Hiểu về FTF — Tần số cơ bản của đoàn tàu
FTF (Tần số cơ bản của dây — còn được gọi là tần số lồng hoặc tần số giữ) là một trong bốn tần số cơ bản tần số lỗi ổ trục. Đây là tốc độ quay của lồng bi (bộ phận ngăn cách hoặc giữ cố định các phần tử lăn và duy trì khoảng cách đều đặn giữa chúng). Lồng bi quay quanh ổ trục cùng với các phần tử lăn, hoàn thành một vòng quay trong thời gian mà toàn bộ các phần tử lăn di chuyển một vòng quanh rãnh lăn. FTF là tần số thấp nhất trong bốn tần số của ổ trục — thường là 0,35× đến 0,48× tốc độ trục, và do đó luôn không đồng bộ. Mặc dù các khuyết tật lồng tự thân rất hiếm gặp, nhưng FTF lại có ý nghĩa chẩn đoán quan trọng vì tần số điều chế tạo ra dải bên xung quanh các tần số mang khác, đặc biệt là BSF.
1. Định nghĩa: FTF là gì
Mỗi ổ trục lăn đều có một lồng giữ các bi hoặc con lăn trong các hốc và dẫn hướng chúng di chuyển quanh khoảng trống giữa vòng trong và vòng ngoài. Khi vòng trong quay cùng trục, nó kéo theo các phần tử lăn, và lồng di chuyển với tốc độ quỹ đạo tổng hợp của chúng. Vì tốc độ quỹ đạo đó xấp xỉ là trung bình của vòng ngoài đứng yên (không) và vòng trong quay (tốc độ trục), nên lồng chỉ quay với tốc độ bằng khoảng 40% tốc độ trục. Tốc độ quỹ đạo này là Tần số cơ bản — nhịp điệu chậm nhất, nhẹ nhàng nhất trong ổ trục, nhưng là nhịp điệu cơ bản để chẩn đoán các lỗi của các bộ phận lăn.
2. Tính toán toán học
Công thức
FTF được tính toán dựa trên hình học của ổ trục và tốc độ trục. Nói chính xác hơn, đây là tốc độ của lồng bi khi quan sát từ vòng trong đang quay; với vòng ngoài đứng yên và vòng trong đang quay, công thức tính là:
FTF = (n / 2) × [1 − (Bd / Pd) × cos β]
Biến số
- N = tần số quay của trục tính bằng Hz (tức là RPM ÷ 60).
- Bd = đường kính quả bóng hoặc con lăn.
- Pd = đường kính bước răng (đường kính của đường tròn đi qua các tâm của các chi tiết lăn).
- β = góc tiếp xúc.
Dạng đơn giản hóa
Đối với các ổ trục có góc tiếp xúc bằng không (β = 0°, cos β = 1):
- FTF ≈ (n / 2) × [1 − Bd / Pd]
- Đối với một ổ trục điển hình có tỷ lệ Bd/Pd ≈ 0,2, kết quả thu được là FTF ≈ 0,4 × n.
- Quy tắc chung: FTF xấp xỉ 0,4 lần tốc độ trục — 40% tần số trục.
Phạm vi điển hình
- FTF thường nằm trong khoảng từ 0,35× đến 0,48× tốc độ trục, tùy thuộc vào hình dạng.
- Ví dụ: ở 1800 vòng/phút (30 Hz), FTF ≈ 12 Hz (0,4 × tốc độ trục).
- Nó luôn hoạt động ở chế độ dưới tần số đồng bộ (dưới 1 lần tốc độ vận hành).
- Đây là tần số đứt gãy thấp nhất trong bốn tần số đứt gãy.
Các phép tính này là một phần không thể thiếu trong bất kỳ nghiên cứu nào về khuyết tật của ổ trục; a Công cụ tính tần suất lỗi vòng bi tính toán FTF cùng với BPFO, BPFI và BSF trực tiếp từ hình học, giúp quá trình này nhanh hơn nhiều và ít sai sót hơn so với việc tính toán công thức thủ công cho từng ổ trục trên máy.
3. Ý nghĩa về mặt vật lý
Chuyển động lồng
Việc quay của lồng bi được quyết định bởi các bộ phận lăn mà nó chứa:
- Các bộ phận lăn lăn trơn tru mà không bị trượt giữa vòng trong và vòng ngoài.
- Lồng di chuyển với vận tốc trung bình của các tâm các chi tiết lăn.
