BPFI（ボールパス頻度、インナースピード）の理解
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 これは、ベアリングの回転する内輪上の欠陥を転動体が通過する速度を表しています。その内輪に欠け、亀裂、またはピットが生じると、内輪が回転して通過するたびにすべての転動体がその欠陥に衝突し、周期的な衝撃が発生します。この衝撃は 振動 BPFI周波数における信号。BPFIが他の特性周波数と異なる点は、±1× サイドバンド — これは、同種内の欠陥を、最も確実に診断できる欠陥の一つとする特徴である 振動解析.
1. 定義：BPFIとは何か？
BPFIは、単位時間あたりに内輪上の1点を通過する転動体の回数を計測します。内輪はシャフトとともに回転する一方、転動体はケージ速度でよりゆっくりと公転するため、内輪と転動体の間の相対速度は高く、その結果、周波数も高くなります。欠陥は回転する内輪上に存在するため、そこを通過する各ボールやローラーによって繰り返し衝撃を受けます。外輪の周波数と合わせて（ビーピーエフオー)、ケージ周波数（FTF)、および転動体の回転周波数（BSF)、BPFIは、アナリストが軸受内の損傷箇所を特定するために算出する標準的な周波数セットを構成しています。これらの欠陥自体は、より広範なトピックである ベアリングの欠陥.
2. 数学的計算
数式と変数
BPFIは軸受の形状と軸の回転速度から導き出される：
BPFI = (N × n / 2) × [1 − (Bd/Pd) · cos β]
- いいえ = 軸受内の転動体の数。
- n = 軸の回転数（Hz単位、またはRPM÷60）。
- Bd = ボールまたはローラーの直径。
- パッド = ピッチ直径（転動体の中心を通る円）。
- β = 接触角。
なぜBPFIは常にBPFOよりも高いのか
同じベアリングの場合、BPFIは常にBPFOを上回りますが、その理由は次の式から明確にわかります：
- 内輪は軸とともに回転し、転動体はケージ速度の約0.4倍の速度で公転するため、内輪における相対速度はより大きくなります。
- BPFIでは[1 − Bd/Pd]という式を用いるのに対し、BPFOでは[1 + Bd/Pd]を用いる。
- 1から分数を引くと、BPFIの乗数がBPFOの乗数よりも大きくなる。
- 一般的なBPFI/BPFOの比率は、およそ 1.6–1.8.
代表値
- 一般的なベアリングの場合、BPFIはおよそ 5-7× シャフトスピード.
- Worked example: 1800 RPM（30 Hz）で回転する10個の玉軸受の場合、BPFIは約173 Hzとなり、これは軸回転数の約5.8倍に相当する。
すべてのマシンについて手作業で評価するのではなく、多くのアナリストは、BPFO、BSF、FTFと併せて、その値を直接 ベアリング欠陥頻度計算機、ベアリングの形状と回転速度を一度入力します。
3. 物理的メカニズムと荷重領域の調整
回転欠陥
内側の輪の欠陥は、欠陥そのものが移動するため、外側の輪からは決して見えない状況を生み出す。
- 欠陥は回転する内輪に乗っている。
- レースが回転するにつれて、欠陥はベアリングの周縁部を移動していく。
- 各転動体が通過するたびにこれと接触する――それがBPFI率である。
- しかし、各打撃の力は、その瞬間に欠陥が荷重領域に対してどの位置にあるかによって決まる。
荷重領域効果
荷重がかかっているベアリングには、転動体が軌道に対して最も強く押し付けられる領域、すなわち「荷重ゾーン」があります。シャフトが1回転するごとに、内輪の欠陥がこのゾーンを通過して外へ移動するため、衝撃強度は上昇と下降を繰り返します：
- 積載ゾーン内の欠陥： 接触力が大きく、各要素が当たるたびに強い衝撃が生じる。
- 負荷領域の反対側にある欠陥： 接触力がほとんどないか、まったくない。衝撃が弱いか、あるいはまったくない。
- 変調周波数： この欠陥は、シャフトが1回転するごとにこのサイクルを1回完了する――つまり、 走行速度の1倍.
- 結果： BPFIの影響は、軸回転数の1倍の周波数で振幅変調される。
サイドバンド生成
その振幅変調こそが、診断用サイドバンドのコームパターンを生み出すのです：
- 搬送波周波数： BPFI.
- 変調周波数： 1× shaft speed.
- サイドバンド: BPFI ± 1倍、BPFI ± 2倍、BPFI ± 3倍、キャリアを中心に等間隔に配置。
- 診断的価値： この通常の1×サイドバンドのパターンは、内側レースの欠陥をほぼ確実に示す特徴であり、まさにこれが、BPFIをBSF断層のFTF間隔のサイドバンドと区別する点である。
4. 振動特性
典型的なスペクトル形状
- Central peak BPFI周波数で。.
