BSF（ボールスピン周波数）について
BSF （ボール回転周波数、別名「転動体回転周波数」）は、4つの基本要素の一つである 軸受欠陥周波数 また、ベアリングが回転する際、単一の転動体（ボールやローラー）が自身の軸を中心にどれほどの速さで回転するかを示しています。その転動体に欠け、亀裂、硬質介在物などの表面欠陥がある場合、その欠陥が内輪と外輪の軌道面を順番に打撃し、周期的な衝撃を発生させます。この衝撃は、 振動 信号。4つの特徴的な周波数の中で、BSFは技術者が最もめったに目にすることのないものです。なぜなら、転動体の故障は、それらが回転する軌道面の故障に比べてはるかに少ないからです。しかし、ひとたび現れると、その波形は解析が最も困難なものの一つとなります。 振動解析.
1. 定義：ボールスピン周波数とは何か？
あらゆる転がり軸受の内部では、各ボールやローラーが同時に2つの動きを行っています。それは orbits ベアリングの中心は、ケージによって 基本列車周波数（FTF）、そして同時に spins 自身の軸を中心に回転する。この回転速度が「ボールスピン周波数」である。要素の表面に固定された欠陥は、この回転に伴って引きずられるため、押し付けられているレースウェイに周期的に接触し、分析装置が分離可能な反復的な強制関数を生成する。
転動体の欠陥がベアリングの故障原因となる割合は、およそ10～15%に過ぎない。そのため、BSFは4つの発生頻度の中で最も稀である。とはいえ、BSFは診断の全体像を補完するものである。適切なベアリング評価では、内輪（BPFI)、外輪（BPFO)、ケージ（FTF）、および転動体（BSF）の特性について、あらゆる故障モードを網羅するように検討する。これらの問題のより広範な分野については、以下で扱われる。 転動体の欠陥.
2. 数学的計算
数式と変数
BSFは、軸受の形状と軸の回転速度から算出されます：
BSF = (Pd / 2·Bd) × n × [1 − (Bd/Pd)² · cos² β]
- Pd = ピッチ直径（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 = 軸の回転数（Hz単位、またはRPM÷60）。
- β = 接触角。
2乗項に注目してください：BSFは 四角 直径比と接触角のコサインの二乗に依存するため、レース周波数よりも軸受の形状に敏感である。
簡略化された形式と代表値
接触角がゼロ（β = 0°）のラジアル軸受の場合、コサイン項は消去される：
- BSF ≈ (Pd / 2·Bd) × n × [1 − (Bd/Pd)²]
- Bd/Pd ≈ 0.2 の典型的な軸受の場合、これにより BSF ≈ 2.4 × n となる。
- 大まかな目安として、BSFは通常、 1.5倍および3倍の軸回転数.
- これはBPFIおよびBPFOの両方よりも低い周波数に位置するが、ケージ周波数（FTF）よりは高い。
- 計算例： 1800 RPM（30 Hz）で回転するベアリングに2.4倍の係数を適用すると、BSFは約71 Hzとなる。
4つの周波数すべてを手計算すると計算ミスが生じやすいため、多くのアナリストは、次のようなツールから直接値を取り出しています。 ベアリング欠陥発生頻度計算ツール（BPFO、BPFI、BSF、FTF）これは、ベアリングの形状と回転速度を入力として受け取り、すべての固有振動数を一度に返すものです。
3. 物理的メカニズム
2つの同時運動
BSFがなぜそのような挙動を示すのかを理解するには、転動体の1つを追ってみましょう：
- これは、ケージ周波数（おおよそ軸回転速度の0.4倍）でベアリングを公転します。
- それと同時に、BSFでは自転もしています。
- 回転数は、ピッチ直径とボール直径の比率によって決まります。
- 1回転するたびに、表面の欠陥が両方の軌道面と接触することになります。
1回転につき2倍の衝撃
転動体の欠陥は、特徴的な二重打痕パターンを生じさせます：
- First impact: 欠陥が内輪に衝突する。
- 半回転後： 同じ欠陥が、今度は180度回転した状態で外輪に生じている。
- 結果： 要素が1回転するごとに2回の衝撃が生じるため、エネルギーは 2×BSF.