- Tốc độ đó xấp xỉ là giá trị trung bình giữa vòng ngoài đứng yên (0) và vòng trong đang quay (tốc độ trục).
- Do đó, lồng quay với tốc độ trục khoảng 401 vòng/phút.
Sự chênh lệch nhỏ so với tỷ lệ 0,5× lý tưởng — cùng với thực tế là các lồng bánh răng thực tế có thể xảy ra hiện tượng trượt nhẹ — chính là lý do khiến FTF không tuân theo quy luật hài hòa so với tốc độ quay và không bao giờ rơi vào một bội số hài hòa tròn trịa.
Chức năng của lồng
- Khoảng cách: giữ khoảng cách đều đặn giữa các bộ phận lăn.
- Hướng dẫn: giữ cho mỗi chi tiết lăn đi đúng quỹ đạo của nó.
- Bôi trơn: có thể giúp phân phối chất bôi trơn trong ổ trục.
- Tách biệt: ngăn không cho các chi tiết lăn liền kề cọ xát vào nhau.
4. Khi FTF xuất hiện trong phổ dao động
Lỗi lồng trực tiếp
Một đỉnh FTF chính xuất hiện khi chính cấu trúc lồng bị hư hỏng:
- Lồng bị hỏng: cấu trúc lồng bị gãy hoặc nứt.
- Túi bị sờn: khoảng hở quá lớn giữa lồng bi và các chi tiết lăn.
- Cọ xát lồng: lồng tiếp xúc với các vòng đua hoặc các miếng đệm.
- Tính thường xuyên: một đỉnh FTF trực tiếp, thường kèm theo các sóng hài.
- Độ hiếm: Các lỗi chỉ liên quan đến lồng bi là khá hiếm, chiếm dưới khoảng 51% tổng số trường hợp hỏng ổ bi.
Như là điều chế dải phụ (vai trò phổ biến hơn)
Thông thường hơn nhiều, FTF thể hiện dưới dạng khoảng cách giữa các dải phụ xung quanh BSF chứ không phải là một đỉnh riêng biệt:
- Khi xuất hiện lỗi ở bộ phận lăn, chức năng BSF sẽ được kích hoạt.
- Mức độ tác động của quả bóng bị lỗi tăng giảm khi nó di chuyển vào và ra khỏi vùng chịu lực.
- Sự dao động đó xảy ra ở tần số quỹ đạo lồng — FTF.
- Kết quả là các dải tần phụ tại các tần số BSF ± FTF, BSF ± 2×FTF, BSF ± 3×FTF, v.v.
- Mô hình này là một dấu hiệu chẩn đoán đáng tin cậy cho các khuyết tật của bộ phận lăn, và được làm rõ hơn nhờ phân tích đường bao.
Trong sự bất ổn định của ổ trục
- Dao động dưới tần số đồng bộ do mất ổn định từ ổ trục có thể xuất hiện gần điểm FTF.
- Điều này có thể cho thấy sự thiếu hụt tải trước hoặc quá mức khe hở ổ trục.
- Nó khác biệt với khuyết tật lồng xương thực sự ở đặc điểm của nó — âm thanh liên tục và dải tần rộng, thay vì những tiếng va chạm rời rạc, lặp đi lặp lại như ở trường hợp lồng xương bị tổn thương.
5. Chẩn đoán khuyết tật lồng
Các triệu chứng của vấn đề về lồng
- Một cái nhìn sơ lược về tần số FTF trong phổ rung động.
- Các sóng hài ở tần số 2×FTF, 3×FTF và cao hơn.
- Biên độ thường không ổn định hoặc thay đổi chứ không phải là ổn định.
- Trong nhiều trường hợp, có tiếng lách cách hoặc tiếng kêu lạch cạch.
- Các tác động định kỳ đôi khi có thể quan sát thấy trong dạng sóng thời gian.
Nguyên nhân gây ra khuyết tật lồng
- Bôi trơn không đúng cách: Việc bôi trơn không đủ gây ra sự mài mòn của lồng bi.
- Hoạt động tốc độ cao: lực ly tâm quá lớn tác động lên lồng.
- Sự ô nhiễm: các hạt gây hư hại cho vật liệu lồng hoặc các túi của nó.
- Quá nhiệt: sự biến dạng do nhiệt hoặc hiện tượng mềm hóa của vật liệu làm lồng.
