Κατανόηση του BPFO – Συχνότητα Πάσας Μπάλας Εξωτερικός Αγώνας

Συσκευές

Φορητή ζυγαριά και αναλυτής κραδασμών Balanset-1A

$2,358.31

Ανταλλακτικά

Αισθητήρας δόνησης

$107.47

Ανταλλακτικά

Οπτικός αισθητήρας (στροφόμετρο λέιζερ)

$148.07

Συσκευές

Balanset-4

$8,123.32

Ανταλλακτικά

Μαγνητική βάση μεγέθους 60-kgf

$54.93

Ανταλλακτικά

Αντανακλαστική ταινία

$11.94

Συσκευές

Δυναμικός εξισορροπιστής "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Ορισμός: Τι είναι το BPFO;

BPFO (Συχνότητα Πάσας Μπάλας, Εξωτερικός Αγώνας) είναι ένα από τα τέσσερα θεμελιώδη συχνότητες σφάλματος ρουλεμάν που υποδεικνύει τον ρυθμό με τον οποίο τα κυλιόμενα στοιχεία (μπάλες ή κύλινδροι) περνούν πάνω από ένα ελάττωμα που βρίσκεται στον εξωτερικό δακτύλιο ενός ρουλεμάν κυλιόμενου στοιχείου. Όταν υπάρχει θρυμματισμός, ρωγμή, λάκκος ή άλλο ελάττωμα στον εξωτερικό δακτύλιο, κάθε κυλιόμενο στοιχείο χτυπά το ελάττωμα καθώς περνάει, δημιουργώντας μια επαναλαμβανόμενη κρούση που δημιουργεί δόνηση στη συχνότητα BPFO.

Η συχνότητα BPFO είναι η πιο διαγνωστικά σημαντική συχνότητα ρουλεμάν, επειδή τα ελαττώματα του εξωτερικού δακτυλίου είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος αστοχίας ρουλεμάν, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 40% όλων των αστοχιών ρουλεμάν στοιχείων κύλισης. Η ανίχνευση κορυφών BPFO στα φάσματα κραδασμών επιτρέπει την έγκαιρη αναγνώριση προβλημάτων του εξωτερικού δακτυλίου πριν από την εμφάνιση αστοχίας ρουλεμάν.

Μαθηματικός Υπολογισμός

Τύπος

Το BPFO υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τη γεωμετρία του ρουλεμάν και την ταχύτητα του άξονα:

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

Μεταβλητές

• N = Αριθμός κυλινδρικών στοιχείων (μπάλες ή κύλινδροι) στο ρουλεμάν
• n = Συχνότητα περιστροφής άξονα (Hz) ή ταχύτητα (RPM/60)
• Bd = Διάμετρος μπάλας ή κυλίνδρου
• Πδ = Διάμετρος βήματος (διάμετρος κύκλου που διέρχεται από τα κέντρα των κυλιόμενων στοιχείων)
• β = Γωνία επαφής (συνήθως 0° για ακτινικά ρουλεμάν, 15-40° για γωνιακή επαφή)

Απλοποιημένη Προσέγγιση

Για ρουλεμάν μηδενικής γωνίας επαφής (β = 0°):

• BPFO ≈ (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
• Για τυπικά ρουλεμάν με Bd/Pd ≈ 0,2, αυτό δίνει BPFO ≈ 0,6 × N × n
• Εμπειρικός κανόνας: BPFO ≈ 60% του (αριθμός σφαιρών × συχνότητα άξονα)

Τυπικές τιμές

• Για ρουλεμάν με 8-12 στοιχεία κύλισης: BPFO συνήθως 3-5 × ταχύτητα άξονα
• Παράδειγμα: Ρουλεμάν 10 σφαιρών στις 1800 σ.α.λ. (30 Hz) → BPFO ≈ 107 Hz (3,6× ταχύτητα άξονα)

Φυσικός Μηχανισμός

Γιατί τα ελαττώματα της εξωτερικής φυλής δημιουργούν BPFO

Ο εξωτερικός δακτύλιος είναι ακίνητος στα περισσότερα ρουλεμάν, στερεωμένος στο περίβλημα:

1. Υπάρχει ένα ελάττωμα (θραύση, λάκκος) σε μια σταθερή θέση στον εξωτερικό δακτύλιο
2. Καθώς το κλουβί περιστρέφεται, μεταφέρει κυλινδρικά στοιχεία γύρω από το ρουλεμάν
3. Κάθε κυλιόμενο στοιχείο περνάει με τη σειρά του πάνω από τη θέση του ελαττώματος
4. Όταν μια μπάλα χτυπήσει το ελάττωμα, συμβαίνει ένα μικρό χτύπημα ή “κλικ”.
5. Με N κυλιόμενα στοιχεία, το ελάττωμα εμφανίζεται N φορές ανά περιστροφή του κλωβού
6. Δεδομένου ότι ο κλωβός περιστρέφεται με περίπου 0,4× ταχύτητα άξονα και κάθε σφαίρα χτυπάει μία φορά ανά περιστροφή του κλωβού, ο συνολικός ρυθμός κρούσης = N × συχνότητα κλωβού ≈ BPFO

Χαρακτηριστικά πρόσκρουσης

• Κάθε κρούση είναι σύντομη (διάρκεια μικροδευτερολέπτων)
• Οι επιπτώσεις είναι περιοδικές στη συχνότητα BPFO
• Η ενέργεια κρούσης διεγείρει συντονισμούς υψηλής συχνότητας στη δομή των εδράνων
• Η επαναλαμβανόμενη φύση δημιουργεί σαφείς φασματικές κορυφές

Υπογραφή Δόνησης σε Φάσματα

Στο Πρότυπο Φάσμα FFT

• Κύρια Κορυφή: Στη συχνότητα BPFO
• Αρμονικές: Στα 2×BPFO, 3×BPFO, 4×BPFO (υποδεικνύοντας τη σοβαρότητα του ελαττώματος)
• Πλευρικές ζώνες: Μπορεί να έχει ±1× πλευρικές ζώνες εάν ο εξωτερικός δακτύλιος μπορεί να περιστραφεί ελαφρώς ή λόγω διακύμανσης της ζώνης φορτίου
• Πλάτος: Αυξάνεται καθώς το ελάττωμα εξαπλώνεται

Στο Φάσμα Φακέλων

• Η κορυφή BPFO είναι πολύ πιο καθαρή και με υψηλότερο πλάτος από ό,τι στο τυπικό FFT
• Αρμονικές που εμφανίζονται σε περίοπτη θέση
• Δυνατότητα έγκαιρης ανίχνευσης (ελαττώματα ανιχνεύσιμα μήνες νωρίτερα)
• Λιγότερες παρεμβολές από κραδασμούς χαμηλής συχνότητας

Τυπική εξέλιξη πλάτους

• Αρχόμενος: 0,1-0,5 g (φάκελος), μόλις ανιχνεύσιμο
• Νωρίς: 0,5-2 g, καθαρή κορυφή BPFO με 1-2 αρμονικές
• Μέτριος: 2-10 g, πολλαπλές αρμονικές, εμφάνιση πλευρικών ζωνών
• Προχωρημένος: >10 g, πολυάριθμες αρμονικές, αυξημένο επίπεδο θορύβου

Γιατί τα ελαττώματα της εξωτερικής φυλής είναι τα πιο συνηθισμένα

Οι αποτυχίες των εξωτερικών φυλών κυριαρχούν για διάφορους λόγους:

Συγκέντρωση φορτίου

• Σε τυπικό οριζόντιο προσανατολισμό άξονα, η ζώνη φορτίου βρίσκεται στο κάτω μέρος
• Ο εξωτερικός δακτύλιος στο κάτω μέρος φέρει το μεγαλύτερο μέρος του φορτίου
• Η συνεχής φόρτιση του ίδιου εξωτερικού τμήματος του αγώνα επιταχύνει την κόπωση
• Ο εσωτερικός δακτύλιος περιστρέφεται, κατανέμοντας το φορτίο σε ολόκληρη την περιφέρεια

Καταπονήσεις εγκατάστασης

• Η εξωτερική οπή που πιέζεται στο περίβλημα μπορεί να υποστεί ζημιά στην εγκατάσταση
• Οι παρεμβολές δημιουργούν υπολειμματικές τάσεις
• Η ακατάλληλη εγκατάσταση (λανθασμένη ευθυγράμμιση, όπλιση) προκαλεί ζημιά στον εξωτερικό δακτύλιο

