Zrozumienie BSF – częstotliwości obrotu piłki

Urządzenia

Przenośna wyważarka i analizator drgań Balanset-1A

$2,358.31

Części

Czujnik wibracji

$107.47

Części

Czujnik optyczny (tachometr laserowy)

$148.07

Urządzenia

Balanset-4

$8,123.32

Części

Stojak magnetyczny Insize-60-kgf

$54.93

Części

Taśma odblaskowa

$11.94

Urządzenia

Balanser dynamiczny "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicja: Czym jest BSF?

BSF (Częstotliwość wirowania piłki, zwana również częstotliwością wirowania elementu toczącego się) jest jedną z czterech podstawowych częstotliwości uszkodzeń łożysk Reprezentuje prędkość obrotową elementu tocznego (kulki lub wałka) obracającego się wokół własnej osi. Gdy element toczny ma wadę powierzchni, taką jak odprysk, pęknięcie lub wtrącenie, wada ta uderza zarówno w bieżnię wewnętrzną, jak i zewnętrzną dwa razy na obrót elementu tocznego, powodując okresowe uderzenia z częstotliwością BSF.

BSF jest najrzadziej obserwowaną z czterech częstotliwości występowania łożysk, ponieważ wady elementów tocznych są stosunkowo rzadkie w porównaniu z wadami bieżni i odpowiadają za zaledwie około 10–15% awarii łożysk. Jednak gdy występuje, BSF powoduje charakterystyczny i złożony efekt. wibracja podpis, który można zidentyfikować dzięki starannemu analiza drgań.

Obliczenia matematyczne

Formuła

Współczynnik BSF oblicza się na podstawie geometrii łożyska i prędkości wału:

• BSF = (Pd / 2×Bd) × n × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]

Zmienne

• Pd = Średnica podziałowa (średnica okręgu przechodząca przez środki elementów tocznych)
• Bd = Średnica kulki lub wałka
• n = Częstotliwość obrotowa wału (Hz) lub prędkość (obr./min/60)
• β = Kąt zwilżenia

Uproszczona forma

W przypadku łożysk o zerowym kącie styku (β = 0°):

• BSF ≈ (Pd / 2×Bd) × n × [1 – (Bd/Pd)²]
• W przypadku typowych łożysk o Bd/Pd ≈ 0,2 daje to BSF ≈ 2,4 × n
• Zasada praktyczna: BSF zwykle wynosi 2-3× prędkość wału

Wartości typowe

• BSF zwykle mieści się w zakresie od 1,5× do 3× prędkości wału
• Niższy niż oba BPFI oraz BPFO
• Wyżej niż FTF (częstotliwość klatek)
• Przykład: Łożysko przy 1800 obr./min (30 Hz) → BSF ≈ 71 Hz (2,4× prędkość wału)

Mechanizm fizyczny

Obrót elementu tocznego

Aby zrozumieć BSF, należy zwizualizować ruch elementu tocznego:

1. Element toczny krąży wokół łożyska z częstotliwością koszyka (~0,4× prędkość wału)
2. Jednocześnie obraca się wokół własnej osi w BSF
3. Prędkość obrotowa zależy od stosunku średnicy rzutu do średnicy kulki
4. Każdy pełny obrót powoduje kontakt defektu z obiema rasami

Podwójny wpływ na obrót

Wada na elemencie tocznym powoduje powstanie unikalnego wzoru:

• Pierwsze uderzenie: Wada uderza w wewnętrzną rasę
• Pół rewolucji później: Ta sama wada (teraz obrócona o 180°) dotyczy zewnętrznej bieżni
• Wynik: Dwa uderzenia na obrót piłki = 2×BSF
• Rzeczywista obserwowana częstotliwość: Często widać szczyty zarówno przy BSF, jak i 2×BSF

Modulacja przez częstotliwość klatki

Dodatkowa złożoność wynika z orbitalnego ruchu elementu tocznego:

• Wadliwa piłka przechodzi przez strefę obciążenia raz na obrót klatki
• Siła uderzenia modulowana przez obciążenie (duża w strefie obciążenia, mała w pozostałych miejscach)
• Tworzy pasma boczne w FTF (częstotliwość klatek) odstępy
• Wzór pasma bocznego: BSF ± n×FTF, gdzie n = 1, 2, 3…

Sygnatura wibracji

Charakterystyka widmowa

• Główny szczyt: Przy częstotliwości BSF lub 2×BSF
• Wstęgi boczne FTF: Rozmieszczone w odstępach częstotliwości klatek (w przeciwieństwie do pasm bocznych BPFI 1×)
• Wiele harmonicznych: Często występują 2×BSF, 3×BSF
• Złożony wzór: Bardziej skomplikowane niż wzorce defektów rasowych
• Zmienna amplituda: Może się znacznie różnić między pomiarami, ponieważ zmienia się położenie uszkodzonej kuli w strefie obciążenia

