Entendendo a Frequência de Rotação da Bola (BSF)

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Definição: O que é BSF?

BSF A frequência de rotação da bola (também chamada de frequência de rotação do elemento rolante) é uma das quatro grandezas fundamentais. frequências de falhas de rolamentos que representa a velocidade de rotação de um elemento rolante (esfera ou rolo) girando em torno de seu próprio eixo. Quando um elemento rolante apresenta um defeito superficial, como uma lasca, trinca ou inclusão, o defeito impacta as pistas interna e externa duas vezes por revolução do elemento rolante, criando impactos periódicos na frequência BSF.

A BSF (Falha de Rolamento Bidirecional) é a menos comumente observada das quatro frequências de rolamento, pois os defeitos nos elementos rolantes são relativamente raros em comparação com os defeitos nas pistas, representando apenas cerca de 10-15% das falhas em rolamentos. No entanto, quando presente, a BSF produz um padrão distinto e complexo. vibração assinatura que pode ser identificada por meio de cuidadosa análise de vibração.

Cálculo Matemático

Fórmula

O BSF é calculado usando a geometria do rolamento e a velocidade do eixo:

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

Variáveis

• Pd = Diâmetro primitivo (diâmetro do círculo que passa pelos centros dos elementos rolantes)
• Bd = Diâmetro da bola ou do rolo
• n = Frequência de rotação do eixo (Hz) ou velocidade (RPM/60)
• β = Ângulo de contato

Forma simplificada

Para rolamentos com ângulo de contato zero (β = 0°):

• BSF ≈ (Pd / 2×Bd) × n × [1 – (Bd/Pd)²]
• Para rolamentos típicos com Bd/Pd ≈ 0,2, isso resulta em BSF ≈ 2,4 × n
• Regra geral: BSF normalmente 2 a 3 vezes a velocidade do eixo

Valores típicos

• O BSF normalmente varia de 1,5× a 3× a velocidade do eixo.
• Menor que ambos BPFI e BPFO
• Maior que FTF (frequência da gaiola)
• Exemplo: Rolamento a 1800 RPM (30 Hz) → BSF ≈ 71 Hz (2,4× velocidade do eixo)

Mecanismo Físico

Rotação do elemento rolante

Para entender o BSF, é preciso visualizar o movimento do elemento rolante:

1. O elemento rolante orbita em torno do rolamento na frequência da gaiola (aproximadamente 0,4 vezes a velocidade do eixo).
2. Simultaneamente, ele gira em torno do próprio eixo em BSF.
3. A taxa de rotação depende da relação entre o diâmetro do passo e o diâmetro da bola.
4. Cada rotação completa faz com que o defeito entre em contato com ambas as pistas.

Impacto duplo por revolução

Um defeito em um elemento rolante cria um padrão único:

• Primeiro impacto: Defeito atinge raça interna
• Meia volta depois: O mesmo defeito (agora girado 180°) atinge a pista externa.
• Resultado: Dois impactos por revolução da bola = 2×BSF
• Frequência real observada: Frequentemente observam-se picos tanto em BSF quanto em 2×BSF.

Modulação pela frequência da gaiola

A complexidade adicional surge do movimento orbital do elemento rolante:

• A bola defeituosa passa pela zona de carga uma vez por revolução da gaiola.
• A severidade do impacto é modulada pela carga (alta na zona de carga, baixa nas demais áreas).
• Cria bandas laterais em FTF (frequência da gaiola) espaçamento
• Padrão de banda lateral: BSF ± n×FTF, onde n = 1, 2, 3…

Assinatura de vibração

Características do Espectro

• Pico primário: Na frequência BSF ou 2×BSF
• Bandas laterais FTF: Espaçados em intervalos de frequência de gaiola (ao contrário das bandas laterais 1× do BPFI)
• Harmônicos múltiplos: 2×BSF, 3×BSF frequentemente presentes
• Padrão complexo: Mais complexo do que os padrões de defeitos de raça.
• Amplitude variável: Pode haver variações significativas entre as medições, conforme a posição da esfera defeituosa na zona de carga se altera.