- Sideband family BPFI ± n×(1×)におけるピークの数。
- 調性群 2×BPFIおよび3×BPFIにおいて、それぞれに±1×のサイドバンドが付随している。
- Visual pattern: 「ピケットフェンス」や、等間隔に並んだ山々の連なり。
なぜエンベロープスペクトルが決定的なのか
種内衝突は、そのエネルギーをすべて直接BPFIに伝達するのではなく、高周波のベアリング共振を励起するため、生の FFT 初期段階では、特に目立った症状が見られないことがあります。 エンベロープ分析 それらの共振バーストを復調し、その結果として エンベロープスペクトル BPFIのピークが際立ち、1×サイドバンドも極めて鮮明に浮かび上がります。これは、標準的な方法よりも数ヶ月も早い場合が少なくありません。 スペクトラム 何かを示している。欠陥が大きくなるにつれて、エンベロープの振幅が急激に上昇する。
5. 検出、診断、および現場実習
信頼性の高い認識シーケンス
- Calculate BPFI ベアリングの型番または形状から。
- スペクトルを検索する 算出された周波数を概算で確認し、許容誤差を±5%程度とする。
- ±1×のサイドバンドを確認する — 決定的な特徴。
- 高調波を確認してください （2×BPFI、3×BPFI）をそれぞれのサイドバンドに対して。
- 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して。
- Confirm: BPFIに1倍のサイドバンドが加わると、内側レースの欠陥となる。
現場では、同様のワークフローがポータブルな2チャンネル計測器で実行されます。分析担当者は、ベアリングハウジングに加速度計を取り付け、運転速度での高周波振動を計測し、そのエンベロープを現場で解析することができます。これはまさに、 バランセット-1A この装置は、ローターのバランス調整機能に加え、現場用振動解析装置としても機能するように設計されています。
BPFIとBPFOの比較概要
| 特徴 | BPFI（内なる人種） | BPFO（アウターレース） |
|---|---|---|
| 頻度 | より高い（軸回転数の5～7倍） | 低速（軸回転数の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 | 見られる場合でも頻度は低い |
| 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%） |
6. 病状の進行、重症度、および余命
欠陥の発生段階
- 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つまたは2つの高調波とサイドバンドを伴う明確なBPFIピーク（約0.5～2 g）。
- 適度： 複数の高調波、顕著なサイドバンド、目視で確認できる欠け（約2～10 g）。
- 高度な： 振幅が非常に大きく、高調波が多く、ノイズフロアが上昇している（10 g超）。
- 厳しい： 広帯域ノイズが支配的になると、個々のピークが埋もれてしまい、致命的な故障が差し迫る。
残存耐用年数の指針
- 初期から初期段階： 通常、残存期間は6～18ヶ月です。
- 軽度から中等度： 3–6 months.
- 中級～上級： 1–3 months.
- 中等度から重度： days to weeks.
- Caveat: 実際の稼働時間は、負荷、速度、潤滑状態、および軸受のサイズによって異なります。記載された数値はあくまで目安であり、保証されるものではありません。また、これらは正式な計算の基礎となります。 残存耐用年数 estimate.
7. 原因と是正措置
同種交配による欠陥の一般的な原因
- 倦怠感： 反復荷重による高サイクル地下疲労。これは、典型的な寿命終了メカニズムである。
- 不適切な設置： ベアリングの内輪を叩いて押し込むなど、取り付け時の損傷。
- Shaft damage: シャフト座面の粗さや傷が原因で、フレッティングが生じている。
- 過度の圧入： 締め付けが過度な圧入により、フープ応力が増大する。
- ずれ: 疲労を早める不均一な荷重。
- 汚染： 硬い粒子がレースウェイにへこみを残している。
- 潤滑不良： フィルムの不備により、表面に損傷が生じ、 剥離.
対応および代替計画
検出された場合は、監視間隔を短縮し（深刻度に応じて月次→週次→日次）、次回の適切な停止期間に交換を計画し、振幅の推移を分析して残存寿命を予測してください。 臨界速度 故障を早める恐れがあります。交換を計画する際は、正しいベアリングモデルを注文し、シャフトを点検し（内輪の欠陥が進行していると座面に傷がつくことがあります）、交換後のベアリングが同じ原因で故障しないよう、根本原因の分析を行ってください。これらを体系的な 状態監視 このプログラムにより、BPFI検出はベアリングの信頼性を支える基盤となります。1×サイドバンドを伴うその紛れもない高周波ピークは、タイムリーかつ明確な警告を発し、軸やハウジングへの二次的な損傷を未然に防ぎます。
