Comprensione del BPFI – Frequenza dei passaggi di palla nella corsa interna
Definizione: Che cosa è BPFI?
BPFI (Frequenza di passaggio della palla, Corsa interna) è uno dei quattro fondamentali frequenze di guasto dei cuscinetti Indica la velocità con cui gli elementi volventi passano sopra un difetto sulla pista interna di un cuscinetto volvente. Quando si verifica una scheggiatura, una crepa o una cavità sulla pista interna rotante, gli elementi volventi fissi colpiscono ripetutamente il difetto mentre ruotano davanti a loro, creando impatti periodici che generano vibrazione alla frequenza BPFI.
BPFI è caratterizzato da una frequenza più elevata rispetto a BPFO (frequenza della razza esterna) e mostra quasi sempre un distintivo ±1× bande laterali a causa della modulazione di ampiezza dovuta alla rotazione del difetto dentro e fuori dalla zona di carico del cuscinetto. Queste bande laterali sono un indicatore diagnostico chiave che distingue i difetti della pista interna da altri problemi del cuscinetto.
Calcolo matematico
Formula
Il BPFI viene calcolato utilizzando la geometria del cuscinetto e la velocità dell'albero:
- BPFI = (N × n / 2) × [1 – (Bd/Pd) × cos β]
Variabili
- N = Numero di elementi volventi nel cuscinetto
- n = Frequenza di rotazione dell'albero (Hz) o velocità (RPM/60)
- Bd = Diametro della sfera o del rullo
- Pd = Diametro primitivo (diametro del cerchio passante per i centri degli elementi volventi)
- beta = Angolo di contatto
Perché BPFI > BPFO
Il BPFI è sempre superiore al BPFO per lo stesso cuscinetto perché:
- La pista interna ruota con l'albero mentre gli elementi volventi orbitano alla velocità della gabbia (~0,4×)
- La velocità relativa tra la pista interna e gli elementi volventi è maggiore
- La formula mostra BPFI = (N × n / 2) × [1 – Bd/Pd] mentre BPFO = (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
- Il segno meno in BPFI lo rende più grande (sottraendo una frazione da 1)
- Rapporto tipico: BPFI/BPFO ≈ 1,6-1,8
Valori tipici
- Per cuscinetti comuni: BPFI in genere 5-7 volte la velocità dell'albero
- Esempio: cuscinetto a 10 sfere a 1800 giri/min (30 Hz) → BPFI ≈ 173 Hz (5,8× velocità dell'albero)
Meccanismo fisico e modulazione della zona di carico
Il difetto rotante
I difetti della razza interna creano una situazione unica:
- Il difetto è sulla pista interna rotante
- Quando la pista interna ruota, il difetto si sposta attorno alla circonferenza del cuscinetto
- Ogni elemento volvente presenta un difetto durante il passaggio (frequenza BPFI)
- Ma la gravità dell'impatto varia a seconda della posizione del difetto rispetto alla zona di carico
Effetto della zona di carico
La zona di carico del cuscinetto crea una modulazione di ampiezza:
- Difetto nella zona di carico: Elevata forza di contatto, forte impatto quando l'elemento volvente lo colpisce
- Difetto nella zona di carico opposta: Forza di contatto bassa o nulla, impatto debole o nullo
- Frequenza di modulazione: Il difetto attraversa la zona di carico una volta per giro dell'albero (frequenza 1×)
- Risultato: BPFI modulato in ampiezza a velocità dell'albero 1×
Generazione di banda laterale
La modulazione di ampiezza crea bande laterali matematiche:
- Frequenza portante: BPFI
- Frequenza di modulazione: 1× velocità dell'albero
- Bande laterali: BPFI ± 1×, BPFI ± 2×, BPFI ± 3×
- Modello: Bande laterali simmetriche distanziate a intervalli 1× attorno al BPFI
- Valore diagnostico: Questo modello di banda laterale è quasi patognomonico per i difetti della razza interna
Caratteristiche della firma di vibrazione
Aspetto tipico dello spettro
- Picco Centrale: Alla frequenza BPFI
- Famiglia di bande laterali: Picchi multipli a BPFI ± n×(1×), dove n = 1, 2, 3, …
- Famiglie armoniche: Famiglie di bande laterali aggiuntive a 2×BPFI, 3×BPFI con le proprie bande laterali ±1×
- Modello visivo: Sembra un motivo a "staccionata" o a pettine
Caratteristiche dello spettro dell'involucro
