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

BPFO란 무엇인가요? 볼 패스 빈도 아웃터 레이스 설명

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BPFO 이해 – 볼 패스 빈도 아웃터 레이스

정의: BPFO란 무엇인가?

BPFO (볼 패스 빈도, 아웃터 레이스)는 4가지 기본 중 하나입니다. 베어링 결함 주파수 이는 구름 요소(볼 또는 롤러)가 구름 요소 베어링의 외륜에 위치한 결함 위를 지나가는 속도를 나타냅니다. 외륜에 스폴, 균열, 피트 또는 기타 결함이 있는 경우, 각 구름 요소는 통과하면서 결함에 부딪히면서 반복적인 충격을 발생시켜 진동 BPFO 주파수에서.

BPFO는 진단에 가장 중요한 베어링 주파수입니다. 외륜 결함은 베어링 고장의 가장 흔한 유형으로, 전체 구름 베어링 고장의 약 40%를 차지하기 때문입니다. 진동 스펙트럼에서 BPFO 피크를 감지하면 베어링 고장이 발생하기 전에 외륜 문제를 조기에 파악할 수 있습니다.

수학적 계산

공식

BPFO는 베어링의 형상과 샤프트 속도를 사용하여 계산됩니다.

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

변수

  • N = 베어링의 롤링 요소(볼 또는 롤러) 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(일반적으로 방사형 볼 베어링의 경우 0°, 각도 접촉의 경우 15~40°)

단순화된 근사

접촉각이 0인 베어링(β = 0°)의 경우:

  • BPFO ≈ (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
  • Bd/Pd ≈ 0.2인 일반적인 베어링의 경우 BPFO ≈ 0.6 × N × n이 됩니다.
  • 경험 법칙: BPFO ≈ 60% (볼 수 × 샤프트 주파수)

일반적인 값

  • 8-12개의 롤링 요소가 있는 베어링의 경우: BPFO는 일반적으로 샤프트 속도의 3-5배입니다.
  • 예: 1800 RPM(30 Hz)의 10볼 베어링 → BPFO ≈ 107 Hz(3.6× 샤프트 속도)

물리적 메커니즘

외측 레이스 결함이 BPFO를 생성하는 이유

대부분의 베어링에서 외륜은 고정되어 있으며 하우징에 고정되어 있습니다.

  1. 외부 레이스의 고정된 위치에 결함(스폴, 피트)이 존재합니다.
  2. 케이지가 회전하면서 베어링 주위로 롤링 요소가 전달됩니다.
  3. 각 롤링 요소는 차례로 결함 위치를 통과합니다.
  4. 공이 결함에 부딪히면 작은 충격이나 "클릭" 소리가 발생합니다.
  5. N개의 롤링 요소로 인해 결함은 케이지 회전당 N번 발생합니다.
  6. 케이지가 샤프트 속도의 약 0.4배로 회전하고 각 볼이 케이지 회전당 한 번씩 타격을 가하므로 총 충격률 = N × 케이지 주파수 ≈ BPFO

충격 특성

  • 각 영향은 짧습니다(마이크로초 지속)
  • BPFO 주파수에서 영향은 주기적입니다.
  • 충격 에너지는 베어링 구조에서 고주파 공진을 자극합니다.
  • 반복적인 특성으로 인해 선명한 스펙트럼 피크가 생성됩니다.

스펙트럼의 진동 시그니처

표준 FFT 스펙트럼에서

  • 주요 피크: BPFO 주파수에서
  • 배음: 2×BPFO, 3×BPFO, 4×BPFO(결함 심각도 표시)
  • 측대역: 외부 레이스가 약간 회전하거나 하중 영역 변화로 인해 ±1× 측대역이 있을 수 있습니다.
  • 진폭: 결함이 전파됨에 따라 증가합니다.