- 実務での適用： BSFと2×BSFの両方でピークが頻繁に現れ、そのうちの2次高調波の方がより強い傾向にある。
ケージによる変調
さらに複雑さを増す要因として、要素が軸受の荷重領域を通過する軌道運動が挙げられます：
- 欠陥のあるボールは、ケージが1回転するごとに、負荷がかかる領域を通過します。
- したがって、衝撃の強度は負荷領域では大きく、それ以外の場所では弱い――つまり、信号は振幅変調されている。
- This creates サイドバンド の間隔で配置されている。 FTF（ケージ）間隔、シャフト速度1倍時ではありません。
- パターンは BSF ± n×FTF であり、n = 1, 2, 3 … となる。
このFTFサイドバンドの間隔は、転動体欠陥と内輪の欠陥を区別する上で最も有用な手がかりであり、後者のサイドバンドは1倍の間隔で現れる。
4. 振動特性と現場検知
スペクトル特性
- 主ピーク： BSF、あるいはより一般的な2×BSF。
- FTF sidebands: ケージ周波数の間隔で配置されている――これがボール欠陥の特徴である。
- 倍音: 2×BSFおよび3×BSFが一般的に見られる。
- 可変振幅： 欠陥のあるボールが負荷ゾーンを通過するにつれて、測定値の変動が顕著になることがある。これは、レース欠陥ではめったに見られない現象である。
エンベロープ分析が重要な理由
BSFエネルギーは、多くの場合、生データにおいて運転速度成分の下に埋もれてしまっている FFT. エンベロープ分析 — 高周波の衝撃パルス信号を復調することで — 結果として得られる信号において、BSFのピークとそのFTFサイドバンドがノイズから浮き上がってくる エンベロープスペクトル、標準的な方法では不具合が確認できるようになるずっと前に、頻繁にその不具合を露呈させる スペクトラム現場では、次のような携帯型の2チャンネル計測器を使えば、 バランセット-1A これにより、技術者は運転速度でのベアリングハウジングの高周波振動を計測し、機械を分解することなく、現場でこれらの衝撃パターンを検出することができます。転動体の不具合は、単一のピークだけでなく、衝撃エネルギー全体によっても確認されるため、次のようなパラメータが 波高係数 そして 尖度 スペクトル証拠を裏付けるのに役立つ。
5. 転動体の欠陥が少ない理由
ボールやローラーの故障が比較的稀である理由には、いくつかの機械的な要因が挙げられます：
- 荷重分布： 転動体は連続的に回転し、接触応力をその表面全体に分散させるのに対し、軌道（特に外輪）は、特定の領域に集中した荷重を受けます。応力分布が均一であるほど、転動体の疲労発生を遅らせることができます。
- 製造品質： ボールやローラーは通常、最も厳格な品質管理が行われており、軌道部よりも硬い材質とより滑らかな表面仕上げが施されているため、材質上の欠陥は少ない。
- 応力分布： レースウェイの端部やフィレット部は、応力集中が生じやすく、ヘルツ接触応力のピーク値も高くなりやすいため、通常、レースウェイが最初に破損する箇所となる。
6. 診断上の課題と確定診断
BSFの難しさはどこにあるのか
- FTFサイドバンド構造により、BSFパターンは、純粋なレース欠陥コームに比べて本質的に複雑なものとなります。
- BSFは他の機械の周波数と近接してしまい、誤検知される可能性があります。
- その振幅が自然に変化するため、事態は複雑になる トレンド 時間の経過とともに追跡しやすい。
- 複数の要素が損傷すると、それらのシグネチャが重なり合って広がり、状況が不明確になる。
- 同程度の欠陥サイズの場合、BSFピークの振幅がレース欠陥ピークよりも小さくなることがあり、より注意深く観察する必要がある。
信頼性の高い確認手順
- Calculate BSF 軸受の仕様書より。
- エンベロープスペクトルを検索する 算出された周波数において。
- 2×BSFの確認、その振幅は基本周波数よりも大きいことが多い。
- FTFサイドバンドの確認 — ケージ周波数での間隔、 ない 1×間隔であることが、決定的な判定基準となる。
- 波形の振幅変動 測定間で変動があることが、ボール欠陥の兆候である。
- BPFIおよびBPFOを除外する 転がり軸受に関する結論を出す前に。
ピークが幅広くなったり、隣接する複数の周波数に分かれたりしている場合は、複数の部品が損傷している可能性が高い。これは劣化が進行している兆候であり、速やかにベアリングを交換することが安全策である。
7. 原因と予防
転動体欠陥の代表的な発生原因には、次のようなものがある：
- 材料の含有物： ボールやローラー内部に生じた空洞、または混入した異物。
- 設置時の損傷： 取り扱い中や取り付け時の衝撃によるブリンネル痕。
- 汚染： 硬い粒子が要素の表面に埋没したり、表面に傷をつけたりすること。
- 電気的損傷： ベアリング内部を流れる迷走電流によるアーク放電が表面にピッチングを生じさせる――これはVFD駆動モーターで頻繁に発生する問題である。
- 偽ブリンネル痕： 機械が停止している間の振動による摩耗。
- 腐食： 湿気や化学物質による腐食によって表面に凹みが生じ、これが 剥離.
予防策は原因から直接導き出されます。具体的には、信頼できるメーカー製の良質な軸受を指定し、取り扱いおよび取り付けには細心の注意を払い、効果的なシールと清潔な組立作業によって汚染を抑制し、適切な潤滑を行って腐食を防ぎ、インバータ駆動モーターには絶縁軸受またはセラミックハイブリッド軸受を取り付け、保管中や輸送中の製品を外部からの振動から隔離することです。BSFの点検項目を日常業務に組み込む 状態監視 このプログラムにより、発生頻度は低いものの進行が速い転動体欠陥も、より一般的な欠陥と同等の信頼性で検出されるようになります。 ベアリングの欠陥 on the races.