- Il picco BPFI domina lo spettro dell'inviluppo
- Bande laterali estremamente chiare e diagnostiche
- Rilevamento precoce mesi prima che la FFT standard mostri picchi
- L'ampiezza aumenta esponenzialmente con la crescita del difetto
Rilevamento e diagnosi
Fasi di riconoscimento
- Calcola BPFI: Dal numero di modello del cuscinetto o dalla geometria
- Spettro di ricerca: Cercare il picco alla frequenza calcolata (tolleranza ±5%)
- Verifica le bande laterali: Confermare la presenza di bande laterali ±1× (caratteristica diagnostica chiave)
- Controllare le armoniche: Cerca 2×BPFI, 3×BPFI con le proprie bande laterali
- Valutare l'ampiezza: Confronta con le linee guida di base o di gravità
- Confermare la diagnosi: BPFI + bande laterali = difetto della pista interna confermato
Diagnosi differenziale
| Caratteristica | BPFI (Razza Interna) | BPFO (Razza Esterna) |
|---|---|---|
| Frequenza | Maggiore (velocità dell'albero 5-7×) | Inferiore (velocità dell'albero 3-5×) |
| Bande laterali | Quasi sempre presente (±1×) | Potrebbe essere presente o meno |
| Modello a banda laterale | Spaziatura molto regolare e chiara | Meno regolare se presente |
| Evento | Meno comuni (~25% di guasti) | Più comune (~40% di guasti) |
Progressione e gravità
Fasi di sviluppo del difetto
- Iniziazione: Si formano crepe o buche microscopiche, non ancora rilevabili
- Incipiente: Un piccolo picco BPFI appare nello spettro dell'involucro (0,1-0,5 g)
- Presto: Picco BPFI chiaro con 1-2 armoniche e bande laterali (0,5-2 g)
- Moderare: Armoniche multiple, bande laterali prominenti, scheggiature visibili all'ispezione (2-10 g)
- Avanzato: Ampiezza molto elevata, numerose armoniche, rumore di fondo elevato (>10 g)
- Acuto: Il rumore a banda larga domina, il cuscinetto è prossimo al fallimento, il fallimento catastrofico è imminente
Stima della vita residua
- Da incipiente a precoce: In genere rimangono 6-18 mesi
- Da precoce a moderato: Mancano 3-6 mesi
- Da moderato ad avanzato: Mancano 1-3 mesi
- Da avanzato a grave: Giorni o settimane rimanenti
- Variabili: La tempistica effettiva dipende dal carico, dalla velocità, dalle condizioni operative e dalle dimensioni del cuscinetto
Cause dei difetti della razza interiore
- Fatica: Fatica ad alto ciclo da carico ripetitivo
- Installazione non corretta: Danni durante il montaggio (colpo alla pista interna con un martello)
- Danni all'albero: Superficie dell'albero ruvida o danneggiata che causa sfregamento
- Adattamento con interferenza stretta: Forza eccessiva durante il press-fitting
- Disallineamento: Carico non uniforme che accelera la fatica
- Contaminazione: Particelle che causano danni da indentazione
- Guasto di lubrificazione: Lubrificazione inadeguata che provoca danni superficiali
Azioni correttive
Risposta immediata (al rilevamento)
- Aumentare la frequenza del monitoraggio (mensile → settimanale → giornaliero all'aumentare della gravità)
- Pianificare la sostituzione dei cuscinetti durante la prossima interruzione conveniente
- Ampiezza della tendenza per prevedere la vita utile residua
- Evitare di operare a velocità critiche che potrebbero accelerare il guasto
Pianificazione della sostituzione
- Ordinare il cuscinetto sostitutivo (confermare il modello corretto)
- Pianificare l'ispezione dell'albero (i difetti della pista interna possono danneggiare l'albero)
- Indagare sulla causa principale per prevenire la recidiva
- Considerare specifiche migliorate dei cuscinetti in caso di guasto prematuro
Il rilevamento del BPFI tramite l'analisi delle vibrazioni è un pilastro del monitoraggio delle condizioni dei cuscinetti. Il caratteristico picco ad alta frequenza con bande laterali 1× fornisce un'indicazione univoca dei difetti delle piste interne, consentendo interventi di manutenzione tempestivi che prevengono guasti catastrofici dei cuscinetti e i conseguenti danni secondari ad alberi e alloggiamenti.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 