- Mệt mỏi: chu kỳ cao Mệt mỏi trong các đoạn lưới mỏng.
- Hư hỏng do lắp đặt: một chiếc lồng bị cong hoặc bị va đập trong quá trình lắp đặt.
6. Tầm quan trọng thực tiễn và mối quan hệ với các tần số chịu tải khác
FTF như một dấu hiệu chẩn đoán
Giá trị thực tiễn chính của FTF nằm ở khoảng cách mà nó áp đặt lên các dải tần phụ:
- 1 dải tần phụ: chỉ ra các khuyết tật bên trong trục (sự biến đổi do sự quay của trục khi khuyết tật đi qua vùng chịu tải).
- Dải tần phụ FTF: chỉ ra các khuyết tật của bộ phận lăn (do sự dao động quỹ đạo của khung đỡ gây ra).
- Nhận dạng mẫu: Chỉ riêng khoảng cách giữa các dải phụ cũng thường giúp xác định loại khuyết tật ngay từ cái nhìn đầu tiên.
- Chẩn đoán chuyên sâu: Chính việc hiểu rõ FTF mới giúp nhà phân tích có thể giải thích chính xác phổ hướng, vốn có thể gây nhầm lẫn nếu không có kiến thức này.
Trong Chẩn đoán tự động
- Các thiết bị phân tích hiện đại tự động tính toán cả bốn tần số ổ trục dựa trên mô hình ổ trục.
- Phần mềm phát hiện các đỉnh tại BPFO, BPFI, BSF và FTF.
- Phương pháp phát hiện dải tần phụ tự động sử dụng FTF và 1× làm khoảng cách tìm kiếm.
- Mức độ nghiêm trọng được đánh giá dựa trên biên độ đỉnh và thành phần sóng hài.
Phân cấp tần số
Bốn tần số mang, theo thứ tự tăng dần về độ lớn:
- Thấp nhất: FTF (≈ 0,4 lần tốc độ trục).
- Thấp đến trung bình: BSF (≈ 2–3 lần tốc độ trục).
- Trung bình: BPFO (≈ 3–5 lần tốc độ trục).
- Cao nhất: BPFI (≈ 5–7 lần tốc độ trục).
Mối quan hệ toán học
- Cả bốn tần số đều xuất phát từ cùng một cấu trúc ổ trục.
- Biết được một tần số và loại phương vị sẽ giúp bạn tính ngược ra các thông số còn lại.
- Tỷ lệ giữa các thông số này là cố định đối với một mẫu ổ trục cụ thể, giúp đảm bảo tính kiểm chứng chéo sẵn có.
- Đáng chú ý, đối với ổ trục có Z chi tiết lăn, ta có BPFO + BPFI = Z × tốc độ trục và BPFO = Z × FTF — đây là các công thức hữu ích để kiểm tra tính hợp lý của kết quả chẩn đoán.
Trong thực tế, các tần số này chỉ có giá trị nếu thiết bị của bạn có thể phân giải chúng một cách rõ ràng ở tốc độ vận hành thực tế của máy. Một máy phân tích hai kênh cầm tay như Balanset-1A ghi lại phổ tần số và dạng sóng theo thời gian trực tiếp tại các ổ trục của máy, nhờ đó có thể phát hiện ngay tại chỗ nhịp FTF chậm và dải sóng phụ BSF ± FTF do nó tạo ra — và trong trường hợp nguyên nhân gốc rễ hóa ra là do mất cân bằng đó là do tải trọng tác động lên ổ trục chứ không phải lỗi thực sự của lồng bi, và đã được khắc phục ngay tại chỗ. Để xác định vị trí của từng tần số phát ra từ ổ trục trên phổ tần số trước khi bắt đầu, hãy nhập thông số hình học của ổ trục vào một Công cụ tính tần suất lỗi vòng bi và hiển thị các đường dự báo FTF, BSF, BPFO và BPFI.
Do đó, mặc dù FTF có thể là tần số thấp nhất và ít được quan sát thấy nhất trong các tần số lỗi của ổ trục, nhưng nó không hề kém phần quan trọng. Với vai trò là tần số điều chế cho các khuyết tật của các bộ phận lăn, cùng với việc thỉnh thoảng nó báo hiệu các vấn đề thực sự liên quan đến lồng bi, việc nắm vững FTF là điều thiết yếu để thực hiện đánh giá tình trạng ổ trục một cách toàn diện và chính xác.
