ベアリング故障頻度の理解
定義: ベアリング故障頻度とは何ですか?
ベアリング故障頻度 （ベアリング欠陥周波数または特性周波数とも呼ばれる）は特定の 振動 軸受内の転動体（ボールまたはローラー）が、軸受レースまたは転動体自体の亀裂、剥離、ピットなどの欠陥を通過する際に発生する周波数。これらの周波数は、軸受の形状とシャフトの回転速度に基づいて数学的に予測できるため、早期発見のための貴重な診断指標となります。 ベアリングの欠陥.
これらの周波数を理解し、識別するには 振動解析 メンテナンス担当者は、温度上昇、騒音、または壊滅的な故障によってベアリングの問題が明らかになる数か月前にそれを検出できるため、計画的なメンテナンスが可能になり、コストのかかる予定外のダウンタイムを回避できます。.
4つの基本的な故障頻度
すべての転がり軸受には 4 つの特徴的な故障頻度があり、それぞれが異なるタイプの欠陥に対応しています。
1. BPFO – ボール通過頻度、アウターレース
転動体が外輪上の固定点を通過する速度:
- 物理的な意味: 外輪に欠陥がある場合、各転動体が通過する際にそれに衝突し、繰り返し衝撃が発生します。
- 標準値: ほとんどのベアリングのシャフト速度の3～5倍
- 式： BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
- 最も一般的なもの: 外輪の欠陥はベアリングの故障モードの中で最も頻繁に発生する。
- 荷重ゾーン効果: 固定外輪とは、欠陥が負荷に対して一定の位置にあることを意味する。
2. BPFI – ボール通過頻度、インナーレース
転動体が内輪の固定点を通過する速度:
- 物理的な意味: 内輪はシャフトとともに回転するため、内輪の欠陥は各転動体が通過する際に衝突する。
- 標準値: ほとんどのベアリングのシャフト速度の5～7倍
- 式： BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- BPFOより高い: 同じベアリングの場合、BPFOよりも常に高い周波数
- サイドバンド: ほぼ常に1×を表示します サイドバンド 負荷ゾーンの変調による
3. BSF – ボールスピン周波数
転動体が自身の軸を中心に回転する回転周波数:
- 物理的な意味: 転動体に欠陥があると、この頻度で両方のレースに影響を及ぼします。
- 標準値: 1.5～3倍のシャフトスピード
- 式： BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
- 最も一般的でない: 転動体の欠陥はレースの欠陥よりも頻度が低い
- 複雑なパターン: 欠陥が両方のレースに接触し、複雑な振動特性を生み出す
4. FTF – 基本列車周波数
ベアリングケージ（リテーナー）の回転周波数：
- 物理的な意味: 転動体をベアリングの周囲に運ぶケージの回転速度
- 標準値: 0.35～0.45×軸速度（サブ同期）
- 式： FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
- ケージの欠陥: 摩耗したり損傷したケージはこの周波数を励起する
- 不安定性インジケーター: ベアリングによるローターの不安定性が発生することもあります
数式変数の説明
故障頻度の計算式では、次のベアリングの幾何学的パラメータを使用します。
- いいえ = 転動体（ボールまたはローラー）の数
- n = シャフト回転周波数（Hz）または速度（RPM）
- Bd = ボールまたはローラーの直径
- パッド = ピッチ円直径（転動体の中心を通る円の直径）
- β = 接触角（荷重方向とベアリング軸間の角度、通常0～40°）
ほとんどの振動解析ソフトウェアには、何千ものベアリング モデルに対してこれらのパラメータが事前に計算されたベアリング データベースが含まれています。.
