BPFOとは？ボールパス周波数アウターレースの説明• ポータブルバランサー、振動アナライザー「Balanset」は、破砕機、ファン、マルチャー、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用できます。 BPFOとは？ボールパス周波数アウターレースの説明• ポータブルバランサー、振動アナライザー「Balanset」は、破砕機、ファン、マルチャー、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用できます。

BPFOとは？ボール通過周波数アウターレースの説明

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BPFOを理解する - ボール通過頻度アウターレース

定義: BPFO とは何ですか?

BPFO （ボールパス周波数、アウターレース）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（ボールまたはローラー）が転動体ベアリングの外輪にある欠陥を通過する速度を示す。外輪にスポール、クラック、ピットなどの欠陥がある場合、各転動体は通過時に欠陥に衝突し、繰り返し衝撃が生じる。 振動 BPFO 周波数で。.

外輪の欠陥はベアリング故障の中で最も多く、転がり軸受全体の故障の約40%を占めるため、BPFOは診断上最も重要なベアリング周波数です。振動スペクトルでBPFOピークを検出することで、ベアリング故障が発生する前に外輪の問題を早期に特定することができます。.

数学的計算

式

BPFO 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。

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

変数

  • いいえ = ベアリング内の転動体（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/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（通常、ラジアルボールベアリングの場合は0°、アンギュラーコンタクトの場合は15～40°）

簡略化された近似

ゼロ接触角ベアリング（β = 0°）の場合：

  • BPFO ≈ (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
  • Bd/Pd ≈ 0.2の一般的なベアリングの場合、BPFO ≈ 0.6 × N × nとなります。
  • 経験則: BPFO ≈ 60% (ボール数 × シャフト周波数)

標準値

  • 8～12個の転動体を持つベアリングの場合：BPFOは通常、軸速度の3～5倍
  • 例: 10ボールベアリング、1800 RPM (30 Hz) → BPFO ≈ 107 Hz (シャフト速度の3.6倍)

物理的メカニズム

外輪の欠陥がBPFOを生成する理由

ほとんどのベアリングでは、外輪はハウジング内に固定されており、静止しています。

  1. 外輪の固定位置に欠陥（スポール、ピット）が存在する
  2. ケージが回転すると、転がり要素がベアリングの周囲を移動する。
  3. 各転動体が欠陥箇所を通過する
  4. ボールが欠陥に当たると、小さな衝撃、つまり「カチッ」という音が発生します。
  5. N個の転動体がある場合、ケージの回転ごとに欠陥はN回衝突する。
  6. ケージはシャフト速度の約0.4倍で回転し、各ボールはケージの回転ごとに1回衝突するため、総衝突率 = N × ケージ周波数 ≈ BPFO

衝撃特性

  • 各衝撃は短時間（マイクロ秒単位）
  • 衝撃はBPFO周波数で周期的に発生する
  • 衝撃エネルギーはベアリング構造に高周波共振を励起する
  • 反復的な性質は明確なスペクトルピークを生み出す

スペクトルにおける振動特性

標準FFTスペクトル

  • 主峰: BPFO周波数で
  • 倍音: 2×BPFO、3×BPFO、4×BPFO（欠陥の重大性を示す）
  • サイドバンド: 外輪がわずかに回転したり、負荷ゾーンが変動したりする場合は、±1×サイドバンドが発生する可能性があります。
  • 振幅： 欠陥が広がるにつれて増加する

エンベロープスペクトル

  • BPFOピークは標準FFTよりもはるかに明確で振幅が大きい
  • 目立つように表示される倍音
  • 早期発見が可能（数か月前に欠陥を検出可能）
  • 低周波振動による干渉が少ない

典型的な振幅の進行

  • 初期: 0.1～0.5 g（封筒）、ほとんど検出されない
  • 早い： 0.5～2 g、1～2倍音を含む明確なBPFOピーク
  • 適度： 2-10 g、多重高調波、側波帯の出現
  • 高度な： 10 g超、多数の高調波、ノイズフロアの上昇

外輪の欠陥が最も多い理由

外側のレースの故障が主に発生する理由はいくつかあります。

負荷集中

  • 典型的な水平シャフトの向きでは、荷重ゾーンは下部にあります
  • 下部の外輪が荷重の大部分を支えます
  • 同じ外輪セクションに一定の負荷をかけると疲労が加速される
  • 内輪が回転し、全周にわたって荷重を分散します。

設置時のストレス

  • ハウジングに押し込まれたアウターレースは取り付け時に損傷を受ける可能性がある
  • 干渉嵌合により残留応力が生じる
  • 不適切な取り付け（位置ずれ、コック）によりアウターレースが損傷する

汚染の影響

  • ベアリングの外輪に粒子が侵入する
  • 汚染物質が外輪部に集中
  • 粒子はより柔らかい外輪材料に埋め込まれる

診断的意義

高い診断信頼性

BPFO は最も信頼性の高い診断指標の 1 つです。

  • 周波数は正確に計算可能であり、各ベアリングタイプごとに異なります。
  • 他の機械の周波数と混同される可能性は低い
  • 欠陥が悪化するにつれて明らかな進行パターン
  • 振幅と欠陥サイズの関係はよく理解されている

重症度評価

  • 高調波の数: 倍音が多いほど欠陥が進行する
  • ピーク振幅: 振幅が大きいほど欠陥面積が大きくなる
  • サイドバンドの存在: 広範囲のサイドバンドは、負荷ゾーンの変動による変調を示していることが多い
  • ノイズフロア: ノイズフロアの上昇は広範囲にわたる表面劣化を示している

他のベアリング周波数との関係

BPFOとBPFI

  • 同じベアリングの場合、BPFI（内輪）は常にBPFOよりも高い周波数です。
  • 標準的な比率: BPFI/BPFO ≈ 1.6-1.8
  • 両方存在する場合は、複数の欠陥（高度な障害）を示します。
  • BPFOは初期にはより一般的であるが、BPFIは二次的な損傷として発症する可能性がある。

1倍速のサイドバンド

  • 外輪は静止しているが、わずかな動きは可能
  • ベアリングの緩いフィットにより、外輪がわずかにずれたり回転したりします。
  • ローターの軌道による負荷ゾーンの変化が振幅変調を引き起こす
  • BPFOピークの周囲に±1×サイドバンドが現れる

実践的なモニタリング戦略

定期モニタリング

  • 各ベアリング位置における月次または四半期ごとのエンベロープ分析
  • BPFOピークの自動検出とトレンド分析
  • アラームはベースライン振幅の2～3倍に設定
  • 履歴データの傾向を分析して故障時間を予測する

確認テスト

BPFO が検出された場合:

  • 周波数が計算値と一致することを確認する（±5%以内）
  • 高調波をチェックする（2×BPFO、3×BPFO）
  • 特徴的なサイドバンドパターンを探す
  • 同じマシン上の他のベアリングと比較します（欠陥のあるベアリングに固有のものである必要があります）
  • 監視頻度を週ごとまたは毎日に増やす

BPFO の検出と監視は、予知保全における振動解析の最も成功したアプリケーションの 1 つであり、ベアリングの故障を防ぎ、機器の信頼性と保守コストの両方を最適化する状態ベースの交換戦略を可能にします。.

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