什么是 BSF？轴承诊断中的滚珠自旋频率 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡 什么是 BSF？轴承诊断中的滚珠自旋频率 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡

什么是BSF？轴承诊断中的滚珠自旋频率

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了解球旋转频率 (BSF)

定义：什么是BSF？

BSF 滚珠自旋频率（也称滚动体自旋频率）是四个基本频率之一。 轴承故障频率 它代表滚动体（滚珠或滚柱）绕自身轴线旋转的转速。当滚动体表面存在缺陷，例如剥落、裂纹或夹杂物时，缺陷会在滚动体每旋转一周时对内圈和外圈各产生两次冲击，从而以 BSF 频率产生周期性冲击。.

轴承故障频率（BSF）在四种轴承故障频率中出现频率最低，因为滚动体缺陷相对于滚道缺陷而言较为罕见，仅占轴承故障总数的约 10-15%。然而，一旦出现，BSF 会产生独特而复杂的故障现象。 振动 可通过仔细辨认而识别的特征 振动分析.

数学计算

公式

BSF是根据轴承几何形状和轴转速计算得出的：

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

变量

  • 钯 = 节圆直径（通过滚动体中心的圆的直径）
  • 屋宇署 = 球或滚子的直径
  • n = 轴旋转频率（赫兹）或转速（转/60）
  • β = 接触角

简化形式

对于零接触角轴承（β = 0°）：

  • BSF ≈ (Pd / 2×Bd) × n × [1 – (Bd/Pd)²]
  • 对于Bd/Pd ≈ 0.2的典型轴承，这得出BSF ≈ 2.4 × n
  • 经验法则：BSF 通常为轴转速的 2-3 倍

典型值

  • BSF 通常为轴转速的 1.5 倍至 3 倍。
  • 低于两者 BPFI 和 BPFO
  • 高于 金融时报 （笼养频率）
  • 例如：轴承转速为 1800 RPM (30 Hz) → BSF ≈ 71 Hz (2.4 倍轴转速)

物理机制

滚动体旋转

理解BSF需要将滚动体的运动可视化：

  1. 滚动体以保持架频率（约等于轴转速的0.4倍）绕轴承旋转。
  2. 同时，它在BSF处绕自身轴线旋转。
  3. 旋转速度取决于节圆直径与球径之比
  4. 每一次完整的旋转都会使缺陷与两个种族接触。

每转双倍冲击

滚动体上的缺陷会形成独特的图案：

  • 第一击： 缺陷冲击内部种族
  • 半圈之后： 同样的缺陷（现在旋转了180°）冲击外圈。
  • 结果： 球每旋转一周两次冲击 = 2×BSF
  • 实际观测频率： 通常可见 BSF 和 2×BSF 的峰值。

笼频率调制

滚动体的轨道运动又带来了额外的复杂性：

  • 缺陷球每旋转一周都会通过装载区一次。
  • 冲击强度受载荷影响（载荷区强度高，其他区域强度低）
  • 在……处创建边带 金融时报 （笼子频率）间距
  • 边带模式：BSF ± n×FTF，其中 n = 1, 2, 3…

振动特征

光谱特征

  • 主峰： 在 BSF 或 2×BSF 频率下
  • FTF 边带： 间隔为笼状频率间隔（与BPFI的1倍边带不同）
  • 多重谐波： 2×BSF、3×BSF 经常出现
  • 复杂模式： 比种族缺陷模式更复杂
  • 可变振幅： 由于缺陷球在载荷区的位置会发生变化，因此测量结果可能存在显著差异。

包络频谱

包络分析 对于黑水虻的检测尤为重要：

  • BSF峰值在包络线中通常比标准FFT更清晰。
  • FTF边带结构更加清晰可见
  • 在标准光谱中出现峰值之前即可进行早期检测。

为什么滚动体缺陷较少见

多种因素导致滚动体缺陷相对较少：

负荷分布

  • 滚动体旋转，将载荷和磨损分散到整个表面。
  • 滚道（尤其是外滚道）具有集中载荷区
  • 更均匀的应力分布可延缓滚动体的疲劳。

制造质量

  • 滚珠和滚筒通常接受最高质量控制。
  • 比许多轴承滚道更硬的材料和更好的表面光洁度
  • 不太可能出现材料缺陷

应力模式

  • 滚动接触应力分布在表面上
  • 赛车手会经历更高的最大赫兹接触应力。
  • 种族的边缘和角落更容易出现压力集中现象。

诊断挑战

复杂

  • BSF 特征比 FTF 边带引起的种族缺陷更为复杂
  • 可能与其他机械频率混淆
  • 变化的振幅使得趋势分析更加困难。
  • 多个缺陷球产生重叠的特征信号

检测难度

  • 对于相似尺寸的缺陷，BSF峰值的振幅有时低于竞争缺陷峰值的振幅。
  • 频率可能与其他机械部件的频率范围一致
  • 需要经验才能区分 BSF 模式和种族缺陷

实用诊断

确认步骤

  1. 计算BSF： 根据轴承规格
  2. 寻找黑水虻峰： 在计算频率处搜索包络频谱
  3. 检查是否为 2×BSF： 通常强于基本BSF
  4. 验证 FTF 边带： 寻找笼状频率间隔处的边带（不是 1 倍间隔）。
  5. 振幅变异性： BSF振幅在不同测量值之间可能有所不同（球形缺陷的特征）
  6. 淘汰： 在得出 BSF 结论之前，请先排除 BPFI 和 BPFO。

当多个球出现缺陷时

  • 多个缺陷球形成复杂的重叠图案
  • BSF峰值可能会变宽或显示多个相邻频率
  • 表明轴承劣化程度严重
  • 建议立即更换

病因及预防

滚动体缺陷的常见原因

  • 材料包含物： 滚珠/滚筒内部有空隙或异物
  • 安装损坏： 搬运过程中冲击造成的布氏压痕
  • 污染： 硬物颗粒嵌入或损坏球体表面
  • 电气损坏： 电流通过轴承产生电弧，形成凹坑
  • 假布氏压痕： 静止状态下振动引起的微动摩擦
  • 腐蚀： 潮湿或化学侵蚀导致表面出现凹坑

预防策略

  • 使用信誉良好的制造商生产的高品质轴承
  • 安装过程中需小心操作
  • 有效的污染控制（密封、清洁的环境）
  • 适当的润滑可防止腐蚀
  • 带变频驱动电机的电气绝缘
  • 储存和运输过程中的振动隔离

虽然轴承表面裂纹（BSF）的发生频率低于轴承表面裂纹故障（BPFO）或轴承表面裂纹故障（BPFI），但了解其特性有助于进行全面的轴承诊断。BSF 独特的 FTF 边带模式以及一旦检测到后可能迅速发展的潜力，使其成为综合轴承状态监测程序的重要组成部分。.

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