Pochopení BPFI – frekvence přihrávek míče – vnitřní závod

Zařízení

Přenosný vyvažovač a analyzátor vibrací Balanset-1A

$2,344.68 Původní cena byla: $2,344.68.$2,018.20Aktuální cena je: $2,018.20.

Díly

Snímač vibrací

$106.85 Původní cena byla: $106.85.$83.10Aktuální cena je: $83.10.

Díly

Optický senzor (laserový otáčkoměr)

$147.21 Původní cena byla: $147.21.$106.85Aktuální cena je: $106.85.

Zařízení

Balanset-4

$8,076.37

Díly

Magnetický stojan Insize-60-kgf

$54.61

Díly

Reflexní páska

$11.87

Zařízení

Dynamický balancer "Balanset-1A" OEM

$2,059.75 Původní cena byla: $2,059.75.$1,780.77Aktuální cena je: $1,780.77.

Definice: Co je BPFI?

BPFI (Frekvence přihrávek míče, vnitřní dráha) je jedním ze čtyř základních frekvence poruch ložisek která udává rychlost, s jakou valivá tělesa přecházejí přes vadu na vnitřním kroužku valivého ložiska. Pokud se na rotujícím vnitřním kroužku nachází odlupování, trhlina nebo důlek, stacionární valivá tělesa při svém otáčení kolem nich opakovaně narážejí na vadu a vytvářejí tak periodické nárazy, které generují vibrace na frekvenci BPFI.

BPFI se vyznačuje vyšší frekvencí než BPFO (frekvence vnějšího závodu) a téměř vždy vykazuje výrazné ±1× postranní pásma v důsledku amplitudové modulace, jak se vada otáčí dovnitř a ven ze zátěžové zóny ložiska. Tato postranní pásma jsou klíčovým diagnostickým markerem, který odlišuje vady vnitřního kroužku od jiných problémů s ložiskem.

Matematický výpočet

Vzorec

BPFI se vypočítá s použitím geometrie ložiska a otáček hřídele:

• BPFI = (N × n / 2) × [1 – (Bd/Pd) × cos β]

Proměnné

• N = Počet valivých těles v ložisku
• n = Frekvence otáčení hřídele (Hz) nebo otáčky (ot./min./60)
• Bd = Průměr kuličky nebo válečku
• Pd = Průměr rozteče (průměr kružnice procházející středem valivých těles)
• β = Kontaktní úhel

Proč BPFI > BPFO

BPFI je pro stejné ložisko vždy vyšší než BPFO, protože:

• Vnitřní kroužek se otáčí s hřídelí, zatímco valivá tělesa obíhají rychlostí klece (~0,4×)
• Relativní rychlost mezi vnitřním kroužkem a valivými tělesy je vyšší
• Vzorec ukazuje BPFI = (N × n / 2) × [1 – Bd/Pd], zatímco BPFO = (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
• Znaménko mínus v BPFI ho zvětšuje (odečtením zlomku od 1)
• Typický poměr: BPFI/BPFO ≈ 1,6–1,8

Typické hodnoty

• Pro běžná ložiska: BPFI typicky 5–7× otáčky hřídele
• Příklad: 10kuličkové ložisko při 1800 ot./min (30 Hz) → BPFI ≈ 173 Hz (5,8× otáčky hřídele)

Fyzikální mechanismus a modulace zátěžové zóny

Rotační vada

Vady vnitřního kroužku vytvářejí jedinečnou situaci:

1. Vada je na rotujícím vnitřním kroužku
2. Jak se vnitřní kroužek otáčí, vada se pohybuje po obvodu ložiska
3. Každý valivý element při průchodu narazí na vadu (frekvence BPFI)
4. Závažnost nárazu se však liší v závislosti na umístění vady vzhledem k zóně zatížení.

Vliv zóny zatížení

Zóna zatížení ložiska vytváří amplitudovou modulaci:

• Závada v zóně zatížení: Vysoká kontaktní síla, silný náraz při nárazu valivého tělesa
• Zóna závady na opačné straně zatížení: Nízká nebo nulová kontaktní síla, slabý nebo žádný náraz
• Modulační frekvence: Defekt prochází zónou zatížení jednou za otáčku hřídele (1× frekvence)
• Výsledek: BPFI amplitudově modulovaný při 1× otáčkách hřídele

Generování postranního pásma

Amplitudová modulace vytváří matematické postranní pásma:

• Nosná frekvence: BPFI
• Modulační frekvence: 1× otáčky hřídele
• Postranní pásma: BPFI ± 1×, BPFI ± 2×, BPFI ± 3×
• Vzor: Symetrické postranní pásy rozmístěné v intervalech 1× kolem BPFI
• Diagnostická hodnota: Tento vzorec postranních pásů je téměř patognomický pro defekty vnitřního závodu