봉투 스펙트럼에서

  • BPFO 피크는 표준 FFT보다 훨씬 더 선명하고 진폭이 더 높습니다.
  • 고조파가 눈에 띄게 표시됨
  • 조기 감지 가능(결함은 몇 달 전에 감지 가능)
  • 저주파 진동으로 인한 간섭 감소

일반적인 진폭 진행

  • 초창기: 0.1-0.5g(봉투), 거의 감지되지 않음
  • 일찍: 0.5-2g, 1-2 고조파를 포함하는 명확한 BPFO 피크
  • 보통의: 2-10g, 다중 고조파, 측파대가 나타남
  • 고급의: >10g, 다수의 고조파, 높은 잡음 플로어

외측 레이스 결함이 가장 흔한 이유

외부 레이스 고장은 다음과 같은 여러 가지 이유로 가장 흔합니다.

부하 집중

  • 일반적인 수평 샤프트 방향에서 하중 영역은 바닥에 있습니다.
  • 하단의 바깥쪽 레이스가 대부분의 하중을 지탱합니다.
  • 동일한 외륜 섹션의 지속적인 하중은 피로를 가속화합니다.
  • 내부 레이스가 회전하여 전체 둘레에 하중을 분산합니다.

설치 응력

  • 하우징에 눌려진 외륜은 설치 손상을 입을 수 있습니다.
  • 간섭 맞춤은 잔류 응력을 생성합니다.
  • 부적절한 설치(정렬 불량, 코킹)로 인해 외부 레이스가 손상됩니다.

오염 효과

  • 입자는 외륜에서 베어링에 들어갑니다.
  • 외륜 지역에 오염 집중
  • 더 부드러운 외륜 소재에 입자가 삽입됨

진단적 의의

높은 진단 신뢰도

BPFO는 가장 신뢰할 수 있는 진단 지표 중 하나입니다.

  • 주파수는 정확하게 계산 가능하며 각 베어링 유형마다 고유합니다.
  • 다른 기계 주파수와 혼동될 가능성이 낮습니다.
  • 결함이 악화됨에 따라 명확한 진행 패턴
  • 진폭과 결함 크기 간의 잘 이해된 관계

심각도 평가

  • 고조파 수: 더 많은 고조파 = 더 진보된 결함
  • 피크 진폭: 진폭이 높을수록 결함 영역이 커짐
  • 사이드밴드 존재: 광범위한 측대역은 종종 부하 영역 변화로 인한 변조를 나타냅니다.
  • 노이즈 플로어: 소음 바닥이 높아졌다는 것은 표면이 널리 훼손되었음을 나타냅니다.

다른 베어링 주파수와의 관계

BPFO 대 BPFI

  • BPFI(내부 레이스)는 동일한 베어링의 경우 항상 BPFO보다 높은 주파수입니다.
  • 일반적인 비율: BPFI/BPFO ≈ 1.6-1.8
  • 두 가지 모두 존재하는 경우 여러 결함(고급 실패)을 나타냅니다.
  • BPFO는 초기에 더 흔하며 BPFI는 2차 손상으로 발전할 수 있습니다.

1배 속도의 측대역

  • 외부 레이스가 정지해 있는 동안 약간의 움직임이 가능합니다.
  • 느슨한 베어링 맞춤으로 인해 외부 레이스가 약간 움직이거나 회전할 수 있습니다.
  • 로터 궤도에 따른 부하 영역 변화로 진폭 변조가 발생합니다.
  • BPFO 피크 주변의 ±1× 측대역 결과

실용적인 모니터링 전략

정기 모니터링

  • 각 베어링 위치에서 월별 또는 분기별 봉투 분석
  • 자동 BPFO 피크 감지 및 추세 분석
  • 알람은 기준 진폭의 2-3배로 설정됨
  • 실패 시간을 예측하기 위한 추세 과거 데이터

확인 테스트

BPFO가 감지되었을 때:

  • 주파수가 계산된 값과 일치하는지 확인합니다(±5% 이내)
  • 고조파 확인(2×BPFO, 3×BPFO)
  • 특징적인 측파대 패턴을 찾으세요
  • 동일한 기계의 다른 베어링과 비교합니다(결함이 있는 베어링에만 해당되어야 함)
  • 모니터링 빈도를 주간 또는 일간으로 늘리세요.

BPFO 감지 및 모니터링은 예측 유지 관리에서 진동 분석을 가장 성공적으로 적용한 분야 중 하나로, 베어링 고장을 방지하고 장비의 안정성과 유지 관리 비용을 최적화하는 상태 기반 교체 전략을 가능하게 합니다.

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