Επιπτώσεις μόλυνσης

• Τα σωματίδια εισέρχονται στο ρουλεμάν στον εξωτερικό δακτύλιο
• Η μόλυνση συγκεντρώνεται στην εξωτερική περιοχή της φυλής
• Σωματίδια ενσωματωμένα σε μαλακότερο εξωτερικό υλικό φυλής

Διαγνωστική Σημασία

Υψηλή διαγνωστική εμπιστοσύνη

Το BPFO είναι ένας από τους πιο αξιόπιστους διαγνωστικούς δείκτες:

• Η συχνότητα είναι επακριβώς υπολογίσιμη και μοναδική για κάθε τύπο ρουλεμάν
• Απίθανο να συγχέεται με άλλες συχνότητες μηχανημάτων
• Σαφές μοτίβο εξέλιξης καθώς το ελάττωμα επιδεινώνεται
• Καλά κατανοητή σχέση μεταξύ πλάτους και μεγέθους ελαττώματος

Αξιολόγηση σοβαρότητας

• Αριθμός αρμονικών: Περισσότερες αρμονικές = πιο προηγμένο ελάττωμα
• Μέγιστο πλάτος: Μεγαλύτερο πλάτος = μεγαλύτερη περιοχή ελαττώματος
• Παρουσία πλευρικής ζώνης: Εκτεταμένες πλευρικές ζώνες υποδεικνύουν διαμόρφωση, συχνά από διακύμανση ζώνης φορτίου
• Επίπεδο θορύβου: Το υπερυψωμένο δάπεδο θορύβου υποδηλώνει εκτεταμένη φθορά της επιφάνειας

Σχέση με άλλες συχνότητες ρουλεμάν

BPFO έναντι BPFI

• Το BPFI (εσωτερικός δακτύλιος) είναι πάντα υψηλότερη συχνότητα από το BPFO για το ίδιο ρουλεμάν
• Τυπική αναλογία: BPFI/BPFO ≈ 1,6-1,8
• Εάν υπάρχουν και τα δύο, υποδηλώνει πολλαπλά ελαττώματα (προχωρημένη βλάβη)
• Η BPFO είναι πιο συχνή αρχικά. Η BPFI μπορεί να αναπτυχθεί ως δευτερογενής βλάβη.

Πλευρικές ζώνες με ταχύτητα 1×

• Ενώ η εξωτερική φυλή είναι ακίνητη, είναι δυνατή μια μικρή κίνηση
• Η χαλαρή εφαρμογή του ρουλεμάν επιτρέπει στον εξωτερικό δακτύλιο να σέρνεται ή να περιστρέφεται ελαφρώς
• Η μεταβολή της ζώνης φορτίου καθώς οι τροχιές του ρότορα δημιουργούν διαμόρφωση πλάτους
• Αποτελέσματα σε ±1× πλευρικές ζώνες γύρω από την κορυφή BPFO

Πρακτική Στρατηγική Παρακολούθησης

Τακτική παρακολούθηση

• Μηνιαία ή τριμηνιαία ανάλυση περιβλήματος σε κάθε θέση εδράνου
• Αυτόματη ανίχνευση και καταγραφή κορυφών BPFO
• Ο συναγερμός έχει οριστεί σε πλάτος γραμμής βάσης 2-3×
• Ιστορικά δεδομένα τάσης για την πρόβλεψη του χρόνου αποτυχίας

Δοκιμές επιβεβαίωσης

Όταν ανιχνεύθηκε BPFO:

• Επαλήθευση ότι η συχνότητα ταιριάζει με την υπολογισμένη τιμή (εντός ±5%)
• Έλεγχος για αρμονικές (2×BPFO, 3×BPFO)
• Αναζητήστε χαρακτηριστικό μοτίβο πλευρικής ζώνης
• Συγκρίνεται με άλλα ρουλεμάν στο ίδιο μηχάνημα (θα πρέπει να ισχύει για το ελαττωματικό ρουλεμάν)
• Αύξηση της συχνότητας παρακολούθησης σε εβδομαδιαία ή καθημερινή

Η ανίχνευση και η παρακολούθηση BPFO αντιπροσωπεύει μία από τις πιο επιτυχημένες εφαρμογές της ανάλυσης κραδασμών στην προγνωστική συντήρηση, αποτρέποντας βλάβες ρουλεμάν και επιτρέποντας στρατηγικές αντικατάστασης βάσει της κατάστασης που βελτιστοποιούν τόσο την αξιοπιστία του εξοπλισμού όσο και το κόστος συντήρησης.

---

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο