BPFI 이해 - 볼 패스 주파수, 내부 레이스
비피피 (볼 패스 빈도, 이너 레이스)는 4가지 기본 중 하나입니다. 베어링 결함 주파수 는 베어링의 회전하는 내부 레이스에서 구름 요소가 결함 위를 통과하는 속도를 나타냅니다. 내부 레이스웨이에 스팔, 균열 또는 피트가 형성되면 모든 구름 요소가 레이스가 결함을 지나갈 때 결함에 부딪히며 주기적으로 충격을 발생시킵니다. 진동 신호가 BPFI 주파수에서 발생합니다. BPFI가 다른 특징적인 주파수와 차별화되는 점은 ±1×의 거의 일정한 에스코트를 제공한다는 점입니다. 측파대 - 내부 레이스 결함을 가장 확실하게 진단할 수 있는 지문입니다. 진동 분석.
1. 정의: BPFI란 무엇인가요?
BPFI는 단위 시간당 내부 레이스의 한 지점에서 발생하는 롤링 엘리먼트 패스 횟수를 계산합니다. 내부 레이스는 샤프트와 함께 회전하는 반면 요소는 케이지 속도에서 더 느리게 궤도를 돌기 때문에 레이스와 요소 사이의 상대적인 움직임이 크며 빈도도 높습니다. 결함은 회전하는 레이스에 위치하므로 스쳐 지나가는 각 볼이나 롤러에 의해 반복적으로 두드려집니다. 외부 레이스 주파수와 함께(비포), 케이지 주파수(FTF), 롤링 요소 스핀 주파수(BSF), BPFI는 분석가가 베어링 내 손상의 위치를 파악하기 위해 계산하는 표준 주파수 세트를 형성합니다. 결함 자체는 다음과 같은 더 넓은 주제에 속합니다. 베어링 결함.
2. 수학적 계산
수식과 변수
BPFI는 베어링 지오메트리와 샤프트 속도에 따라 달라집니다:
BPFI = (N × n / 2) × [1 - (Bd/Pd) - cos β]
- N = 베어링의 롤링 요소 수입니다.
- n = 축 회전 주파수 (Hz 단위, 또는 RPM ÷ 60).
- 비디 = 볼 또는 롤러 직경.
- 피디 = 피치 지름(롤링 요소 중심을 통과하는 원)입니다.
- β = 접촉각.
BPFI가 항상 BPFO보다 높은 이유
동일한 베어링의 경우 BPFI는 항상 BPFO를 초과하며, 공식은 그 이유를 정확히 보여줍니다:
- 내부 레이스는 샤프트와 함께 회전하는 반면, 롤링 요소는 약 0.4배의 케이지 속도로 공전하므로 내부 레이스의 상대 속도가 더 큽니다.
- BPFI는 [1 - Bd/Pd]라는 용어를 사용하는 반면, BPFO는 [1 + Bd/Pd]를 사용합니다.
- 1에서 분수를 빼면 BPFI의 승수가 BPFO보다 커집니다.
- 일반적인 BPFI/BPFO 비율은 다음과 같습니다. 1.6–1.8.
일반적인 값
- 일반 베어링의 경우 BPFI는 다음과 같이 착륙합니다. 5-7배의 샤프트 속도.
- 작동하는 예제: 1800RPM(30Hz)의 10볼 베어링은 BPFI ≈ 173Hz, 약 5.8배의 샤프트 속도를 제공합니다.
대부분의 분석가들은 모든 머신에 대해 이를 수작업으로 평가하는 대신 BPFO, BSF, FTF와 함께 바로 베어링 결함 빈도 계산기, 를 클릭하고 베어링 지오메트리와 실행 속도를 한 번 입력합니다.
3. 물리적 메커니즘 및 부하 영역 변조
회전 결함
내부 레이스의 결함은 결함 자체가 움직이기 때문에 외부 레이스가 볼 수 없는 상황을 만듭니다:
- 결함은 회전하는 내부 레이스에 타고 있습니다.
