BPFIを理解する - ボールパス頻度の内側レース
定義: BPFI とは何ですか?
BPFI （ボールパス頻度、内輪）は4つの基本要素の1つです。 ベアリング故障頻度 転動体が転動体軸受の内輪の欠陥を通過する速度を示す。回転する内輪にスポール、クラック、またはピットが存在する場合、静止した転動体は回転しながら欠陥に繰り返し衝突し、周期的な衝撃によって発生する。 振動 BPFI周波数で。.
BPFIは、頻度が高いという特徴があります。 BPFO （外レース周波数）であり、ほぼ常に特徴的な±1×を示す。 サイドバンド 欠陥がベアリングの負荷ゾーンに出入りする際に振幅変調が生じるため、サイドバンドが発生します。これらのサイドバンドは、内輪の欠陥と他のベアリングの問題を区別する重要な診断マーカーです。.
数学的計算
式
BPFI は、ベアリングの形状とシャフト速度を使用して計算されます。
- BPFI = (N × n / 2) × [1 – (Bd/Pd) × cos β]
変数
- いいえ = ベアリング内の転動体の数
- n = シャフト回転周波数（Hz）または速度（RPM/60）
- 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
BPFI > BPFO を選ぶ理由
同じベアリングの場合、BPFI は常に BPFO より高くなります。その理由は次のとおりです。
- 内輪はシャフトとともに回転し、転動体はケージ速度（約0.4倍）で回転します。
- 内輪と転動体間の相対速度が速い
- 式はBPFI = (N × n / 2) × [1 – Bd/Pd]、BPFO = (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]となります。
- BPFIのマイナス記号はそれを大きくします（1から分数を引いたもの）
- 標準的な比率: BPFI/BPFO ≈ 1.6-1.8
標準値
- 一般的なベアリングの場合: BPFIは通常、シャフト速度の5～7倍
- 例: 10ボールベアリング、1800 RPM (30 Hz) → BPFI ≈ 173 Hz (5.8×シャフト速度)
物理的メカニズムと負荷ゾーンの調整
回転欠陥
内部レースの欠陥により、次のような特異な状況が発生します。
- 回転する内輪に欠陥がある
- 内輪が回転すると、欠陥がベアリングの円周に沿って移動する。
- 各転動体が通過する際に欠陥に衝突する（BPFI周波数）
- しかし、衝撃の重大性は、荷重ゾーンに対する欠陥の位置によって変化する。
負荷ゾーン効果
ベアリングの荷重ゾーンは振幅変調を生み出します。
- 荷重ゾーンの欠陥: 接触力が高く、転動体が衝突すると強い衝撃を受ける
- 反対側の負荷ゾーンの欠陥: 接触力が低いまたはゼロ、衝撃が弱いまたは全くない
- 変調周波数: 欠陥はシャフトの回転ごとに1回負荷ゾーンを通過します（1×周波数）
- 結果： 1倍のシャフト速度で変調されたBPFI振幅
サイドバンド生成
振幅変調は数学的なサイドバンドを作成します。
- キャリア周波数: BPFI
- 変調周波数: 1×シャフト速度
- サイドバンド: BPFI ± 1×、BPFI ± 2×、BPFI ± 3×
- パターン： BPFIの周りに1倍間隔で配置された対称サイドバンド
- 診断価値: このサイドバンドパターンは、内レース欠陥のほぼ診断的特徴である。
振動シグネチャ特性
典型的なスペクトルの出現
- 中央峰： BPFI周波数で
- サイドバンドファミリー: BPFI ± n×(1×)に複数のピーク（n = 1、2、3、…）
- ハーモニックファミリー: 2×BPFI、3×BPFIの追加のサイドバンドファミリーと、それぞれに±1×サイドバンドがある
- 視覚パターン: 「ピケットフェンス」または櫛模様のように見える
エンベロープスペクトラム機能
- BPFIピークがエンベロープスペクトルを支配する
- サイドバンドは非常に明瞭で診断に優れています
- 標準FFTがピークを示す数か月前に早期検出
- 欠陥が大きくなるにつれて振幅は指数関数的に増加する
検出と診断
認識ステップ
- BPFIを計算します。 ベアリングの型番または形状から
- 検索範囲: 計算された周波数（±5%許容範囲）でのピークを探します
- サイドバンドを検証する: ±1×サイドバンドの存在を確認する（主要な診断機能）
- 高調波をチェックする: 独自のサイドバンドを持つ2×BPFI、3×BPFIを探す
- 振幅を評価する: ベースラインまたは重症度ガイドラインと比較する
- 診断の確認: BPFI + サイドバンド = 内輪の欠陥を確認
鑑別診断
| 特徴 | BPFI（内なる人種） | BPFO（アウターレース） |
|---|---|---|
| 頻度 | より高い（シャフトスピードの5～7倍） | 低い（シャフト速度の3～5倍） |
| サイドバンド | ほぼ常に存在する（±1×） | 存在する場合と存在しない場合がある |
| サイドバンドパターン | 非常に規則的で明確な間隔 | 存在する場合、あまり規則的ではない |
| 発生 | あまり一般的ではない（失敗件数約25%） | 最も一般的（失敗件数約40%） |
進行と重症度
欠陥の開発段階
- 開始: 微細な亀裂や穴の形成、まだ検出できない
- 初期: エンベロープスペクトルに小さなBPFIピークが現れる（0.1～0.5 g）
- 早い： 1～2倍波と側波帯を含む明確なBPFIピーク（0.5～2 g）
- 適度： 多重高調波、顕著な側波帯、検査で目に見える破片（2～10 g）
- 高度な： 非常に高い振幅、多数の高調波、高いノイズフロア（>10 g）
- 厳しい： 広帯域ノイズが支配的、ベアリングが故障寸前、壊滅的な故障が差し迫っている
残存寿命推定
- 初期から早期： 通常残り6～18ヶ月
- 初期から中期: 残り3～6ヶ月
- 中級から上級: 残り1～3ヶ月
- 進行期から重症期： 残り数日から数週間
- 変数: 実際のタイムラインは、負荷、速度、動作条件、ベアリングのサイズによって異なります。
内輪の欠陥の原因
- 倦怠感： 繰り返し荷重による高サイクル疲労
- 不適切な取り付け: 取り付け時の損傷（ハンマーで内輪を叩く）
- シャフトの損傷: シャフト表面が粗く損傷しているためフレッティングが発生する
- タイト干渉フィット: 圧入時の過度の力
- ずれ: 不均一な荷重が疲労を加速させる
- 汚染： へこみ損傷を引き起こす粒子
- 潤滑不良: 潤滑不足による表面損傷
是正措置
即時対応（検出時）
- 監視頻度を増やす（重大度が増すにつれて、月次 → 週次 → 毎日）
- 次回の都合の良い停止時にベアリング交換をスケジュールする
- 残存耐用年数を予測するためのトレンド振幅
- 故障を早める可能性のある危険な速度での動作を避ける
交換計画
- 交換用ベアリングを注文する（正しいモデルを確認してください）
- シャフト検査の計画（内輪の欠陥によりシャフトが損傷する可能性があります）
- 再発を防ぐために根本原因を調査する
- 早期故障の場合はベアリング仕様の改善を検討してください
振動解析によるBPFI検出は、ベアリング状態監視の要です。1倍のサイドバンドを伴う特徴的な高周波ピークは、内輪の欠陥を明確に示し、ベアリングの壊滅的な故障やそれに伴うシャフトやハウジングへの二次損傷を防ぐためのタイムリーなメンテナンスを可能にします。.
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