Forståelse af BPFI – Boldpasningsfrekvensens indre løb

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,358.31

Dele

Vibrationssensor

$107.47

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$148.07

Enheder

Balanset-4

$8,123.32

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.93

Dele

Reflekterende tape

$11.94

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definition: Hvad er BPFI?

BPFI (Boldafleveringsfrekvens, indre løb) er en af de fire grundlæggende lejefejlfrekvenser der angiver den hastighed, hvormed rulleelementer passerer over en defekt på den indre løbsring i et rulleelementleje. Når der er en afskalning, revne eller hul på den roterende indre løbsring, rammer de stationære rulleelementer defekten gentagne gange, mens de roterer forbi dem, hvilket skaber periodiske stød, der genererer vibrationer ved BPFI-frekvensen.

BPFI er karakteriseret ved at være højere i frekvens end BPFO (frekvensen af den ydre race) og udviser næsten altid karakteristisk ±1× sidebånd på grund af amplitudemodulation, når defekten roterer ind og ud af lejets belastningszone. Disse sidebånd er en vigtig diagnostisk markør, der adskiller defekter i den indre lejebane fra andre lejeproblemer.

Matematisk beregning

Formel

BPFI beregnes ved hjælp af lejegeometri og akselhastighed:

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

Variabler

• N = Antal rulleelementer i lejet
• n = Akselrotationsfrekvens (Hz) eller hastighed (RPM/60)
• Bd = Kugle- eller rullediameter
• Pd = Stegediameter (diameter af cirkl gennem rulleelementets centrum)
• β = Kontaktvinkel

Hvorfor BPFI > BPFO

BPFI er altid højere end BPFO for det samme leje fordi:

• Den indre ring roterer med akslen, mens rulleelementerne kredser med burhastighed (~0,4×)
• Relativ hastighed mellem inderring og rulleelementer er højere
• Formlen viser BPFI = (N × n / 2) × [1 – Bd/Pd], mens BPFO = (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
• Minustegnet i BPFI gør det større (ved at trække en brøk fra 1)
• Typisk forhold: BPFI/BPFO ≈ 1,6-1,8

Typiske værdier

• For almindelige lejer: BPFI typisk 5-7× akselhastighed
• Eksempel: 10-kugleleje ved 1800 o/min (30 Hz) → BPFI ≈ 173 Hz (5,8× akselhastighed)

Fysisk mekanisme og belastningszonemodulation

Den roterende defekt

Indre racefejl skaber en unik situation:

1. Fejlen er på den roterende indre ring
2. Når den indre ring roterer, bevæger defekten sig rundt om lejets omkreds
3. Hvert rulleelement rammer en defekt, når det passerer (BPFI-frekvens)
4. Men påvirkningens alvorlighed varierer afhængigt af defektens placering i forhold til belastningszonen

Effekt af belastningszone

Lejets belastningszone skaber amplitudemodulation:

• Fejl i lastzone: Høj kontaktkraft, kraftig stød når rulleelementet rammer det
• Fejl modsat belastningszone: Lav eller ingen kontaktkraft, svag eller ingen stød
• Modulationsfrekvens: Fejlen passerer gennem belastningszonen én gang pr. akselomdrejning (1× frekvens)
• Resultat: BPFI-amplitudemoduleret ved 1× akselhastighed

Sidebåndsgenerering

Amplitudemodulation skaber matematiske sidebånd:

• Bærefrekvens: BPFI
• Modulationsfrekvens: 1× akselhastighed
• Sidebånd: BPFI ± 1×, BPFI ± 2×, BPFI ± 3×
• Mønster: Symmetriske sidebånd fordelt med 1× intervaller omkring BPFI
• Diagnostisk værdi: Dette sidebåndsmønster er næsten patognomonisk for indre racedefekter

Vibrationssignaturkarakteristika

Typisk spektrumudseende

• Central Peak: Ved BPFI-frekvens
• Sidebåndsfamilie: Flere toppe ved BPFI ± n×(1×), hvor n = 1, 2, 3, …
• Harmoniske familier: Yderligere sidebåndsfamilier ved 2×BPFI, 3×BPFI med deres egne ±1× sidebånd
• Visuelt mønster: Ligner et "stakithegn" eller kammønster

