BPFI란 무엇인가요? 볼 패스 주파수 이너 레이스 설명 • 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋" BPFI란 무엇인가요? 볼 패스 주파수 이너 레이스 설명 • 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋"

BPFI란 무엇인가요? 볼 패스 빈도(Ball Pass Frequency)와 이너 레이스(Inner Race)에 대한 설명

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BPFI 이해 – 볼 패스 빈도 내부 레이스

정의: BPFI란 무엇인가?

BPFI (볼 패스 빈도, 이너 레이스)는 4가지 기본 중 하나입니다. 베어링 결함 주파수 이는 구름 요소가 구름 베어링 내륜의 결함 위를 지나가는 속도를 나타냅니다. 회전하는 내륜에 스폴, 균열 또는 피트가 발생하면, 고정된 구름 요소가 회전하면서 결함에 반복적으로 충돌하여 주기적인 충격을 발생시킵니다. 진동 BPFI 주파수에서.

BPFI는 주파수가 더 높은 것이 특징입니다. BPFO (외부 인종 빈도) 및 거의 항상 뚜렷한 ±1×를 나타냅니다. 측파대 결함이 베어링의 부하 영역 안팎으로 회전할 때 발생하는 진폭 변조 때문입니다. 이러한 측파대는 내륜 결함과 다른 베어링 문제를 구별하는 핵심 진단 지표입니다.

수학적 계산

공식

BPFI는 베어링 형상과 샤프트 속도를 사용하여 계산됩니다.

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

변수

  • N = 베어링의 구름 요소의 수
  • n = 샤프트 회전 주파수(Hz) 또는 속도(RPM/60)
  • 비디 = 볼 또는 롤러 직경
  • 피디 = 피치 직경(롤링 요소 중심을 통과하는 원의 직경)
  • β = 접촉각

BPFI가 BPFO보다 나은 이유

BPFI는 동일한 베어링에 대해 항상 BPFO보다 높습니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

  • 내부 레이스는 샤프트와 함께 회전하고 롤링 요소는 케이지 속도(~0.4×)로 궤도를 이룹니다.
  • 내륜과 롤링 요소 간의 상대 속도가 더 높습니다.
  • 공식은 BPFI = (N × n / 2) × [1 – Bd/Pd]이고 BPFO = (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]임을 보여줍니다.
  • BPFI의 빼기 기호는 1에서 분수를 빼는 것을 의미합니다.
  • 일반적인 비율: BPFI/BPFO ≈ 1.6-1.8

일반적인 값

  • 일반 베어링의 경우: BPFI는 일반적으로 샤프트 속도의 5-7배입니다.
  • 예: 1800RPM(30Hz)의 10볼 베어링 → BPFI ≈ 173Hz(5.8× 샤프트 속도)

물리적 메커니즘 및 부하 영역 변조

회전 결함

내부 인종의 결함은 독특한 상황을 만들어냅니다.

  1. 결함은 회전하는 내륜에 있습니다.
  2. 내부 레이스가 회전함에 따라 결함은 베어링 원주를 따라 이동합니다.
  3. 각 롤링 요소는 통과하면서 결함을 발생시킵니다(BPFI 주파수)
  4. 그러나 영향의 심각도는 하중 영역에 대한 결함 위치에 따라 다릅니다.

부하 영역 효과

베어링의 하중 영역은 진폭 변조를 생성합니다.

  • 하중 영역의 결함: 접촉력이 강하고, 롤링 요소가 부딪힐 때 충격이 강함
  • 하중 영역 반대편 결함: 접촉력이 낮거나 전혀 없고 충격이 약하거나 전혀 없음
  • 변조 주파수: 결함은 샤프트 회전당 한 번 부하 영역을 통과합니다(1× 주파수)
  • 결과: 1× 샤프트 속도에서 변조된 BPFI 진폭

측파대 생성

진폭 변조는 수학적 측대역을 생성합니다.

  • 반송파 주파수: BPFI
  • 변조 주파수: 1× 샤프트 속도
  • 측대역: BPFI ± 1×, BPFI ± 2×, BPFI ± 3×
  • 무늬: BPFI 주위에 1× 간격으로 배치된 대칭 측파대
  • 진단 가치: 이 측대역 패턴은 내부 레이스 결함에 대해 거의 병리학적으로 특징적입니다.

진동 시그니처 특성

일반적인 스펙트럼 모양

  • 센트럴 피크: BPFI 주파수에서
  • 사이드밴드 패밀리: BPFI ± n×(1×)에서 다중 피크, 여기서 n = 1, 2, 3, …
  • 고조파족: 2×BPFI, 3×BPFI의 추가 측대역 패밀리는 자체 ±1× 측대역을 갖습니다.
  • 시각적 패턴: "울타리" 또는 빗살무늬처럼 보입니다.

