Що таке FTF — базова частота руху поїздів
Іноземний терорист (Основна частота обертання — її також називають частотою обертання клітки або частотою фіксатора) є однією з чотирьох основних частоти несправностей підшипників. Вона відображає швидкість обертання сепаратора підшипника (елемента, що утримує елементи кочення на місці та забезпечує рівномірний інтервал між ними). Клітка обертається навколо підшипника, несучи з собою елементи кочення, і робить один оберт за час, необхідний для того, щоб весь набір елементів кочення зробив один оберт навколо доріжок кочення. FTF є найнижчою з чотирьох частот підшипника — зазвичай від 0,35 до 0,48 від швидкості вала, і тому завжди субсинхронний. Хоча самі дефекти клітин трапляються рідко, FTF має важливе діагностичне значення, оскільки частота модуляції, яка створює бічні смуги навколо інших частот коливань, зокрема ЧСФ.
1. Визначення: що означає FTF
Кожен підшипник з елементами кочення має сепаратор, який утримує кульки або ролики в гніздах і направляє їх по кільцевому простору між внутрішнім і зовнішнім кільцями. Оскільки внутрішнє кільце обертається разом із валом, воно тягне за собою елементи кочення, і сепаратор рухається зі швидкістю, що дорівнює сумарній орбітальній швидкості цих елементів. Оскільки ця орбітальна швидкість приблизно дорівнює середньому значенню між нерухомою зовнішньою обоймою (нуль) та обертовою внутрішньою обоймою (швидкість валу), сепаратор обертається лише з приблизно 40% швидкості валу. Ця орбітальна швидкість є основною частотою обертання — найповільнішим і найм'якшим ритмом у підшипнику, але саме вона лежить в основі діагностики несправностей підшипників кочення.
2. Математичний розрахунок
Формула
FTF визначається геометрією підшипника та частотою обертання вала. Точніше кажучи, це швидкість обертання сепаратора, якщо дивитися з точки зору обертового внутрішнього кільця; при нерухомому зовнішньому кільці та обертовому внутрішньому кільці вона становить:
FTF = (n / 2) × [1 − (Bd / Pd) × cos β]
Змінні
- n = частота обертання вала в Гц (тобто об/хв ÷ 60).
- Bd = діаметр кульки або ролика.
- Пд = діаметр кола, що проходить через центри елементів кочення.
- β = кут контакту.
Спрощена форма
Для підшипників з нульовим кутом контакту (β = 0°, cos β = 1):
- FTF ≈ (n / 2) × [1 − Bd / Pd]
- Для типового підшипника з співвідношенням Bd/Pd ≈ 0,2 це дає FTF ≈ 0,4 × n.
- Практичне правило: FTF становить приблизно 0,4× швидкість обертання вала — 40 % частоти обертання вала.
Типовий діапазон
- Коефіцієнт FTF зазвичай становить від 0,35 до 0,48 від частоти обертання вала, залежно від геометрії.
- Приклад: при 1800 об/хв (30 Гц) FTF ≈ 12 Гц (0,4× швидкість обертання вала).
- Він завжди працює на частоті нижче номінальної (менше 1× робочої швидкості).
- Це найнижча з чотирьох частот розривів.
Ці розрахунки є невід’ємною частиною будь-якого дослідження дефектів підшипників; а калькулятор частоти дефектів підшипників обчислює FTF, а також BPFO, BPFI та BSF безпосередньо на основі геометрії, що є набагато швидшим і менш схильним до помилок, ніж ручне обчислення формули для кожного підшипника на верстаті.
3. Фізичне значення
Рух клітки
Обертання клітки визначається елементами кочення, які вона містить:
- Елементи кочення котяться без ковзання між внутрішнім і зовнішнім кільцями.
- Клітка рухається із середньою швидкістю центрів тіл кочення.
- Ця швидкість приблизно дорівнює середньому значенню між нерухомим зовнішнім кільцем (0) та обертовим внутрішнім кільцем (швидкість вала).
- Отже, клітка обертається зі швидкістю, що становить приблизно 40 % від швидкості валу.
Саме це невелике відхилення від ідеального співвідношення 0,5× — а також той факт, що в реальних клітках може відбуватися незначне ковзання — є причиною того, що FTF не є раціональним стосовно швидкості руху і ніколи не припадає на чітку гармоніку.
Функція клітки
- Інтервал: забезпечує рівномірний інтервал між елементами кочення.
- Керівництво: забезпечує рух кожного елемента кочення по належній орбітальній траєкторії.
- Змащення: може сприяти розподілу мастила по підшипнику.
- Розділення: запобігає тертя сусідніх елементів кочення один об одного.
4. Коли FTF з’являється у спектрах вібрації
Прямі дефекти клітки
Основний пік FTF з'являється, коли пошкоджується сама клітка:
- Зламана обойма: пошкоджена або тріснута конструкція клітки.
- Worn pockets: надмірний зазор між сепаратором і тілами кочення.
- Тертя обойми: корпус, що стикається з кільцями або ущільнювачами.
- Частота: прямий пік FTF, часто з гармоніками.
- Рідкість: Дефекти, пов’язані виключно з кліткою, трапляються рідко і становлять менше ніж 5 % випадків виходу підшипників з ладу.