振動スペクトルにおける断層周波数の出現
基本的な外観
ベアリングに欠陥が発生した場合:
- 主峰: 断層頻度は、 周波数スペクトル
- 倍音: 欠陥が悪化するにつれて、故障周波数の複数の高調波（2倍、3倍、4倍）が現れる
- サイドバンド: 内輪と転動体の欠陥の場合、故障周波数付近の1×サイドバンドが一般的です。
- 振幅の成長: 欠陥が進行するにつれて、故障周波数の振幅が増加する
サイドバンドパターン
サイドバンドは重要な診断情報を提供します。
- 内輪の欠陥: ±1×、±2×サイドバンド付きBPFI（負荷ゾーンの内外への欠陥回転）
- アウターレースの欠陥: BPFOは、外輪がわずかに回転する場合、1倍のサイドバンドを持つ可能性があります。
- 転動体の欠陥: FTF間隔のサイドバンドを持つBSF（ケージ周波数変調）
- サイドバンド間隔: どのコンポーネントに欠陥があるのかを特定する
初期段階と後期段階
- 早期： ノイズフロアをわずかに上回る小さなピークの場合、 エンベロープ分析 検出する
- 中等度段階: 標準FFTで高調波と側波帯を含む明確なピーク
- 上級ステージ: 非常に高い振幅、多数の高調波、広帯域ノイズの増加
- 後期段階: ノイズフロアの上昇と多数のピークによりスペクトルが混沌となる
検出技術
標準FFT分析
- 計算する FFT 振動信号の
- 計算されたベアリング周波数のピークを探す
- 中度から重度の欠陥に効果的
- ノイズに埋もれた初期段階の欠陥を見逃す可能性がある
エンベロープ分析（最も効果的）
エンベロープ分析 （復調）はベアリング欠陥検出のゴールドスタンダードです。
- 低周波、高エネルギーの振動（アンバランスなどによる）を除去します。
- ベアリング欠陥による高周波の影響に焦点を当てる
- 標準FFTよりも6～12か月早く障害を検出できます
- エンベロープスペクトルは、障害の頻度とパターンを明確に示します
時間領域技術
- ショックパルス法（SPM）: 欠陥からの衝撃エネルギーを検出
- クレストファクター: ピークとRMSの比率は衝撃とともに増加する
- 尖度: 衝動性の統計的尺度、早期のベアリング損傷に敏感
実用化
診断手順
- ベアリングを識別: ベアリングモデルと位置を決定する
- 頻度を計算する: ベアリングジオメトリを使用して、BPFO、BPFI、BSF、FTFを計算します（またはデータベースで検索します）。
- 振動データを収集する: ベアリングハウジングで測定 加速度計
- スペクトルを分析する: FFTまたはエンベロープスペクトルで計算された周波数を探す
- 診断の確認: 欠陥の種類に一致する高調波と側波帯をチェックする
- 重大度を評価する: 振幅と高調波含有量は欠陥の進行段階を示す
- 計画アクション: 重大度と機器の重要度に基づいてベアリングの交換をスケジュールします
診断例
SKF 6308ベアリングを搭載したモーター（1800 RPM（30 Hz）で動作）
- 計算された頻度: BPFO = 107 Hz、BPFI = 173 Hz、BSF = 71 Hz、FTF = 12 Hz
- エンベロープスペクトルで観測されるもの: ピークは173 Hz、倍音は346 Hz、519 Hz
- サイドバンド: 173 Hzピーク付近の±30 Hzサイドバンド
- 診断： 内輪の欠陥を確認（1×サイドバンドのBPFI）
- アクション： 振幅に応じて2～4週間以内にベアリング交換を予定してください
予知保全の重要性
- 早期警告: 故障の6～24か月前に欠陥を検出
- 具体的な診断: どのベアリング部品が損傷しているかを特定する
- トレンド監視: 故障頻度の振幅を追跡して残存寿命を予測する
- 計画メンテナンス: 都合の良いダウンタイム中に交換をスケジュールする
- 二次被害を防ぐ: 重大な故障によりシャフト、ハウジング、その他のコンポーネントが損傷する前にベアリングを交換してください。
- コスト削減： 緊急修理、生産損失、付随的損害を回避する
ベアリングの故障周波数は、振動解析において最も強力な診断ツールの一つです。その数学的予測可能性と最新のエンベロープ解析技術を組み合わせることで、ベアリングの欠陥を確実に早期に検出することが可能になり、回転機器の効果的な予知保全プログラムの基礎となります。.
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