Что такое BSF — частота вращения шарика
BSF (Частота вращения шарика, также называемая частотой вращения тела качения) — одна из четырёх основных частот дефектов подшипника и характеризует скорость вращения отдельного тела качения — шарика или ролика — вокруг собственной оси во время работы подшипника. Если на поверхности такого тела имеется дефект, например скол, трещина или твердое включение, он поочередно ударяется о внутреннюю и внешнюю дорожки качения, вызывая периодические удары, которые проявляются в вибрация сигнал. Из четырёх характерных частот BSF — та, с которой инженеры сталкиваются реже всего, поскольку элементы качения выходят из строя гораздо реже, чем направляющие, по которым они движутся; однако когда она всё же появляется, её сигнал является одним из самых сложных для интерпретации с помощью анализ вибраций.
1. Определение: что такое частота вращения шарика?
Внутри любого подшипника с телами качения каждый шарик или ролик выполняет сразу два движения. Это orbits центр подшипника, который перемещается вместе с сепаратором в Основная частота сепаратора (FTF), и при этом spins вокруг собственной оси. Эта скорость вращения и является частотой вращения шарика. Поскольку дефект, закрепленный на поверхности элемента, увлекается вращением, он периодически соприкасается с той или иной дорожкой качения, к которой он прижимается, создавая повторяющуюся функцию воздействия, которую анализатор может выделить.
Дефекты тел качения составляют лишь примерно 10–15 % от всех случаев выхода подшипников из строя, поэтому BSF является наименее распространенной из четырех частот. Тем не менее она дополняет диагностическую картину: при квалифицированной оценке подшипника проверяется состояние внутреннего кольца (BPFI), наружное кольцо (BPFO), клеточных (FTF) и роликовых (BSF) характеристик, чтобы не упустить ни один из возможных видов отказов. Более широкий круг этих задач охватывается в дефекты тел качения.
2. Математические вычисления
Формула и переменные
BSF рассчитывается на основе геометрии подшипника и частоты вращения вала:
BSF = (Pd / 2·Bd) × n × [1 − (Bd/Pd)² · cos² β]
- Пд = шаговый диаметр (диаметр окружности, проходящей через центры тел качения).
- Бд = диаметр шарика или ролика.
- n = частота вращения вала в Гц (или об/мин ÷ 60).
- β = угол контакта.
Обратите внимание на члены в квадратах: BSF зависит от квадрат от отношения диаметров и квадрата косинуса угла контакта, поэтому она более чувствительна к геометрии подшипника, чем частоты вращения дорожек качения.
Упрощённая форма и типичные значения
Для радиального подшипника с нулевым углом контакта (β = 0°) косинусный член выпадает:
- BSF ≈ (Pd / 2·Bd) × n × [1 − (Bd/Pd)²]
- Для типичного подшипника с соотношением Bd/Pd ≈ 0,2 это дает BSF ≈ 2,4 × n.
- Как правило, BSF обычно составляет от между 1,5 и 3 частотами вращения вала.
- Он находится ниже значений BPFI и BPFO, но выше частоты вращения сепаратора (FTF).
- Пример из практики: При частоте вращения подшипника 1800 об/мин (30 Гц) и коэффициенте 2,4 получается BSF ≈ 71 Гц.
Поскольку ручной расчет по всем четырём частотам чреват арифметическими ошибками, большинство аналитиков берут данные напрямую из таких инструментов, как Калькулятор частоты отказов подшипников (BPFO, BPFI, BSF, FTF), который, принимая в качестве входных данных геометрию подшипника и скорость, сразу же выдает все характерные частоты.
3. Физический механизм
Два одновременных движения
Чтобы понять, почему BSF ведет себя именно так, проследите за движением одного тела качения:
- Она вращается вокруг подшипника с частотой, равной частоте вращения сепаратора, что составляет примерно 0,4 от скорости вращения вала.
- В то же время он вращается вокруг своей оси в BSF.
- Скорость вращения зависит от соотношения шагового диаметра и диаметра шарика.
- При каждом полном обороте любой дефект поверхности соприкасается с обеими дорожками качения.
Двойной удар за один оборот
Дефект на теле качения приводит к появлению характерного рисунка с двойными ударами:
- First impact: дефект затрагивает внутреннюю обойму.
- Через пол-оборота: тот же дефект, теперь повернутый на 180°, попадает на наружное кольцо.
- Результат: два удара за один оборот элемента, поэтому энергия концентрируется в 2×BSF.
- На практике: Пики часто возникают как на частоте BSF, так и на частоте 2×BSF, причем вторая гармоника зачастую оказывается более выраженной.
Модуляция сепаратором
Еще один фактор, усложняющий ситуацию, связан с движением элемента по орбите в зоне нагрузки подшипника:
- Неисправный шарик проходит через зону нагрузки один раз за один оборот сепаратора.
- Таким образом, интенсивность воздействия высока в зоне нагрузки и слабая в остальных местах — сигнал является амплитудно-модулированным.
- This creates боковые полосы с интервалом в Интервал FTF (сепаратора), а не при скорости вала 1×.
- Закономерность имеет вид BSF ± n×FTF для n = 1, 2, 3 …
Именно интервал между боковыми полосами FTF является наиболее важным признаком, позволяющим отличить дефект тела качения от дефекта внутреннего кольца, у которого боковые полосы располагаются с интервалом 1×.