Charakteristiky vibračních podpisů

Typický vzhled spektra

• Centrální vrchol: Na frekvenci BPFI
• Rodina postranních pásem: Vícenásobné píky při BPFI ± n×(1×), kde n = 1, 2, 3, …
• Harmonické rodiny: Další rodiny postranních pásem s 2×BPFI a 3×BPFI s vlastními postranními pásmy ±1×
• Vizuální vzorec: Vypadá jako “laťkový plot” nebo hřebenový vzor

Vlastnosti obálkového spektra

• Vrchol BPFI dominuje spektru obálky
• Postranní pásma extrémně jasná a diagnostická
• Včasná detekce měsíce předtím, než standardní FFT vykazuje vrcholy
• Amplituda se exponenciálně zvyšuje s rostoucí defektem

Detekce a diagnostika

Kroky rozpoznávání

1. Vypočítejte BPFI: Z čísla modelu ložiska nebo geometrie
2. Spektrum vyhledávání: Hledejte vrchol na vypočítané frekvenci (tolerance ±51 TP3T)
3. Ověření postranních pásem: Potvrďte přítomnost ±1× postranních pásem (klíčová diagnostická funkce)
4. Zkontrolujte harmonické: Hledejte 2×BPFI, 3×BPFI s vlastními postranními pásmy
5. Vyhodnoťte amplitudu: Porovnejte s výchozími hodnotami nebo pokyny pro závažnost
6. Potvrzení diagnózy: BPFI + boční pásy = potvrzena vada vnitřního kroužku

Diferenciální diagnostika

Funkce	BPFI (vnitřní závod)	BPFO (vnější závod)
Frekvence	Vyšší (5–7× otáčky hřídele)	Nižší (3–5× otáčky hřídele)
Postranní pásma	Téměř vždy přítomno (±1×)	Může být přítomen, ale nemusí.
Postranní vzor	Velmi pravidelné, jasné rozestupy	Méně pravidelné, pokud jsou přítomny
Výskyt	Méně časté (~25% selhání)	Nejčastější (~40% chyb)

Progrese a závažnost

Fáze vývoje defektů

1. Zahájení: Vytvoří se mikroskopické trhliny nebo důlky, které zatím nejsou detekovatelné
2. Počáteční: Malý pík BPFI se objevuje v obalovém spektru (0,1-0,5 g)
3. Brzy: Jasný vrchol BPFI s 1-2 harmonickými a postranními pásmy (0,5-2 g)
4. Mírný: Více harmonických, výrazné postranní pásma, odlupování viditelné při kontrole (2-10 g)
5. Moderní: Velmi vysoká amplituda, četné harmonické, zvýšená hladina šumu (>10 g)
6. Těžké: Dominuje širokopásmový šum, ložisko je téměř na pokraji selhání, hrozí katastrofické selhání

Odhad zbývající životnosti

• Počáteční až rané: Obvykle zbývá 6–18 měsíců
• Raná až střední: Zbývají 3–6 měsíců
• Střední až pokročilý: Zbývá 1–3 měsíce
• Pokročilý až těžký stav: Zbývající dny až týdny
• Proměnné: Skutečný časový harmonogram závisí na zatížení, rychlosti, provozních podmínkách a velikosti ložiska.

Příčiny vad vnitřního závodu

• Únava: Vysokocyklová únava z opakovaného zatížení
• Nesprávná instalace: Poškození během montáže (úder kladivem do vnitřního kroužku)
• Poškození hřídele: Drsný nebo poškozený povrch hřídele způsobující tření
• Těsné uložení s přesahem: Nadměrná síla během lisování
• Nesprávné zarovnání: Nerovnoměrné zatížení urychlující únavu
• Kontaminace: Částice způsobující poškození vtlačením
• Selhání mazání: Nedostatečné mazání vedoucí k poškození povrchu

Nápravná opatření

Okamžitá reakce (po detekci)

• Zvyšujte frekvenci monitorování (měsíčně → týdně → denně s rostoucí závažností)
• Naplánujte výměnu ložiska během nejbližší vhodné odstávky
• Amplituda trendu pro predikci zbývající životnosti
• Vyhněte se provozu při kritických rychlostech, které by mohly urychlit poruchu

Plánování náhrady

• Objednat náhradní ložisko (ověřte správný model)
• Plán kontroly hřídele (vady vnitřního kroužku mohou poškodit hřídel)
• Zjistěte příčinu, abyste zabránili opakování
• Zvažte vylepšení specifikace ložiska v případě předčasného selhání

Detekce BPFI pomocí vibrační analýzy je základem monitorování stavu ložisek. Charakteristický vysokofrekvenční vrchol s postranními pásmy 1× poskytuje jednoznačnou indikaci defektů vnitřního kroužku, což umožňuje včasné údržbářské zásahy, které zabraňují katastrofickým selháním ložisek a souvisejícímu sekundárnímu poškození hřídelí a pouzder.

---

← Zpět na hlavní index