamente la media della corsa esterna stazionaria (zero) e della corsa interna rotante (velocità dell'albero), la gabbia circola solo a circa 40% della velocità dell'albero. Questa velocità orbitale è la Frequenza fondamentale del treno, il ritmo più lento e delicato del cuscinetto, ma che è alla base della diagnosi dei difetti degli elementi volventi.
2. Calcolo matematico
Formula
La FTF deriva dalla geometria del cuscinetto e dalla velocità dell'albero. In senso stretto, è la velocità della gabbia vista dalla pista interna rotante; con una pista esterna stazionaria e una pista interna rotante è:
FTF = (n / 2) × [1 - (Bd / Pd) × cos β]
Variabili
- n = frequenza di rotazione dell'albero in Hz (cioè RPM ÷ 60).
- Bd = diametro della sfera o del rullo.
- Pd = diametro del passo (il diametro del cerchio passante per i centri dei corpi volventi).
- beta = angolo di contatto.
Forma semplificata
Per cuscinetti con angolo di contatto nullo (β = 0°, cos β = 1):
- FTF ≈ (n / 2) × [1 - Bd / Pd]
- Per un cuscinetto tipico con Bd/Pd ≈ 0,2, si ottiene FTF ≈ 0,4 × n.
- Regola empirica: FTF è circa 0,4× velocità dell'albero - 40% della frequenza dell'albero.
Gamma tipica
- L'FTF è tipicamente compreso tra 0,35 e 0,48 volte la velocità dell'albero, a seconda della geometria.
- Esempio: a 1800 giri/min (30 Hz), FTF ≈ 12 Hz (0,4× velocità dell'albero).
- È sempre sub-sincrono (inferiore a 1× velocità di esecuzione).
- È la più bassa delle quattro frequenze di guasto dei cuscinetti.
Questi calcoli sono parte integrante di qualsiasi studio sui difetti dei cuscinetti. calcolatore della frequenza dei difetti dei cuscinetti calcola FTF e BPFO, BPFI e BSF direttamente dalla geometria, in modo molto più rapido e meno soggetto a errori rispetto all'elaborazione manuale della formula per ogni cuscinetto della macchina.
3. Significato fisico
Movimento della gabbia
La rotazione della gabbia è dettata dagli elementi di rotolamento che porta:
- I corpi volventi rotolano senza slittare tra le piste interne ed esterne.
- La gabbia si muove alla velocità media dei centri degli elementi volventi.
- Tale velocità corrisponde all'incirca al punto medio tra la pista esterna stazionaria (0) e la pista interna rotante (velocità dell'albero).
- Pertanto, la gabbia circola a circa 40% della velocità dell'albero.
Il piccolo scostamento da un rapporto pulito di 0,5× - e il fatto che le gabbie reali possono subire lievi slittamenti - è esattamente il motivo per cui l'FTF è irrazionale rispetto alla velocità di marcia e non atterra mai su un'armonica ordinata.
Funzione della gabbia
- Spaziatura: mantiene una distanza uniforme tra gli elementi di rotolamento.
- Guida: mantiene ogni elemento di rotolamento sul suo percorso orbitale corretto.
- Lubrificazione: può aiutare a distribuire il lubrificante attraverso il cuscinetto.
- Separazione: impedisce ai corpi volventi adiacenti di sfregare l'uno contro l'altro.
4. Quando l'FTF compare negli spettri di vibrazione
Difetti diretti della gabbia
Un picco FTF primario compare quando la gabbia stessa è danneggiata:
- Gabbia rotta: una struttura della gabbia fratturata o incrinata.
- Tasche usurate: gioco eccessivo tra la gabbia e i corpi volventi.
- Sfregamento della gabbia: la gabbia a contatto con le piste o le guarnizioni.
- Frequenza: un picco FTF diretto, spesso con armoniche.
- Rarità: I difetti della sola gabbia sono rari e rappresentano meno del 5% dei guasti ai cuscinetti.
Modulazione a banda laterale (il ruolo più comune)
Molto più spesso, l'FTF si rivela come una spaziatura tra le bande laterali intorno alla BSF piuttosto che come un picco a sé stante:
- Quando è presente un difetto di rotolamento, il BSF è attivo.
- La gravità dell'impatto della sfera difettosa aumenta e diminuisce man mano che entra ed esce dalla zona di carico.
- Tale variazione si verifica alla frequenza orbitale della gabbia - FTF.
- Il risultato sono bande laterali a BSF ± FTF, BSF ± 2×FTF, BSF ± 3×FTF e così via.
- Questo modello è un'impronta digitale diagnostica affidabile per i difetti degli elementi di laminazione e viene affinato da analisi dell'inviluppo.