4. Вибрационная сигнатура и обнаружение в полевых условиях
Характеристики спектра
- Основной пик: в BSF или, чаще всего, в 2×BSF.
- FTF sidebands: расположенные с интервалами, соответствующими частоте сепаратора, — характерный признак дефекта тела качения (шарика).
- Гармоники: Чаще всего встречаются 2×BSF и 3×BSF.
- Переменная амплитуда: показания могут заметно колебаться между отдельными измерениями, поскольку дефектный шарик смещается по зоне нагрузки — такое поведение редко наблюдается при дефектах дорожек качения.
Почему анализ огибающей имеет значение
Энергия BSF часто остается незамеченной на фоне компонентов, работающих на полной скорости БПФ. Анализ огибающей — демодуляция высокочастотных импульсных сигналов — выделяет пик BSF и его боковые полосы FTF из шума в полученном спектр огибающей, что зачастую позволяет выявить неисправность задолго до того, как она станет заметна при стандартной спектр. В полевых условиях портативный двухканальный прибор, такой как Balanset-1A позволяет техническому специалисту регистрировать высокочастотные колебания на корпусе подшипника при рабочей скорости и анализировать их на наличие таких ударных сигнатур прямо на месте, без необходимости демонтажа оборудования. Поскольку неисправности подшипников качения подтверждаются как общей энергией удара, так и отдельными пиками, такие параметры, как коэффициент пика и куртозис убедительно подтверждают спектральные данные.
5. Почему дефекты в подшипниках встречаются реже
Существует несколько технических причин, объясняющих относительную редкость появления дефектов шариков и роликов:
- Распределение нагрузки: Тело качения вращается непрерывно, распределяя контактное напряжение по всей своей поверхности, тогда как дорожка качения — особенно наружная — принимает на себя сосредоточенную нагрузку в ограниченной зоне. Более равномерное поле напряжений способствует отсрочке усталости элементов.
- Качество изготовления: Шарики и ролики, как правило, подвергаются наиболее строгому контролю качества: они изготавливаются из более твердого материала и имеют более гладкую поверхность, чем дорожки качения, поэтому дефекты материала в них встречаются реже.
- Распределение напряжений: Края и закругления дорожек качения более подвержены концентрации напряжений и более высоким пиковым значениям герцева контактного напряжения, в результате чего дорожки качения, как правило, становятся первым местом разрушения.
6. Проблемы диагностики и подтверждение диагноза
В чём сложность BSF
- Из-за структуры боковых полос FTF спектральная картина BSF по своей сути сложнее, чем «чистый» гребень дефекта дорожки качения.
- Частота BSF может совпадать с частотами других устройств, что может привести к неверному считыванию.
- Её естественная изменчивость амплитуды затрудняет Тренд-анализ с течением времени.
- Если повреждены несколько элементов, их сигнатуры перекрываются и расширяются, что затрудняет интерпретацию результатов.
- При сопоставимых размерах дефектов амплитуда пиков BSF иногда оказывается ниже, чем у пиков дефектов дорожки качения, что требует более тщательного анализа.
Надежная последовательность подтверждения
- Calculate BSF из технических характеристик подшипника.
- Провести поиск по спектру огибающей на расчетной частоте.
- Проверьте наличие 2×BSF, который зачастую оказывается сильнее фундаментальных показателей.
- Проверить боковые полосы FTF — интервал на частоте сепаратора, не являются 1× — это решающий тест.
- Изменения амплитуды между измерениями, что свидетельствует о дефектах тела качения.
- Исключить BPFI и BPFO прежде чем делать окончательный вывод.
Если пики уширяются или расщепляются на несколько соседних частот, это, скорее всего, свидетельствует о повреждении нескольких элементов — признак значительного износа, при котором для обеспечения безопасности следует незамедлительно произвести замену подшипника.
7. Причины и профилактика
К типичным причинам возникновения дефектов в элементах качения относятся:
- Включения в материале: внутренние пустоты или посторонние включения в шарике или ролике.
- Повреждения при установке: появление вмятин от ударов при транспортировке или монтаже.
- Загрязнение: твердые частицы, впивающиеся в поверхность элемента или оставляющие на ней царапины.
- Повреждение электрооборудования: паразитные токи, вызывающие искрение в подшипнике и приводящие к образованию точечной коррозии на поверхности — частая проблема у двигателей с частотно-регулируемым приводом.
- Ложное бринеллирование: износ от трения, вызванный вибрацией во время простоя оборудования.
- Коррозия: влияние влаги или химических веществ, приводящее к образованию углублений на поверхности, которые являются предвестниками отслоение.
Меры по предотвращению неисправностей напрямую связаны с их причинами: следует выбирать качественные подшипники от проверенных производителей, аккуратно обращаться с ними и монтировать их, предотвращать загрязнение с помощью эффективных уплотнений и соблюдать чистоту при сборке, обеспечивать надлежащую смазку для защиты от коррозии, устанавливать изолированные или керамико-гибридные подшипники на двигателях, питаемых от инверторов, а также защищать хранящиеся или транспортируемые агрегаты от внешних вибраций. Проверка BSF становится частью рутинной процедуры мониторинг состояния Программа гарантирует, что редкие, но быстро прогрессирующие неисправности, связанные с элементами качения, выявляются с той же степенью достоверности, что и более распространенные дефектов подшипников on the races.