봉투 스펙트럼 기능

  • BPFI 피크가 엔벨로프 스펙트럼을 지배합니다.
  • 측파대가 매우 선명하고 진단성이 뛰어납니다.
  • 표준 FFT가 피크를 보여주기 몇 달 전에 조기 감지
  • 결함이 커짐에 따라 진폭이 기하급수적으로 증가합니다.

탐지 및 진단

인식 단계

  1. BPFI를 계산하세요: 베어링 모델 번호 또는 형상에서
  2. 검색 스펙트럼: 계산된 주파수에서 피크를 찾으세요(±5% 허용 오차)
  3. 사이드밴드 확인: ±1× 사이드밴드 존재 확인(주요 진단 기능)
  4. 고조파 확인: 자체 사이드밴드가 있는 2×BPFI, 3×BPFI를 찾으세요.
  5. 진폭 평가: 기준선 또는 심각도 지침과 비교
  6. 진단 확인: BPFI + 측대역 = 내부 레이스 결함 확인됨

감별진단

특징 BPFI(이너 레이스) BPFO(아우터 레이스)
빈도 더 높음(5-7× 샤프트 속도) 낮음 (3-5× 샤프트 속도)
측대역 거의 항상 존재함(±1×) 있을 수도 있고 없을 수도 있습니다
사이드밴드 패턴 매우 규칙적이고 명확한 간격 존재하면 덜 규칙적임
발생 덜 일반적(~25%의 실패) 가장 흔한 (~40%의 실패)

진행 및 심각도

결함 개발 단계

  1. 개시: 미세한 균열이나 구덩이가 형성되어 아직 감지할 수 없음
  2. 초창기: 작은 BPFI 피크가 봉투 스펙트럼에 나타납니다(0.1-0.5g)
  3. 일찍: 1-2 고조파와 측파대(0.5-2g)가 있는 명확한 BPFI 피크
  4. 보통의: 다중 고조파, 눈에 띄는 측파대, 검사 시 스폴이 보임(2-10g)
  5. 고급의: 매우 높은 진폭, 수많은 고조파, 높은 잡음 플로어(>10g)
  6. 극심한: 광대역 노이즈가 지배적이며, 거의 고장이 나고, 재앙적인 고장이 임박했습니다.

남은 수명 추정

  • 초기부터 초기까지: 일반적으로 6~18개월 남음
  • 초기~중기: 3-6개월 남음
  • 중간~고급: 1~3개월 남음
  • 고급에서 중증: 남은 기간: 며칠에서 몇 주
  • 변수: 실제 타임라인은 부하, 속도, 작동 조건 및 베어링 크기에 따라 달라집니다.

내인성 결함의 원인

  • 피로: 반복적인 하중으로 인한 고주기 피로
  • 부적절한 설치: 장착 중 손상(망치로 내부 레이스를 때림)
  • 샤프트 손상: 거칠거나 손상된 샤프트 표면으로 인해 프레팅 발생
  • 밀착 간섭 맞춤: 압입 시 과도한 힘
  • 정렬 불량: 비균일 하중 가속 피로
  • 오염: 압입 손상을 일으키는 입자
  • 윤활 실패: 부적절한 윤활로 인해 표면 손상 발생

시정 조치

즉각 대응(탐지 시)

  • 모니터링 빈도를 높입니다(심각도가 증가함에 따라 월간 → 주간 → 일일)
  • 다음 편리한 정전 시 베어링 교체 일정을 정하세요.
  • 잔여 유효 수명을 예측하기 위한 추세 진폭
  • 고장을 가속화할 수 있는 임계 속도에서 작동을 피하십시오.

교체 계획

  • 교체 베어링 주문(올바른 모델 확인)
  • 샤프트 검사 계획(내부 레이스 결함은 샤프트를 손상시킬 수 있음)
  • 재발 방지를 위해 근본 원인을 조사하세요
  • 조기 파손이 발생하면 개선된 베어링 사양을 고려하세요.

진동 분석을 통한 BPFI 감지는 베어링 상태 모니터링의 초석입니다. 1× 측파대를 갖는 특징적인 고주파 피크는 내륜 결함을 명확하게 표시하여, 베어링의 심각한 고장 및 이로 인한 샤프트와 하우징의 2차 손상을 예방하는 적시 유지 보수 조치를 가능하게 합니다.

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