Instabilità dei cuscinetti
- In prossimità dell'FTF possono verificarsi vibrazioni subsincrone dovute all'instabilità indotta dai cuscinetti.
- Può indicare un'inadeguatezza precarico o eccessivo gioco del cuscinetto.
- Si distingue da un vero e proprio difetto della gabbia per il suo carattere - continuo e a banda larga piuttosto che l'impatto discreto e ripetitivo di una gabbia danneggiata.
5. Diagnosi del difetto della gabbia
Sintomi di problemi alla gabbia
- Un picco alla frequenza FTF nella spettro di vibrazione.
- Armoniche a 2×FTF, 3×FTF e oltre.
- Ampiezza spesso irregolare o variabile piuttosto che costante.
- In molti casi si sentono scatti o rumori.
- Impatti periodici talvolta visibili nella forma d'onda temporale.
Cause dei difetti della gabbia
- Lubrificazione inadeguata: lubrificazione inadeguata che causa l'usura della gabbia.
- Funzionamento ad alta velocità: eccessiva forza centrifuga sulla gabbia.
- Contaminazione: particelle che danneggiano il materiale della gabbia o le sue tasche.
- Surriscaldamento: distorsione termica o rammollimento del materiale della gabbia.
- Fatica: ad alto ciclo fatica in sezioni sottili di gabbia.
- Danno da installazione: una gabbia piegata o urtata durante il montaggio.
6. Importanza pratica e relazione con le altre frequenze portanti
FTF come marcatore diagnostico
Il principale valore pratico dell'FTF risiede nella spaziatura che impone alle bande laterali:
- Bande laterali 1×: indicano i difetti della pista interna (modulazione della rotazione dell'albero quando il difetto attraversa la zona di carico).
- Bande laterali FTF: puntano a difetti dell'elemento rotante (modulazione del moto orbitale della gabbia).
- Riconoscimento dei modelli: la sola spaziatura delle bande laterali spesso identifica a colpo d'occhio il tipo di difetto.
- Diagnosi avanzata: La comprensione dell'FTF è ciò che consente all'analista di interpretare correttamente uno spettro di rilevamento altrimenti confuso.
Nella diagnostica automatizzata
- I moderni analizzatori calcolano automaticamente tutte e quattro le frequenze del cuscinetto a partire dal modello del cuscinetto.
- Il software segnala i picchi a BPFO, BPFI, BSF e FTF.
- Il rilevamento automatico delle bande laterali utilizza FTF e 1× come spaziature di ricerca.
- La gravità viene classificata in base all'ampiezza del picco e al contenuto armonico.
Gerarchia delle frequenze
Le quattro frequenze dei cuscinetti, in ordine crescente di grandezza:
- Più basso: FTF (≈ 0,4× velocità dell'albero).
- Medio-basso: BSF (≈ 2-3× velocità dell'albero).
- Medio: BPFO (≈ 3-5× velocità dell'albero).
- Più alto: BPFI (≈ 5-7× velocità dell'albero).
Relazioni matematiche
- Tutte e quattro le frequenze derivano dalla stessa geometria dei cuscinetti.
- Conoscendo una frequenza e il tipo di cuscinetto è possibile calcolare a ritroso le altre.
- I rapporti tra di loro sono fissi per un determinato modello di cuscinetto, in modo da fornire una verifica incrociata integrata.
- In particolare, per un cuscinetto con Z corpi volventi, BPFO + BPFI = Z × velocità dell'albero e BPFO = Z × FTF - identità utili per verificare la correttezza della diagnosi.
Sul campo, queste frequenze sono utili solo se lo strumento è in grado di risolverle in modo pulito alla velocità effettiva di funzionamento della macchina. Un analizzatore portatile a due canali, come il modello Bilanciamento-1a cattura lo spettro e la forma d'onda temporale direttamente nei cuscinetti della macchina, in modo che il ritmo FTF lento e la famiglia di bande laterali BSF ± FTF che genera possano essere rilevati sul posto e, se il problema di fondo risulta essere eccessivo sbilanciare di carico del cuscinetto piuttosto che un vero e proprio difetto della gabbia, da correggere immediatamente. Per mappare tutti i toni dei cuscinetti sullo spettro prima di iniziare, inserire la geometria del cuscinetto in un file calcolatore della frequenza dei difetti dei cuscinetti e sovrapporre le linee FTF, BSF, BPFO e BPFI previste.
La FTF, quindi, può essere la più bassa e meno frequentemente osservata tra le frequenze di guasto dei cuscinetti, ma è tutt'altro che irrilevante. Il suo ruolo di frequenza di modulazione per i difetti degli elementi volventi e la sua occasionale segnalazione di veri e propri problemi della gabbia rendono la conoscenza della FTF essenziale per una valutazione completa e accurata delle condizioni dei cuscinetti.
