O que são frequências de falhas em rolamentos? Detecção de defeitos • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que são frequências de falhas em rolamentos? Detecção de defeitos • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

Quais são as frequências de falhas em rolamentos? Detecção de defeitos

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Entendendo as frequências de falhas em rolamentos

Definição: O que são frequências de falhas em rolamentos?

Frequência de falhas em rolamentos (também chamadas de frequências de defeito do rolamento ou frequências características) são específicas vibração Frequências geradas quando elementos rolantes (esferas ou rolos) em um rolamento passam sobre defeitos como trincas, lascas ou cavidades nas pistas do rolamento ou nos próprios elementos rolantes. Essas frequências são matematicamente previsíveis com base na geometria do rolamento e na velocidade de rotação do eixo, tornando-as indicadores de diagnóstico inestimáveis para a detecção precoce de problemas. defeitos de rolamento.

Compreender e identificar essas frequências através de análise de vibração Permite que a equipe de manutenção detecte problemas nos rolamentos meses antes que eles se tornem aparentes por meio do aumento de temperatura, ruído ou falha catastrófica, possibilitando a manutenção planejada e evitando paradas não planejadas dispendiosas.

As quatro frequências fundamentais de falha

Cada rolamento possui quatro frequências de falha características, cada uma correspondendo a um tipo diferente de defeito:

1. BPFO – Frequência de Passes de Bola, Pista Externa

A taxa na qual os elementos rolantes passam por um ponto fixo na pista externa:

  • Significado físico: Se houver um defeito na pista externa, cada elemento rolante o atingirá ao passar, criando um impacto repetitivo.
  • Valor típico: 3-5 vezes a velocidade do eixo para a maioria dos rolamentos
  • Fórmula: BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
  • Mais comuns: Defeitos na pista externa são o modo de falha mais frequente em rolamentos.
  • Efeito da zona de carga: A pista externa estacionária significa que o defeito está em posição constante em relação à carga.

2. BPFI – Frequência de Passes de Bola, Corrida Interna

A taxa na qual os elementos rolantes passam por um ponto fixo na pista interna:

  • Significado físico: A pista interna gira com o eixo, portanto, qualquer defeito na pista interna é atingido por cada elemento rolante à medida que passam.
  • Valor típico: 5-7 vezes a velocidade do eixo para a maioria dos rolamentos
  • Fórmula: BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
  • Superior ao BPFO: Frequência sempre superior à BPFO para o mesmo rolamento.
  • Bandas laterais: Quase sempre mostra 1× faixas laterais devido à modulação da zona de carga

3. BSF – Frequência de Rotação da Bola

A frequência de rotação de um elemento rolante girando em torno de seu próprio eixo:

  • Significado físico: Se um elemento rolante apresentar defeito, isso afetará ambas as pistas com essa frequência.
  • Valor típico: 1,5 a 3 vezes a velocidade do eixo
  • Fórmula: BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
  • Menos comum: Defeitos nos elementos rolantes são menos frequentes do que defeitos nas pistas de rolamento.
  • Padrão complexo: O defeito entra em contato com ambas as pistas, criando uma assinatura de vibração complexa.

4. FTF – Frequência Fundamental do Trem

Frequência de rotação da gaiola do rolamento (retentor):

  • Significado físico: Velocidade de rotação da gaiola, que transporta os elementos rolantes ao redor do rolamento.
  • Valor típico: 0,35-0,45× velocidade do eixo (sub-síncrono)
  • Fórmula: FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
  • Defeitos na gaiola: Gaiolas desgastadas ou danificadas excitam essa frequência.
  • Indicador de instabilidade: Também pode ocorrer durante instabilidades do rotor induzidas por rolamentos.

Explicação das variáveis de fórmula

As fórmulas de frequência de falhas utilizam estes parâmetros geométricos dos rolamentos:

  • Não = Número de elementos rolantes (bolas ou rolos)
  • n = Frequência de rotação do eixo (Hz) ou velocidade (RPM)
  • Bd = Diâmetro da bola ou do rolo
  • Pd = Diâmetro primitivo (diâmetro do círculo que passa pelos centros dos elementos rolantes)
  • β = Ângulo de contato (ângulo entre a direção da carga e o eixo do rolamento, normalmente de 0 a 40°)

A maioria dos softwares de análise de vibração inclui bancos de dados de rolamentos com esses parâmetros pré-calculados para milhares de modelos de rolamentos.