Widmo koperty

Analiza koperty jest szczególnie ważne w przypadku wykrywania BSF:

• Szczyty BSF są często wyraźniejsze w obwiedni niż w standardowej FFT
• Struktura pasma bocznego FTF jest bardziej widoczna
• Możliwość wczesnego wykrycia przed pojawieniem się pików w widmie standardowym

Dlaczego wady elementów tocznych są rzadsze

Istnieje kilka czynników, które sprawiają, że wady elementów tocznych zdarzają się stosunkowo rzadko:

Dystrybucja obciążenia

• Elementy toczne obracają się, rozkładając obciążenie i zużycie na całej powierzchni
• Rasy (zwłaszcza rasy zewnętrzne) mają strefy skoncentrowanego obciążenia
• Bardziej równomierny rozkład naprężeń opóźnia zmęczenie elementów tocznych

Jakość produkcji

• Kulki i rolki są zazwyczaj poddawane kontroli najwyższej jakości
• Twardszy materiał i lepsze wykończenie powierzchni niż w przypadku bieżni w wielu łożyskach
• Mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia wad materiałowych

Wzory stresu

• Naprężenie styku tocznego rozłożone na powierzchni
• W wyścigach występują wyższe maksymalne naprężenia kontaktowe Hertza
• Krawędzie i narożniki wyścigów są bardziej podatne na koncentrację naprężeń

Wyzwania diagnostyczne

Złożoność

• Sygnatura BSF jest bardziej złożona niż defekty wyścigowe ze względu na pasma boczne FTF
• Można pomylić z częstotliwościami innych maszyn
• Zmienna amplituda utrudnia obserwację trendów
• Wiele uszkodzonych piłek tworzy nakładające się na siebie sygnatury

Trudność wykrywania

• Szczyty BSF mają czasami niższą amplitudę niż szczyty defektów wyścigu przy podobnych rozmiarach defektów
• Częstotliwość może być niższa niż w przypadku innych komponentów maszyny
• Wymaga doświadczenia w odróżnianiu wzorców BSF od defektów rasowych

Praktyczna diagnoza

Kroki potwierdzenia

1. Oblicz BSF: Ze specyfikacji łożysk
2. Szukaj szczytu BSF: Przeszukaj widmo obwiedni przy obliczonej częstotliwości
3. Sprawdź 2×BSF: Często silniejsze niż podstawowe BSF
4. Sprawdź pasma boczne FTF: Szukaj pasm bocznych w odstępach częstotliwości klatek (NIE odstępach 1×)
5. Zmienność amplitudy: Amplituda BSF może się różnić między pomiarami (cecha charakterystyczna dla defektów kuli)
6. Eliminacja: Wyklucz BPFI i BPFO przed zawarciem umowy BSF

Kiedy wiele piłek odbiło się

• Wiele uszkodzonych piłek tworzy złożone, nakładające się na siebie wzory
• Szczyty BSF mogą się rozszerzać lub wykazywać wiele pobliskich częstotliwości
• Oznacza zaawansowane zużycie łożyska
• Zalecana natychmiastowa wymiana

Przyczyny i zapobieganie

Najczęstsze przyczyny uszkodzeń elementów tocznych

• Zawartość materiału: Wewnętrzne puste przestrzenie lub ciała obce w kulce/rolce
• Uszkodzenia instalacji: Odpryskiwanie Brinella w wyniku uderzeń podczas obsługi
• Zanieczyszczenie: Twarde cząstki osadzające się na powierzchni piłki lub ją uszkadzające
• Uszkodzenia elektryczne: Łuk elektryczny przechodzący przez łożysko, tworzący wżery
• Fałszywe odciski Brinella: Drgania spowodowane wibracjami podczas postoju
• Korozja: Atak wilgoci lub chemikaliów powodujący powstawanie wżerów powierzchniowych

Strategie zapobiegania

• Stosuj łożyska wysokiej jakości od renomowanych producentów
• Ostrożne obchodzenie się podczas instalacji
• Skuteczna kontrola zanieczyszczeń (uszczelki, czyste środowisko)
• Prawidłowe smarowanie zapobiegające korozji
• Izolacja elektryczna silników z napędami VFD
• Izolacja wibracji podczas przechowywania i transportu

Chociaż zjawisko BSF występuje rzadziej niż BPFO czy BPFI, zrozumienie jego charakterystyki umożliwia pełną diagnostykę łożysk. Charakterystyczny wzór wstęg bocznych FTF i potencjał szybkiego postępu po wykryciu sprawiają, że BSF stanowi ważny element kompleksowych programów monitorowania stanu łożysk.

---

← Powrót do indeksu głównego