Envelope Spectrum-funktioner

• BPFI-peak dominerer envelope-spektret
• Sidebånd ekstremt klare og diagnostiske
• Tidlig detektion måneder før standard FFT viser toppe
• Amplituden stiger eksponentielt, efterhånden som defekten vokser

Detektion og diagnose

Anerkendelsestrin

1. Beregn BPFI: Fra lejets modelnummer eller geometri
2. Søgespektrum: Se efter peak ved den beregnede frekvens (±5% tolerance)
3. Bekræft sidebånd: Bekræft tilstedeværelsen af ±1× sidebånd (vigtig diagnostisk funktion)
4. Tjek harmoniske: Kig efter 2×BPFI, 3×BPFI med deres egne sidebånd
5. Vurder amplitude: Sammenlign med baseline- eller sværhedsretningslinjer
6. Bekræft diagnose: BPFI + sidebånd = indre løbsfejl bekræftet

Differentialdiagnose

Funktion	BPFI (Indre Race)	BPFO (Ydre Race)
Frekvens	Højere (5-7× akselhastighed)	Lavere (3-5× akselhastighed)
Sidebånd	Næsten altid til stede (±1×)	Kan være til stede eller ej
Sidebåndsmønster	Meget regelmæssig, tydelig afstand	Mindre regelmæssig, hvis til stede
Hændelse	Mindre almindelige (~25% af fejl)	Mest almindelige (~40% af fejl)

Progression og sværhedsgrad

Defektudviklingsstadier

1. Indvielse: Mikroskopiske revner eller gruber, endnu ikke detekterbare
2. Begynder: Lille BPFI-top vises i envelope-spektret (0,1-0,5 g)
3. Tidlig: Klar BPFI-top med 1-2 harmoniske og sidebånd (0,5-2 g)
4. Moderat: Flere harmoniske, fremtrædende sidebånd, afskalning synlig ved inspektion (2-10 g)
5. Fremskreden: Meget høj amplitude, talrige harmoniske, forhøjet støjniveau (>10 g)
6. Alvorlig: Bredbåndsstøj dominerer, leje næsten udfald, katastrofalt udfald nært forestående

Estimering af resterende levetid

• Begyndende til tidlig: Typisk 6-18 måneder tilbage
• Tidlig til moderat: 3-6 måneder tilbage
• Moderat til avanceret: 1-3 måneder tilbage
• Fremskreden til svær: Dage til uger tilbage
• Variabler: Den faktiske tidslinje afhænger af belastning, hastighed, driftsforhold og lejestørrelse

Årsager til indre racedefekter

• Træthed: Højcyklusudmattelse fra gentagen belastning
• Forkert installation: Skade under montering (slag mod inderringen med hammer)
• Skade på aksel: Ru eller beskadiget akseloverflade, der forårsager slidning
• Stram interferenspasform: For stor kraft under presmontering
• Forskydning: Ujævn belastning accelererer træthed
• Forurening: Partikler, der forårsager indrykningsskader
• Smøringsfejl: Utilstrækkelig smøring, der fører til overfladeskader

Korrigerende handlinger

Øjeblikkelig reaktion (ved detektion)

• Øg overvågningsfrekvensen (månedligt → ugentligt → dagligt efterhånden som sværhedsgraden stiger)
• Planlæg lejeudskiftning under næste passende nedbrud
• Trendamplitude til at forudsige den resterende levetid
• Undgå at køre ved kritiske hastigheder, der kan fremskynde fejl

Udskiftningsplanlægning

• Bestil udskiftningsleje (bekræft korrekt model)
• Plan for akselinspektion (fejl i den indre løbering kan beskadige akslen)
• Undersøg den grundlæggende årsag for at forhindre gentagelse
• Overvej forbedrede lejespecifikationer ved for tidlig svigt

BPFI-detektion gennem vibrationsanalyse er en hjørnesten i overvågning af lejers tilstand. Den karakteristiske højfrekvente peak med 1× sidebånd giver en utvetydig indikation af defekter i den indre lejeløb, hvilket muliggør rettidige vedligeholdelseshandlinger, der forhindrer katastrofale lejesvigt og tilhørende sekundære skader på aksler og huse.

---

← Tilbage til hovedindekset