Qu'est-ce que le BPFI ? Explication de la fréquence de passage des billes sur la bague intérieure • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors. Qu'est-ce que le BPFI ? Explication de la fréquence de passage des billes sur la bague intérieure • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors.

Qu'est-ce que le BPFI ? Explication de la fréquence de passage de la bille et de la bague intérieure

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Comprendre la fréquence de passage de balle (BPFI) – Course intérieure

Définition : Qu'est-ce que le BPFI ?

BPFI (Fréquence des passes, Course intérieure) est l'un des quatre fondamentaux fréquences de défaut des roulements Cela indique la fréquence à laquelle les éléments roulants passent au-dessus d'un défaut sur la bague intérieure d'un roulement. Lorsqu'un éclat, une fissure ou une piqûre est présent sur la bague intérieure en rotation, les éléments roulants fixes heurtent le défaut de manière répétée lors de leur passage, créant des impacts périodiques qui génèrent vibration à la fréquence BPFI.

Le BPFI se caractérise par une fréquence plus élevée que BPFO (fréquence de la course extérieure) et présente presque toujours une caractéristique ±1× bandes latérales En raison de la modulation d'amplitude liée à la rotation du défaut dans et hors de la zone de charge du roulement, ces bandes latérales constituent un marqueur diagnostique clé permettant de distinguer les défauts de la bague intérieure des autres problèmes de roulement.

calcul mathématique

Formule

Le BPFI est calculé à partir de la géométrie des roulements et de la vitesse de l'arbre :

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

Variables

  • N = Nombre d'éléments roulants dans le roulement
  • n = Fréquence de rotation de l'arbre (Hz) ou vitesse (RPM/60)
  • Bd = Diamètre de la bille ou du rouleau
  • Pd = Diamètre primitif (diamètre du cercle passant par les centres des éléments roulants)
  • β = Angle de contact

Pourquoi BPFI > BPFO

Le BPFI est toujours supérieur au BPFO pour un même roulement car :

  • La bague intérieure tourne avec l'arbre tandis que les éléments roulants orbitent à la vitesse de la cage (~0,4×).
  • La vitesse relative entre la bague intérieure et les éléments roulants est plus élevée
  • La formule montre que BPFI = (N × n / 2) × [1 – Bd/Pd] tandis que BPFO = (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
  • Le signe moins dans BPFI l'augmente (en soustrayant une fraction de 1).
  • Rapport typique : BPFI/BPFO ≈ 1,6-1,8

Valeurs typiques

  • Pour les roulements courants : BPFI généralement 5 à 7 fois la vitesse de l’arbre
  • Exemple : Roulement à 10 billes à 1800 tr/min (30 Hz) → BPFI ≈ 173 Hz (5,8× vitesse de l'arbre)

Mécanisme physique et modulation de la zone de charge

Le défaut de rotation

Les défauts internes à la race créent une situation unique :

  1. Le défaut se situe sur la bague intérieure rotative.
  2. Lorsque la bague intérieure tourne, le défaut se déplace sur la circonférence du roulement.
  3. Chaque élément roulant heurte un défaut lors de son passage (fréquence BPFI)
  4. Mais la gravité de l'impact varie en fonction de l'emplacement du défaut par rapport à la zone de charge.

Effet de zone de charge

La zone de charge du palier crée une modulation d'amplitude :

  • Défaut dans la zone de charge : Force de contact élevée, impact puissant lors de l'impact de l'élément roulant.
  • Défaut dans la zone de charge opposée : Force de contact faible ou nulle, impact faible ou inexistant
  • Fréquence de modulation : Le défaut traverse la zone de charge une fois par tour d'arbre (1× fréquence)
  • Résultat: Amplitude modulée par le BPFI à 1× la vitesse de l'arbre

Génération de bandes latérales

La modulation d'amplitude crée des bandes latérales mathématiques :

  • Fréquence porteuse : BPFI
  • Fréquence de modulation : 1× vitesse de l'arbre
  • Bandes latérales : BPFI ± 1×, BPFI ± 2×, BPFI ± 3×
  • Modèle: Bandes latérales symétriques espacées d'intervalles de 1× autour du BPFI
  • Valeur diagnostique : Ce motif de bande latérale est presque pathognomonique des défauts de la race interne

Caractéristiques de la signature vibratoire

Aspect typique du spectre

  • Pic central : À la fréquence BPFI
  • Famille de bandes latérales : Plusieurs pics à BPFI ± n×(1×), où n = 1, 2, 3, …
  • Familles harmoniques : Familles de bandes latérales supplémentaires à 2×BPFI, 3×BPFI avec leurs propres bandes latérales ±1×
  • Modèle visuel : Ressemble à un motif de “ clôture à piquets ” ou de peigne

Caractéristiques du spectre d'enveloppe

  • Le pic BPFI domine le spectre de l'enveloppe
  • Bandes latérales extrêmement claires et diagnostiques
  • Détection précoce plusieurs mois avant que la FFT standard ne révèle des pics
  • L'amplitude augmente de façon exponentielle à mesure que le défaut s'aggrave.

