BSF（ボールスピン周波数）を理解する
定義: BSF とは何ですか?
BSF （ボールスピン周波数、転動体スピン周波数とも呼ばれる）は、4つの基本周波数の1つです。 ベアリング故障頻度 これは、転動体（ボールまたはローラー）が自身の軸を中心に回転する際の回転速度を表します。転動体に剥離、亀裂、介在物などの表面欠陥がある場合、その欠陥は転動体が1回転するごとに内輪と外輪の両方に2回衝突し、BSF周波数で周期的な衝突が発生します。.
BSFは、転動体の欠陥がレースの欠陥に比べて比較的まれであり、ベアリングの故障の約10～15%を占めるに過ぎないため、4つのベアリング頻度の中で最も発生頻度が低い。しかし、BSFが存在する場合、特徴的で複雑な現象が生じる。 振動 注意深く観察することで識別できる署名 振動解析.
数学的計算
式
BSF 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。
- BSF = (Pd / 2×Bd) × n × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
変数
- パッド = ピッチ円直径（転動体の中心を通る円の直径）
- Bd = ボールまたはローラーの直径
- n = シャフト回転周波数（Hz）または速度（RPM/60）
- β = 接触角
簡略化された形式
ゼロ接触角ベアリング（β = 0°）の場合：
- BSF ≈ (Pd / 2×Bd) × n × [1 – (Bd/Pd)²]
- Bd/Pd ≈ 0.2の一般的なベアリングの場合、BSF ≈ 2.4 × nとなります。
- 経験則: BSFは通常シャフト速度の2～3倍
標準値
- BSFは通常、軸速度の1.5倍から3倍の範囲です。
- 両方より低い BPFI そして BPFO
- より高い FTF （ケージ周波数）
- 例: ベアリング回転数1800 RPM (30 Hz) → BSF ≈ 71 Hz (軸速度の2.4倍)
物理的メカニズム
転動体の回転
BSF を理解するには、転がり要素の動きを視覚化する必要があります。
- 転動体はケージ周波数（シャフト速度の約0.4倍）でベアリングの周りを回転します。
- 同時にBSFで自身の軸を中心に回転する
- スピン率はピッチ径とボール径の比率に依存する
- 完全なスピンごとに欠陥が両方のレースに接触します
1回転あたり2倍の衝撃
転動体の欠陥により、次のような独特なパターンが生じます。
- ファーストインパクト: 欠陥が内なる人種を襲う
- 半回転後: 同じ欠陥（今度は180°回転）が外輪に発生する
- 結果： ボール1回転あたり2回の衝撃 = 2×BSF
- 実際に観測された頻度: BSFと2×BSFの両方でピークが見られることが多い
ケージ周波数による変調
転動体の軌道運動により、さらなる複雑さが生じます。
- 欠陥ボールはケージの回転ごとに1回ロードゾーンを通過します
- 衝撃の強さは荷重によって調整されます（荷重ゾーンでは高く、それ以外の場所では低い）
- サイドバンドを生成する FTF （ケージ周波数）間隔
- サイドバンドパターン: BSF ± n×FTF、ここで n = 1、2、3…
振動シグネチャー
スペクトル特性
- 主峰: BSFまたは2×BSF周波数で
- FTFサイドバンド: ケージ周波数間隔で配置（BPFIの1×サイドバンドとは異なります）
- 多重高調波: 2×BSF、3×BSFがしばしば存在する
- 複雑なパターン: 人種欠陥パターンよりも複雑
- 可変振幅: ロードゾーン内の欠陥ボールの位置が変化するため、測定値間で大きな差が生じる可能性があります。
エンベロープスペクトラム
エンベロープ分析 BSF検出には特に重要です。
- BSFのピークは、標準FFTよりもエンベロープでより明確になることが多い
- FTFサイドバンド構造がより見やすく
- 標準スペクトルでピークが見えるようになる前に早期検出が可能
転動体の欠陥があまり一般的でない理由
転動体の欠陥が比較的まれである要因はいくつかあります。
負荷分散
- 転動体が回転し、荷重と摩耗を表面全体に分散します。
- レース（特に外輪）には集中した荷重領域がある
- より均一な応力分布により転動体の疲労が遅延
製造品質
- ボールとローラーは通常、最高の品質管理を受けています
- 多くのベアリングのレースよりも硬い材料と優れた表面仕上げ
- 材料欠陥の可能性が低い
ストレスパターン
- 転がり接触応力は表面全体に分布する
- レースではヘルツ接触応力が最大で高くなる
- レースのエッジとコーナーは応力が集中しやすい
診断上の課題
複雑
- BSFシグネチャはFTFサイドバンドによるレース欠陥よりも複雑である
- 他の機械の周波数と混同される可能性がある
- 変動振幅によりトレンド把握が困難になる
- 複数の欠陥ボールが重複した署名を作成する
検出の難しさ
- BSFピークは、同様の欠陥サイズの場合、レース欠陥ピークよりも振幅が低い場合がある
- 周波数は他の機械部品の範囲内に収まる可能性がある
- BSFパターンとレース欠陥を区別するには経験が必要
実践的な診断
確認手順
- BSFを計算します: ベアリング仕様から
- BSF ピークを探す: 計算された周波数でのエンベロープスペクトルの検索
- 2×BSFを確認します。 多くの場合、基本的なBSFよりも強力です
- FTFサイドバンドを検証します。 ケージ周波数間隔（1倍間隔ではない）でサイドバンドを探す
- 振幅変動: BSF振幅は測定ごとに変化する可能性がある（ボール欠陥の特性）
- 排除: BSFを締結する前にBPFIとBPFOを除外する
複数のボールが脱落した場合
- 複数の欠陥ボールが複雑な重なり合うパターンを形成する
- BSFのピークは広がったり、複数の近接した周波数を示すことがある。
- ベアリングの劣化が進んでいることを示す
- 即時交換を推奨
原因と予防
転動体の欠陥の一般的な原因
- 含まれる材料: ボール/ローラー内の内部空隙または異物
- 設置による損傷: 取り扱い中の衝撃によるブリネル化
- 汚染： 硬い粒子がボールの表面に埋め込まれたり、損傷を与えたりする
- 電気的損傷: ベアリングに電流が流れ、穴が開く
- 偽ブリネルリング： 静止時の振動によるフレッティング
- 腐食： 湿気や化学物質による表面の穴の形成
予防戦略
- 評判の良いメーカーの高品質ベアリングを使用する
- 設置時の注意深い取り扱い
- 効果的な汚染制御（シール、クリーンな環境）
- 適切な潤滑による腐食防止
- VFD駆動モーターの電気絶縁
- 保管および輸送中の振動絶縁
BSFはBPFOやBPFIほど頻繁に発生するものではありませんが、その特性を理解することで、ベアリングの完全な診断が可能になります。特徴的なFTFサイドバンドパターンと、検出後の急速な進行の可能性により、BSFは包括的なベアリング状態監視プログラムの重要な部分を占めています。.
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