Як бісмутова модуляція (найпоширеніша роль)
Набагато частіше FTF проявляється у вигляді інтервалу між бічними смугами навколо BSF, а не як самостійний пік:
- У разі виявлення дефекту в елементах кочення система BSF активується.
- Інтенсивність удару дефектного кулі змінюється в міру того, як він входить у зону навантаження та виходить з неї.
- Ця коливання відбуваються на частоті обертання клітки — FTF.
- У результаті утворюються бічні смуги на частотах BSF ± FTF, BSF ± 2×FTF, BSF ± 3×FTF і так далі.
- Ця картина є надійним діагностичним ознакою дефектів підшипників кочення і стає ще більш виразною завдяки аналіз обвідної.
У нестабільності підшипника
- Біля точки FTF можуть виникати субсинхронні коливання, спричинені нестабільністю підшипників.
- Це може свідчити про недостатність попереднє навантаження or excessive зазор підшипника.
- Його відрізняють від справжнього дефекту клітчастої структури за характером — це безперервний і широкосмуговий сигнал, на відміну від дискретного, повторюваного удару пошкодженої клітчастої структури.
5. Діагностика дефектів клітки
Симптоми проблем із кліткою
- Пік на частоті FTF у спектр коливань.
- Гармонічні на частотах 2×FTF, 3×FTF та вище.
- Амплітуда, яка зазвичай є нестабільною або мінливою, а не постійною.
- У багатьох випадках чути клацання або стукіт.
- Періодичні удари, які іноді можна помітити в часова форма сигналу.
Причини дефектів клітки
- Неправильне змащування: недостатнє змащування, що призводить до зносу сепаратора.
- Високошвидкісна робота: надмірна відцентрова сила, що діє на сепаратор.
- Забруднення: частинки, що пошкоджують матеріал клітки або її кишені.
- Перегрів: теплове деформування або розм'якшення матеріалу каркаса.
- Втома: high-cycle втома у тонких ділянках клітки.
- Пошкодження при монтажі: клітка, погнута або пошкоджена під час монтажу.
6. Практичне значення та взаємозв’язок з іншими частотами обертання
FTF як діагностичний маркер
Головна практична цінність FTF полягає в тому, що вона забезпечує певний інтервал між бічними смугами:
- 1× sidebands: вказують на внутрішньорасові дефекти (модуляція за рахунок обертання вала під час проходження дефекту через зону навантаження).
- Бічні смуги FTF: вказують на дефекти в елементах кочення (модуляція, зумовлена орбітальним рухом сепаратора).
- Розпізнавання образів: Саме інтервал між бічними смугами часто дозволяє одразу визначити тип дефекту.
- Розширена діагностика: Саме розуміння FTF дозволяє аналітику правильно інтерпретувати спектр азимутів, який інакше здавався б заплутаним.
В автоматизованій діагностиці
- Сучасні аналізатори автоматично обчислюють усі чотири частоти підшипника на основі його моделі.
- Програма фіксує пікові значення для BPFO, BPFI, BSF та FTF.
- При автоматичному виявленні бічних смуг як кроки пошуку використовуються FTF та 1×.
- Ступінь вираженості визначається за піковою амплітудою та вмістом гармонік.
Ієрархія частот
Чотири основні частоти, в порядку зростання величини:
- Найнижчий: FTF (≈ 0,4× швидкість обертання вала).
- Low–medium: ЧСФ (≈ 2–3 рази швидкість обертання вала).
- Середній: БПФО (≈ 3–5 разів швидкість обертання вала).
- Найвищий: БПФІ (≈ 5–7 разів швидкість обертання вала).
Математичні співвідношення
- Усі чотири частоти зумовлені однаковою геометрією підшипника.
- Знаючи одну частоту та тип азимута, можна обчислити інші величини.
- Співвідношення між ними є фіксованими для конкретної моделі підшипника, що забезпечує вбудовану перехресну перевірку.
- Зокрема, для підшипника з Z тілами кочення виконується: BPFO + BPFI = Z × швидкість обертання вала та BPFO = Z × FTF — це зручні співвідношення для перевірки правильності діагнозу.
У польових умовах ці частоти корисні лише в тому випадку, якщо ваш прилад здатний чітко їх розрізнити на фактичній робочій швидкості обладнання. Портативний двоканальний аналізатор, такий як Балансет-1а реєструє спектр і часову форму сигналу безпосередньо у власних підшипниках машини, завдяки чому повільний ритм FTF та утворена ним група бічних смуг BSF ± FTF можна виявити безпосередньо на місці — і, якщо основною причиною виявляється надмірне дисбаланс навантаження на підшипник, а не справжня несправність сепаратора, яку було усунуто одразу ж. Щоб відобразити кожен звук підшипника на спектрі перед початком роботи, введіть геометрію підшипника в калькулятор частоти дефектів підшипників та накласти лінії прогнозованих показників FTF, BSF, BPFO та BPFI.
Отже, FTF, можливо, є найнижчою та найрідше спостережуваною з частот дефектів підшипників, але вона аж ніяк не є неважливою. Її роль як частоти модуляції дефектів елементів кочення, а також те, що вона іноді вказує на справжні проблеми з сепаратором, роблять практичне розуміння FTF необхідним для повної та точної оцінки стану підшипника.
