BPFOを理解する - ボールパス周波数アウターレース
ビーピーエフオー （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。 軸受欠陥周波数 転動体軸受の静止したアウターレース上の欠陥の上を、転動体（ボールまたはローラー）が通過する速度を表します。転動体の外輪レース上にスポール、クラック、またはピットが存在する場合、転動体は転がりながらその欠陥に衝突し、繰り返し衝撃が発生します。 振動 BPFOの周波数で。このファミリーには BPFI, BSF、 そして FTF, 通常、BPFOは診断上最も有用である。 ベアリング故障, 転がり軸受の全故障のおよそ40%を占めています。BPFOのピークを早期に捉えることで、アナリストはベアリングが実際に故障する数ヶ月前にアウターレースの問題に気づくことができます。.
1.数学的計算
BPFOは、ベアリングの内部形状とシャフトの回転数によって完全に固定されるため、信頼性の高い診断マーカーとなる。 運転速度.
式
BPFO = (N × n / 2) × [1 - (Bd / Pd) × cosβ]である。
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 = 軸の回転数（Hz単位）（すなわち、RPM ÷ 60）。
- Bd = ボールまたはローラーの直径。
- パッド ＝ピッチ径（転動体の中心を通る円の直径）。.
- β = 接触角（通常、ラジアル玉軸受は0°、アンギュラ玉軸受は15～40°）。.
BPFI、BSF、FTFの基礎となる演算は同じであり、ジオメトリ項を正しく理解することが重要である。方程式を手で入力したくない場合は ベアリング欠陥頻度計算機 は、ベアリングの寸法と速度から4つの周波数をすべて返します。.
簡略化された近似
ゼロ接触角ベアリング（β = 0°）の場合、余弦項はなくなり、有用な経験則が現れる：
- BPFO≒（N×n÷2）×［1-Bd/Pd］。.
- Bd/Pd≈0.2の典型的なベアリングの場合、次のようになる。 BPFO≈ 0.4 × N × n - つまり、（ボール数×シャフト振動数）のおよそ40%である。.
- コンパニオン BPFI この2つをまっすぐに保つことが、誤診の最も一般的な原因である。.
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、およそ3倍から5倍のシャフト速度の間に位置し、1倍、2倍、3倍をはるかに上回ります。 倍音 とは異なる。 アンバランス そして ずれ.
- 例： 10ボールベアリングを1800RPM（30Hz）で使用した場合、BPFO≈107Hzとなり、シャフト速度の約3.6倍となる。.
2. 物理的メカニズム
アウターレースの欠陥がBPFOを生む理由
多くの場合、アウターレースはハウジングに固定され、インナーレースはシャフトと一緒に回転する：
- 欠陥（スポールやピット）は、アウターレースの決まった一箇所にある。.
- ケージが回転することで、転動体が軌道面を回る。.
- 各圧延エレメントは順番に欠陥位置の上を通過する。.
- ボールがキズに当たると、短い衝撃、つまり「カチッ」という音が発生する。.
- N個の転動体がある場合、疵はケージ1回転につきN回打たれる。.
- ケージは約0.4×シャフト速度で回転するため（この速度は 基本トレイン周波数（FTF）)であり、各ボールが1回のケージターンに1回打てば、N×ケージ振動数の総インパクト率はBPFOに等しくなる。.
衝撃特性
- 1回の衝撃はマイクロ秒という極めて短いものだ。.
- 衝撃はBPFOの周波数で周期的に発生する。.
- その衝撃エネルギーは、ベアリングとハウジングに高周波の構造共振を励起させる。 エンベロープ分析 搾取する。.
- 反復性により、明瞭で明確なスペクトルのピークが得られる。.
3.スペクトルの振動シグネチャー
標準FFTスペクトル
- 主ピーク： BPFO 周波数で。.
- 倍音: 2×、3×、4×BPFOでは、その数は欠陥の深刻さとともに増加する傾向にある。.
- サイドバンド: 可能 ±1× サイドバンド アウターレースがわずかにクリープする場合、またはローターが公転する際のロードゾーンの変動による場合。.
- 振幅： 欠陥が伝播するにつれて上昇する。.
エンベロープ・スペクトラム
について エンベロープスペクトル アウターレース欠陥が最も早く現れる場所である。高周波の共振帯域を復調すると、BPFOのピークが生音よりもはるかに明瞭で強くなる。 FFT, 高調波を顕著に表示し、低周波振動からの干渉を抑制し、標準的なスペクトルに現れる数ヶ月前に欠陥を検出することができる。.