Détection et diagnostic

Étapes de reconnaissance

  1. Calculer le BPFI : À partir du numéro de modèle ou de la géométrie du roulement
  2. Spectre de recherche : Rechercher le pic à la fréquence calculée (tolérance de ±5%)
  3. Vérifier les bandes latérales : Confirmer la présence de bandes latérales ±1× (caractéristique de diagnostic clé)
  4. Vérifier les harmoniques : Recherchez les signaux 2×BPFI et 3×BPFI avec leurs propres bandes latérales.
  5. Évaluer l'amplitude : Comparer aux directives de référence ou de gravité
  6. Confirmer le diagnostic : BPFI + bandes latérales = défaut de la bague intérieure confirmé

Diagnostic différentiel

Fonctionnalité BPFI (Course intérieure) BPFO (Course extérieure)
Fréquence Plus élevée (5 à 7 fois la vitesse de l'arbre) Inférieur (3 à 5 fois la vitesse de l'arbre)
bandes latérales Presque toujours présent (±1×) Peut être présent ou non
Motif de bande latérale Espacement très régulier et net Moins régulier si présent
Occurrence Moins fréquent (~25% d'échecs) Les plus fréquents (~40% d'échecs)

Progression et gravité

Étapes du développement des défauts

  1. Initiation: Des microfissures ou des piqûres se forment, encore indétectables.
  2. Naissant: Un petit pic BPFI apparaît dans le spectre d'enveloppe (0,1-0,5 g)
  3. Tôt: Pic BPFI net avec 1 à 2 harmoniques et bandes latérales (0,5-2 g)
  4. Modéré: Harmoniques multiples, bandes latérales proéminentes, écaillage visible à l'inspection (2-10 g)
  5. Avancé: Amplitude très élevée, nombreuses harmoniques, bruit de fond élevé (>10 g)
  6. Grave: Le bruit à large bande domine, le roulement est proche de la défaillance, une défaillance catastrophique est imminente.

Estimation de la durée de vie restante

  • Débutant à précoce : Il reste généralement entre 6 et 18 mois.
  • Précoce à modéré : Il reste 3 à 6 mois
  • Niveau intermédiaire à avancé : Il reste 1 à 3 mois
  • Avancé à grave : Jours à semaines restants
  • Variables : Le délai réel dépend de la charge, de la vitesse, des conditions de fonctionnement et de la taille des roulements.

Causes des défauts de la race interne

  • Fatigue: Fatigue à cycle élevé due à des charges répétitives
  • Installation incorrecte : Dommages lors du montage (coups de marteau sur la bague intérieure)
  • Dommages à l'arbre : Surface de l'arbre rugueuse ou endommagée provoquant des frottements
  • Ajustement serré : Force excessive lors de l'emmanchement à force
  • Désalignement : Une charge non uniforme accélère la fatigue
  • Contamination: Particules provoquant des dommages par indentation
  • Défaillance de lubrification : Lubrification insuffisante entraînant une dégradation de la surface

Mesures correctives

Intervention immédiate (dès la détection)

  • Augmenter la fréquence de surveillance (mensuelle → hebdomadaire → quotidienne à mesure que la gravité augmente)
  • Planifiez le remplacement des roulements lors de la prochaine interruption de service opportune.
  • Amplitude de la tendance pour prédire la durée de vie utile restante
  • Évitez de fonctionner à des vitesses critiques susceptibles d'accélérer la défaillance.

Planification du remplacement

  • Commander un roulement de remplacement (vérifier le modèle correct)
  • Prévoir une inspection de l'arbre (les défauts de la bague intérieure peuvent endommager l'arbre)
  • Enquêter sur la cause profonde pour éviter toute récidive
  • En cas de défaillance prématurée, envisager des spécifications de roulement améliorées.

La détection des défauts de la bague intérieure par analyse vibratoire est essentielle à la surveillance de l'état des roulements. Le pic caractéristique à haute fréquence, accompagné de bandes latérales, indique clairement les défauts de la bague intérieure, permettant ainsi des interventions de maintenance opportunes qui préviennent les défaillances catastrophiques des roulements et les dommages secondaires associés aux arbres et aux logements.

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