Compreendendo a FTF — Frequência Fundamental do Jogo de Rolamentos
FTF (Frequência Fundamental do Jogo de Rolamentos — também chamada de frequência da gaiola ou frequência do separador) é uma das quatro frequências fundamentais frequências de falha de rolamento. Ela representa a velocidade rotacional da gaiola do rolamento (o separador ou retentor que mantém os elementos rolantes no lugar e os mantém igualmente espaçados). A gaiola orbita ao redor do rolamento carregando os elementos rolantes com ela, completando uma revolução no tempo que o conjunto inteiro de elementos rolantes leva para percorrer uma vez as pistas de rolamento. A FTF é a mais baixa das quatro frequências do rolamento — tipicamente 0,35× a 0,48× da velocidade do eixo e, portanto, sempre subsíncrono. Embora os próprios defeitos da gaiola sejam raros, a FTF é diagnosticamente importante como a frequência de modulação que cria bandas laterais ao redor das outras frequências do rolamento, particularmente BSF.
1. Definição: O que a FTF Representa
Todo rolamento de elementos rolantes possui uma gaiola que prende as esferas ou os rolos em bolsos e os guia ao redor do anel entre as pistas interna e externa. À medida que a pista interna gira com o eixo, ela arrasta os elementos rolantes, e a gaiola se move na velocidade orbital coletiva deles. Como essa velocidade orbital é aproximadamente a média da pista externa estacionária (zero) e da pista interna rotativa (velocidade do eixo), a gaiola circula a apenas cerca de 40% da velocidade do eixo. Essa taxa orbital é a Frequência Fundamental do Jogo de Rolamentos — o ritmo mais lento e suave no rolamento, mas aquele que fundamenta o diagnóstico de falhas nos elementos rolantes.
2. Cálculo Matemático
Fórmula
A FTF é derivada da geometria do rolamento e da velocidade do eixo. Estritamente, é a velocidade da gaiola vista a partir da pista interna rotativa; com uma pista externa estacionária e uma pista interna rotativa, é:
FTF = (n / 2) × [1 − (Bd / Pd) × cos β]
Variáveis
- n = frequência rotacional do eixo em Hz (ou seja, RPM ÷ 60).
- Bd = diâmetro da esfera ou do rolo.
- Pd = diâmetro primitivo (o diâmetro do círculo que passa pelos centros dos elementos rolantes).
- β = ângulo de contato.
Forma Simplificada
Para rolamentos com ângulo de contato zero (β = 0°, cos β = 1):
- FTF ≈ (n / 2) × [1 − Bd / Pd]
- Para um rolamento típico com Bd/Pd ≈ 0,2, isso resulta em FTF ≈ 0,4 × n.
- Regra prática: a FTF é cerca de 0,4× a velocidade do eixo — 40% da frequência do eixo.
Faixa Típica
- A FTF geralmente fica entre 0,35× e 0,48× a velocidade do eixo, dependendo da geometria.
- Exemplo: a 1800 RPM (30 Hz), FTF ≈ 12 Hz (0,4× a velocidade do eixo).
- É sempre subsíncrona (abaixo de 1× a velocidade de operação).
- É a mais baixa das quatro frequências de falha do rolamento.
Esses cálculos fazem parte de qualquer estudo de defeito de rolamento; uma calculadora de frequência de defeito de rolamento calcula a FTF juntamente com BPFO, BPFI e BSF diretamente a partir da geometria, o que é muito mais rápido e menos propenso a erros do que calcular a fórmula à mão para cada rolamento em uma máquina.
3. Significado Físico
Movimento da Gaiola
A rotação da gaiola é ditada pelos elementos rolantes que ela carrega:
- Os elementos rolantes rolam sem escorregar entre as pistas interna e externa.
- A gaiola se move na velocidade média dos centros dos elementos rolantes.
- Essa velocidade é aproximadamente o ponto médio entre a pista externa estacionária (0) e a pista interna rotativa (velocidade do eixo).
- Portanto, a gaiola circula a cerca de 40% da velocidade do eixo.
O pequeno desvio de uma proporção limpa de 0,5× — e o fato de que gaiolas reais podem experimentar um leve escorregamento — é exatamente o motivo pelo qual a FTF é irracional em relação à velocidade de operação e nunca cai em um harmônico exato.
Função da Gaiola
- Espaçamento: mantém o espaçamento uniforme entre os elementos rolantes.
- Guiamento: mantém cada elemento rolante em sua trajetória orbital correta.
- Lubrication: pode ajudar a distribuir o lubrificante através do rolamento.
- Separação: impede que elementos rolantes adjacentes esfreguem uns nos outros.
4. Quando a FTF Aparece nos Espectros de Vibração
Defeitos Diretos na Gaiola
Um pico primário de FTF aparece quando a própria gaiola está danificada:
- Gaiola quebrada: uma estrutura de gaiola fraturada ou trincada.
- Bolsos desgastados: folga excessiva entre a gaiola e os elementos rolantes.
- Atrito da gaiola: a gaiola entrando em contato com as pistas ou selos.
- Frequência: um pico direto de FTF, frequentemente com harmônicos.
- Raridade: defeitos exclusivos da gaiola são incomuns, representando menos de cerca de 5% das falhas de rolamento.