Espectro de envelope

Análise de envelope É particularmente importante para a detecção de BSF:

• Os picos BSF são frequentemente mais nítidos no envelope do que os picos FFT padrão.
• A estrutura da banda lateral FTF torna-se mais visível.
• Detecção precoce possível antes que os picos sejam visíveis no espectro padrão.

Por que os defeitos nos elementos rolantes são menos comuns?

Diversos fatores tornam os defeitos em elementos rolantes relativamente raros:

Distribuição de carga

• Os elementos rolantes giram, distribuindo a carga e o desgaste por toda a superfície.
• Os canais de rolamento (especialmente o canal externo) possuem zonas de carga concentrada.
• Uma distribuição de tensão mais uniforme retarda a fadiga em elementos rolantes.

Qualidade de Fabricação

• Bolas e rolos normalmente recebem o mais alto controle de qualidade.
• Material mais resistente e melhor acabamento superficial do que as pistas de rolamento em muitos rolamentos.
• Menos propenso a apresentar defeitos materiais

Padrões de estresse

• Tensão de contato por rolamento distribuída sobre a superfície
• As raças experimentam tensões de contato hertzianas máximas mais elevadas.
• Bordas e cantos das pistas são mais propensos à concentração de tensão.

Desafios de Diagnóstico

Complexidade

• A assinatura BSF é mais complexa do que os defeitos de corrida devido às bandas laterais FTF.
• Pode ser confundido com outras frequências de máquinas.
• A amplitude variável dificulta a identificação de tendências.
• Várias bolas defeituosas criam assinaturas sobrepostas.

Dificuldade de detecção

• Os picos de BSF (fator de superfície basal) às vezes têm amplitude menor do que os picos de defeitos de corrida para tamanhos de defeito semelhantes.
• A frequência pode estar dentro da faixa de outros componentes da máquina.
• Requer experiência para distinguir padrões BSF de defeitos de raça.

Diagnóstico Prático

Etapas de confirmação

1. Calcular BSF: De acordo com as especificações do rolamento.
2. Procure o pico da BSF: Espectro de envelope de busca na frequência calculada
3. Verificar 2×BSF: Frequentemente mais forte que o BSF fundamental
4. Verificar bandas laterais FTF: Procure por bandas laterais no espaçamento de frequência da gaiola (NÃO no espaçamento de 1×).
5. Variabilidade da amplitude: A amplitude da BSF pode variar entre as medições (característica de defeitos na esfera).
6. Eliminação: Exclua BPFI e BPFO antes de concluir sobre BSF.

Quando várias bolas apresentaram defeito

• Múltiplas bolas defeituosas criam padrões complexos sobrepostos.
• Os picos BSF podem se alargar ou apresentar múltiplas frequências próximas.
• Indica deterioração avançada do rolamento
• Recomenda-se a substituição imediata.

Causas e Prevenção

Causas comuns de defeitos em elementos rolantes

• Conteúdo da embalagem: Vazios internos ou material estranho na esfera/rolo
• Danos durante a instalação: Esfarelamento devido a impactos durante o manuseio
• Contaminação: Partículas duras incrustadas ou que danificam a superfície da bola
• Danos elétricos: Arco elétrico através do rolamento criando corrosão.
• Brinelling falso: Inquietação causada pela vibração enquanto parado
• Corrosão: Umidade ou ataque químico criam corrosão superficial.

Estratégias de Prevenção

• Utilize rolamentos de alta qualidade de fabricantes renomados.
• Manuseie com cuidado durante a instalação.
• Controle eficaz da contaminação (vedações, ambiente limpo)
• A lubrificação adequada previne a corrosão.
• Isolamento elétrico para motores com inversores de frequência.
• Isolamento de vibração durante o armazenamento e transporte.

Embora a BSF seja menos frequente que a BPFO ou a BPFI, a compreensão de suas características permite um diagnóstico completo do rolamento. O padrão característico da banda lateral FTF e o potencial de rápida progressão após a detecção tornam a BSF uma parte importante de programas abrangentes de monitoramento da condição do rolamento.

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