- 레이스가 회전하면서 결함은 베어링 둘레를 따라 이동합니다.
- 각 롤링 요소가 통과할 때마다 부딪히는 것이 바로 BPFI 속도입니다.
- 그러나 각 타격의 힘은 해당 시점의 하중 영역에 대한 결함의 위치에 따라 달라집니다.
로드 영역 효과
모든 하중 베어링에는 구름 요소가 레이스를 가장 세게 누르는 영역, 즉 하중 영역이 있습니다. 내부 레이스 결함이 샤프트가 한 바퀴 돌 때마다 이 영역을 한 번씩 회전하면서 충격 강도가 상승 및 하강합니다:
- 로드 영역 내부에 결함이 있습니다: 높은 접촉력, 각 요소가 부딪힐 때 강한 충격.
- 로드 영역 반대편에 결함이 있습니다: 접촉력이 거의 없거나 전혀 없는 경우, 충격이 약하거나 없는 경우.
- 변조 주파수: 이 결함은 샤프트 회전당 한 번씩, 즉 1× 주행 속도.
- 결과: BPFI 임팩트는 1배의 샤프트 속도로 진폭 변조됩니다.
사이드밴드 생성
이 진폭 변조는 진단 측대역 빗을 생성하는 것입니다:
- 이동 통신사 주파수: BPFI.
- 변조 주파수: 1배속 샤프트.
- 측대역: BPFI ± 1×, BPFI ± 2×, BPFI ± 3×, 캐리어를 중심으로 대칭 간격으로 배치.
- 진단 값: 이 일반적인 1× 사이드밴드 제품군은 내부 레이스 결함의 병리학적 특성이며, 이것이 바로 BPFI를 BSF 결함의 FTF 간격 사이드밴드와 구별하는 특징입니다.
4. 진동 시그니처 특성
일반적인 스펙트럼 모양
- 중앙 피크 BPFI 주파수에서.
- 사이드밴드 제품군 BPFI ± n×(1×)에서 피크의 비율입니다.
- 하모닉 패밀리 2×BPFI 및 3×BPFI에서 각각 ±1× 측 대역이 있습니다.
- 시각적 패턴: “피켓 울타리” 또는 고른 간격의 봉우리로 이루어진 빗입니다.
엔벨로프 스펙트럼이 결정적인 이유
내부 레이스 충격은 BPFI에 모든 에너지를 직접 축적하지 않고 고주파 베어링 공명을 자극하므로, 원시 레이스는 FFT 는 초기에는 눈에 띄지 않을 수 있습니다. 엔벨로프 분석 는 이러한 공진 버스트를 복조하고 그 결과 포락선 스펙트럼 BPFI 피크가 지배적이며 1× 측 대역이 표준보다 몇 달 앞서 매우 선명하게 돋보입니다. 스펙트럼 는 아무것도 표시하지 않습니다. 결함이 커질수록 엔벨로프 진폭이 가파르게 상승합니다.
5. 탐지, 진단 및 현장 실습
신뢰할 수 있는 인식 시퀀스
- BPFI 계산 를 베어링 모델 번호 또는 형상에서 찾습니다.
- 스펙트럼 검색 를 계산된 주파수의 피크에 대해 약 ±5%의 오차를 허용합니다.
- 1× 사이드밴드 확인 - 키 확인 기능입니다.
- 고조파 확인 (2×BPFI, 3×BPFI)의 사이드밴드를 사용합니다.
- 진폭 평가 기준 또는 심각도 가이드라인에 위배됩니다.
- 확인합니다: BPFI와 1× 사이드밴드는 내부 레이스 결함과 동일합니다.
현장에서는 휴대용 2채널 계측기에서 동일한 워크플로우를 실행합니다. 분석가는 베어링 하우징에 가속도계를 장착하고, 작동 속도에서 고주파 진동을 캡처하고, 현장에서 봉투를 검사할 수 있으며, 이는 다음과 같은 도구가 실행하는 바로 그 종류의 측정 작업입니다. 발란셋-1A 는 로터 밸런싱 역할과 함께 현장 진동 분석기 역할도 겸할 수 있도록 설계되었습니다.