Como as frequências de falha aparecem nos espectros de vibração

Aparência básica

Quando um rolamento apresenta um defeito:

  • Pico primário: A frequência de falhas aparece como um pico distinto no espectro de frequência
  • Harmônicos: À medida que o defeito se agrava, surgem múltiplos harmônicos (2×, 3×, 4×) da frequência da falha.
  • Bandas laterais: Para defeitos na pista interna e nos elementos rolantes, são comuns as bandas laterais de 1× em torno da frequência de falha.
  • Crescimento da amplitude: A amplitude da frequência de falha aumenta à medida que o defeito progride.

Padrões de banda lateral

As bandas laterais fornecem informações diagnósticas cruciais:

  • Defeitos inerentes à raça: BPFI com bandas laterais ±1×, ±2× (defeito girando para dentro/para fora da zona de carga)
  • Defeitos na camada externa: O BPFO pode ter 1× bandas laterais se a pista externa puder girar ligeiramente.
  • Defeitos nos elementos rolantes: BSF com bandas laterais no espaçamento FTF (modulação de frequência da gaiola)
  • Espaçamento da banda lateral: Identifica qual componente está com defeito.

Estágio inicial versus estágio avançado

  • Estágio inicial: Pequenos picos, pouco acima do nível de ruído, podem exigir análise de envelope para detectar
  • Estágio Moderado: Picos nítidos com harmônicos e bandas laterais na FFT padrão.
  • Etapa Avançada: Aumento de ruído de banda larga com amplitude muito alta, numerosos harmônicos.
  • Estágio final: O espectro torna-se caótico com um nível de ruído elevado e numerosos picos.

Técnicas de Detecção

Análise FFT padrão

  • Calculate FFT do sinal de vibração
  • Procure por picos nas frequências de rolamento calculadas.
  • Eficaz para defeitos moderados a avançados.
  • Pode não detectar defeitos em estágio inicial que estejam ocultos em meio ao ruído.

Análise de Envelope (Mais Eficaz)

Análise de envelope (A demodulação) é o padrão ouro para a detecção de defeitos em rolamentos:

  • Filtra vibrações de baixa frequência e alta energia (provenientes de desequilíbrio, etc.)
  • Concentra-se nos impactos de alta frequência causados por defeitos em rolamentos.
  • Capaz de detectar falhas de 6 a 12 meses antes do FFT padrão.
  • O espectro de envelope mostra claramente as frequências e padrões de falha.

Técnicas no Domínio do Tempo

Aplicação prática

Procedimento de diagnóstico

  1. Identificar a direção: Determine o modelo e a localização do rolamento.
  2. Calcular frequências: Utilize a geometria do rolamento para calcular BPFO, BPFI, BSF, FTF (ou consulte o banco de dados).
  3. Coletar dados de vibração: Medir no alojamento de suporte com acelerômetro
  4. Analisar espectro: Procure por frequências calculadas na FFT ou no espectro do envelope.
  5. Confirmar diagnóstico: Verificar a presença de harmônicos e bandas laterais consistentes com o tipo de defeito.
  6. Avaliar a gravidade: A amplitude e o conteúdo harmônico indicam o estágio de progressão do defeito.
  7. Plano de ação: Programe a substituição dos rolamentos com base na gravidade e na criticidade do equipamento.

Exemplo de diagnóstico

Motor com rolamento SKF 6308 funcionando a 1800 RPM (30 Hz):

  • Frequências calculadas: BPFO = 107 Hz, BPFI = 173 Hz, BSF = 71 Hz, FTF = 12 Hz
  • Observado no espectro do envelope: Pico em 173 Hz com harmônicos em 346 Hz e 519 Hz.
  • Bandas laterais: Bandas laterais de ±30 Hz em torno do pico de 173 Hz
  • Diagnóstico: Defeito na pista interna confirmado (BPFI com 1× bandas laterais)
  • Ação: A substituição dos rolamentos deve ser programada dentro de 2 a 4 semanas, dependendo da amplitude.

Importância da manutenção preditiva

  • Alerta precoce: Detectar defeitos de 6 a 24 meses antes da falha.
  • Diagnóstico específico: Identifique qual componente do rolamento está danificado.
  • Monitoramento de tendências: Monitore as amplitudes de frequência de falhas para prever a vida útil restante.
  • Manutenção programada: Agende substituições durante períodos de inatividade convenientes.
  • Prevenir danos secundários: Substitua o rolamento antes que uma falha catastrófica danifique o eixo, a carcaça ou outros componentes.
  • Economia de custos: Evite reparos emergenciais, perdas de produção e danos colaterais.

As frequências de falha em rolamentos estão entre as ferramentas de diagnóstico mais poderosas na análise de vibrações. Sua previsibilidade matemática, combinada com técnicas modernas de análise de envoltória, permite a detecção precoce e confiável de defeitos em rolamentos, constituindo a base de programas eficazes de manutenção preditiva para equipamentos rotativos.

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