Como Modulação de Bandas Laterais (o Papel Mais Comum)
Muito mais frequentemente, a FTF se revela como espaçamento de bandas laterais ao redor da BSF, em vez de um pico próprio:
- Quando há um defeito nos elementos rolantes, a BSF está ativa.
- A severidade do impacto da esfera defeituosa aumenta e diminui à medida que ela orbita entrando e saindo da zona de carga.
- Essa variação ocorre na frequência orbital da gaiola — FTF.
- O resultado são bandas laterais em BSF ± FTF, BSF ± 2×FTF, BSF ± 3×FTF, e assim por diante.
- Esse padrão é uma impressão digital diagnóstica confiável para defeitos dos elementos rolantes, e é aprimorado por análise de envelope.
Em Instabilidade do Rolamento
- Vibração subsíncrona de instabilidade induzida pelo rolamento pode aparecer perto da FTF.
- Pode indicar pré-carga ou folga do rolamento.
- Ela se distingue de um verdadeiro defeito de gaiola pelo seu caráter — contínuo e de banda larga, em vez do impacto discreto e repetitivo de uma gaiola danificada.
5. Diagnóstico de Defeitos de Gaiola
Sintomas de Problemas na Gaiola
- Um pico na frequência FTF no espectro de vibração.
- Harmônicos em 2×FTF, 3×FTF e além.
- Amplitude que muitas vezes é errática ou variável, em vez de constante.
- Cliques ou batidas audíveis em muitos casos.
- Impactos periódicos às vezes visíveis no forma de onda no tempo.
Causas de Defeitos na Gaiola
- Lubrificação inadequada: lubrificação insuficiente causando desgaste da gaiola.
- Operação em alta velocidade: força centrífuga excessiva na gaiola.
- Contaminação: partículas danificando o material da gaiola ou seus bolsos.
- Superaquecimento: distorção térmica ou amolecimento do material da gaiola.
- Fadiga: alto ciclo fadiga em seções finas da gaiola.
- Danos de instalação: uma gaiola dobrada ou atingida durante a montagem.
6. Importância Prática e Relação com as Outras Frequências do Rolamento
FTF como Marcador Diagnóstico
O principal valor prático da FTF reside no espaçamento que ela impõe às bandas laterais:
- Bandas laterais 1×: indicam defeitos na pista interna (modulação pela rotação do eixo à medida que o defeito passa pela zona de carga).
- Bandas laterais de FTF: indicam defeitos nos elementos rolantes (modulação pelo movimento orbital da gaiola).
- Reconhecimento de padrões: o espaçamento das bandas laterais sozinho frequentemente identifica o tipo de defeito de relance.
- Diagnóstico avançado: entender a FTF é o que permite ao analista interpretar corretamente um espectro de rolamento que, de outra forma, seria confuso.
Em Diagnósticos Automatizados
- Analisadores modernos calculam automaticamente as quatro frequências do rolamento a partir do modelo do rolamento.
- O software sinaliza picos em BPFO, BPFI, BSF e FTF.
- A detecção automática de bandas laterais usa a FTF e 1× como espaçamentos de busca.
- A severidade é classificada com base na amplitude do pico e no conteúdo harmônico.
Hierarquia de Frequências
As quatro frequências do rolamento, em ordem crescente de magnitude:
- Mais baixa: FTF (≈ 0,4× velocidade do eixo).
- Baixa–média: BSF (≈ 2–3× velocidade do eixo).
- Média: BPFO (≈ 3–5× velocidade do eixo).
- Mais alta: BPFI (≈ 5–7× velocidade do eixo).
Relações Matemáticas
- Todas as quatro frequências derivam da mesma geometria do rolamento.
- Conhecer uma frequência e o tipo de rolamento permite calcular as outras por retrocálculo.
- As proporções entre elas são fixas para um determinado modelo de rolamento, fornecendo verificação cruzada interna.
- Notavelmente, para um rolamento com Z elementos rolantes, BPFO + BPFI = Z × velocidade do eixo e BPFO = Z × FTF — identidades úteis para verificar a sanidade de um diagnóstico.
No campo, essas frequências só são úteis se o seu instrumento puder resolvê-las com clareza na velocidade real de operação da máquina. Um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A captura o espectro e a forma de onda no tempo diretamente nos próprios rolamentos da máquina, para que o ritmo lento da FTF e a família de bandas laterais BSF ± FTF que ela gera possam ser identificados no local — e, quando o problema subjacente se revelar ser um desbalanceamento sobrecarga no rolamento em vez de uma falha real na gaiola, corrigido na hora e no local. Para mapear cada tom do rolamento no espectro antes de começar, insira a geometria do rolamento em um calculadora de frequência de defeito de rolamento e sobreponha as linhas previstas de FTF, BSF, BPFO e BPFI.
A FTF, portanto, pode ser a menor e a menos frequentemente observada das frequências de falha do rolamento, mas está longe de ser irrelevante. Seu papel como frequência de modulação para defeitos dos elementos rolantes e seu sinalização ocasional de problemas reais na gaiola tornam o domínio prático da FTF essencial para uma avaliação completa e precisa da condição do rolamento.