BPFI와 BPFO 한눈에 보기
| 특징 | BPFI(이너 레이스) | BPFO(아우터 레이스) |
|---|---|---|
| 빈도 | 더 높음(5~7배의 샤프트 속도) | 더 낮음(3~5배 축 속도) |
| 측대역 | 거의 항상 존재함(±1×) | 있을 수도 있고 없을 수도 있습니다 |
| 사이드밴드 패턴 | 매우 규칙적이고 명확한 간격 | 존재할 때 덜 규칙적 |
| 발생 | 덜 일반적(~25%의 실패) | 가장 흔한 (~40%의 실패) |
6. 진행 상태, 중증도 및 남은 수명
결함 개발 단계
- 개시: 미세한 균열이나 구덩이가 형성되어 아직 감지할 수 없음
- 초창기: 엔벨로프 스펙트럼(≈ 0.1-0.5g)에 작은 BPFI 피크가 나타납니다.
- 일찍: 하나 또는 두 개의 고조파 및 측파대(≈ 0.5-2g)가 있는 명확한 BPFI 피크.
- 보통의: 다중 고조파, 눈에 띄는 측파대, 검사에서 보이는 스팔(≈ 2-10g).
- 고급의: 매우 높은 진폭, 수많은 고조파, 상승하는 노이즈 플로어(> 10g).
- 극심한: 광대역 노이즈가 우세하고 개별 피크가 사라지며 치명적인 장애가 임박합니다.
잔여 수명 안내
- 초기부터 초기까지: 일반적으로 6~18개월이 남았습니다.
- 초기~보통: 3~6개월.
- 보통에서 고급: 1~3개월.
- 고급에서 심각으로: 며칠에서 몇 주까지.
- 주의: 실제 타임라인은 하중, 속도, 윤활 및 베어링 크기에 따라 달라지며, 수치는 보증이 아닌 가이드이며 공식적인 남은 유효 수명 견적.
7. 원인 및 시정 조치
내부 레이스 결함의 일반적인 원인
- 피로: 반복적인 부하로 인한 높은 사이클 하부 피로도, 즉 전형적인 수명 종료 메커니즘입니다.
- 부적절한 설치: 내부 레이스에 부딪혀 베어링이 구동되는 등의 장착 손상.
- 샤프트 손상: 거칠거나 흠집이 있는 샤프트 시트가 프레팅을 유발합니다.
- 과도한 간섭 맞춤: 지나치게 꽉 끼는 프레스 피팅은 후프 스트레스를 증가시킵니다.
- 정렬 불량: 피로를 가속화하는 불균일한 부하.
- 오염: 딱딱한 입자가 궤도를 찌그러뜨리는 경우.
- 윤활 실패: 부적절한 필름으로 인해 표면이 손상되고 스폴링.
대응 및 교체 계획
감지 시 모니터링 간격을 늘리고(심각도가 높아질수록 월별 → 주간 → 일간), 편리한 다음 정전 시 교체 일정을 예약하고, 진폭을 추세화하여 남은 수명을 예측합니다. 다음에 오래 머물지 마세요. 임계 속도 고장을 앞당길 수 있습니다. 교체를 계획할 때는 올바른 베어링 모델을 주문하고, 샤프트를 검사하고(내부 레이스 결함으로 인해 시트가 손상될 수 있음), 근본 원인 검토를 실행하여 교체 시 동일한 방식으로 고장이 발생하지 않도록 하세요. 규율에 따라 상태 모니터링 프로그램에서 BPFI 감지는 베어링 신뢰성의 초석이 되며, 1× 사이드밴드의 확실한 고주파 피크를 통해 적시에 명확하게 경고하여 샤프트와 하우징의 2차 손상을 방지합니다.