典型的な振幅の進行
- 初期: 0.1～0.5g（エンベロープ）、ほとんど検出されない。.
- 早い： 0.5-2g、1つまたは2つの高調波を伴う明瞭なBPFOピーク。.
- 適度： 2-10 g、サイドバンドを持つ複数のハーモニクスが現れる。.
- 高度な： >10 g、多数の高調波、ノイズフロアの上昇。.
4.アウターレースの欠陥が最も多い理由
アウターレースがインナーレースや転動体よりも先に破損することが多いのは、3つの補強要因によるものである。.
負荷集中
- 一般的な横型シャフトでは、ロードゾーンはベアリングの底部に位置する。.
- そのため、アウターレースの下側の円弧が荷重の大部分を担っている。.
- 同じセクションに負荷をかけ続けると、転がり接触疲労が加速する。.
- 対照的に、インナーレースは回転し、その全周に荷重を分散させる。.
設置時のストレス
- ハウジングに圧入さ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。.
- 干渉フィットはリングに残留応力を残す。.
- 取り付け時のコッキングやミスアライメントは、アウターレースに直接ダメージを与える。.
汚染の影響
- 粒子は、アウターレースからベアリングに入る傾向がある。.
- 汚染はアウターレース領域に集中する。.
- 硬い粒子が比較的柔らかいアウターレース材に埋め込まれ、欠陥の種となる。.
5.診断的意義とモニタリング
高い診断信頼性
BPFOは、この業界で最も信頼できる指標のひとつである。 振動解析. .その周波数は正確に計算でき、基本的に各ベアリング形状に固有であるため、他の機械の周波数と混同される可能性は低い。また、欠陥が悪化するにつれて明確に進行し、振幅と欠陥の大きさの関係はよく理解されている。.
重症度評価
- 高調波の数： 高調波が多いほど、欠陥が進行していることを示す。.
- ピーク振幅： 振幅が大きいほど、欠陥面積が大きいことを意味する。.
- サイドバンドの存在： 広範なサイドバンドは、多くの場合、ロードゾーンの変動による変調を指している。.
- ノイズフロア： 床が盛り上がっている場合は、単独の欠陥ではなく、表面の劣化が広範囲に及んでいることを示す。.
BPFO対BPFIと1×サイドバンド
あるベアリングの場合、, BPFI BPFI/BPFO比は通常約1.6-1.8である。BPFOが最初に現れ、BPFIが二次的な損傷として後から現れるのが一般的です。BPFOピークの周囲に±1×のサイドバンドが見られることがありますが、これは、アウターレースは名目上静止していますが、はめ合いが緩いとわずかにクリープすることがあり、また、ローターが公転する際のロードゾーンの変動が衝撃振幅を変調させるためです。.
実践的なモニタリング戦略
実用的なルーチンは、各ベアリング位置での月次または四半期ごとのエンベロープ分析で、BPFOのピークを自動検出し、トレンド分析を行い、アラームはおおよそ2～3倍に設定することである。 ベースライン 振幅、および故障までの時間を予測するための過去の傾向。BPFOピークが検出されたら、それを確認します：周波数が計算値と約±5%以内で一致することを確認し、2×および3×高調波をチェックし、特徴的なサイドバンドパターンを探し、姉妹機の同じベアリング位置と比較し（シグネチャは欠陥ユニットに固有のものでなければなりません）、監視間隔を週または日に増やします。.
BPFOは正確なシャフト速度に依存するため、正確な 走行速度 数パーセントの速度誤差が、計算されたベアリング周波数をシフトさせるのです。ポータブル2チャンネルアナライザー バランセット-1A, 光学式 レーザータコメーター これにより、現場の技術者は、正確なRPMを参照するために、スペクトルをキャプチャし、真のシャフト速度にベアリング周波数をロックし、ベアリングの交換に着手する前に、その場でアウターレースの欠陥の疑いを確認することができます。.
BPFOの検出とトレンド分析は、振動解析の最も成功したアプリケーションの1つである。 予知保全, ベアリングの故障を未然に防ぎ、機器の信頼性とメンテナンスコストの両方を最適化する状態ベースの交換を可能にします。.
