BPFO 이해 - 볼 패스 주파수 외부 레이스
비포 (볼 패스 빈도, 아웃터 레이스)는 4가지 기본 중 하나입니다. 베어링 결함 주파수 는 구름 요소(볼 또는 롤러)가 구름 요소 베어링의 정지된 외부 레이스에서 결함을 통과하는 속도를 나타냅니다. 해당 레이스에 스팔, 균열 또는 구덩이가 존재하면 모든 구름 요소가 굴러 지나갈 때 결함에 부딪히며 반복적인 충격이 방사됩니다. 진동 를 포함하는 제품군입니다. 다음을 포함하는 제품군 중 비피피, BSF, 그리고 FTF, 는 일반적으로 가장 진단적으로 가치가 있습니다: 외부 인종 결함이 가장 흔한 형태입니다. 베어링 고장, 전체 구름 요소 베어링 고장의 약 40%를 차지합니다. BPFO 피크를 조기에 포착하면 분석가는 베어링이 실제로 고장 나기 몇 달 전에 외부 레이스 문제를 포착할 수 있습니다.
1. 수학적 계산
BPFO는 베어링의 내부 형상과 샤프트 속도에 의해 전적으로 고정되기 때문에 동일한 베어링이 항상 다음과 같은 특성 비율을 생성하는 신뢰할 수 있는 진단 마커입니다. 운전 속도.
공식
BPFO = (N × n / 2) × [1 - (Bd/Pd) × cos β]
변수
- N = 베어링의 롤링 요소(볼 또는 롤러) 수입니다.
- n = 샤프트 회전 주파수(Hz)(즉, RPM ÷ 60).
- 비디 = 볼 또는 롤러 직경.
- 피디 = 피치 지름(롤링 요소 중심을 통과하는 원의 지름)입니다.
- β = 접촉각(일반적으로 레이디얼 볼 베어링의 경우 0°, 앵귤러 콘택트 베어링의 경우 15-40°).
BPFI, BSF 및 FTF의 기초가 되는 산술은 동일하며, 지오메트리 용어를 올바르게 입력하는 것이 중요합니다. 방정식을 손으로 직접 입력하지 않으려면 베어링 결함 빈도 계산기 는 베어링 치수와 속도에서 네 가지 주파수를 모두 반환합니다.
단순화된 근사
제로 접촉각 베어링(β = 0°)의 경우 코사인 항이 사라지고 유용한 경험 법칙이 나타납니다:
- BPFO ≈ (N × n / 2) × [1 - Bd/Pd].
- Bd/Pd ≈ 0.2인 일반적인 베어링의 경우 다음과 같이 계산됩니다. BPFO ≈ 0.4 × N × n - 즉, 대략 (볼 수 × 샤프트 주파수)의 40%입니다.
- 동반자 비피피 는 괄호 안에 더하기 기호를 사용하므로 ≈ 0.6 × N × n보다 높은 값에 도달합니다.
일반적인 값
- 8~12개의 구름 요소가 있는 베어링의 경우 BPFO는 일반적으로 1×, 2×, 3×보다 훨씬 높은 약 3배에서 5배의 축 속도에 속합니다. 배음 와 구분하는 데 도움이 되는 불균형 및 정렬 불량.
- 예: 1800RPM(30Hz)의 10볼 베어링은 BPFO ≈ 107Hz, 약 3.6배의 샤프트 속도를 제공합니다.
2. 물리적 메커니즘
외부 레이스 결함으로 인해 BPFO가 발생하는 이유
대부분의 설치에서 외부 레이스는 하우징에 고정되어 있고 내부 레이스는 샤프트와 함께 회전하며, 이러한 비대칭이 주파수의 핵심입니다:
- 결함(스폴 또는 피트)은 외부 레이스의 한 고정된 위치에 위치합니다.
- 케이지가 회전하면서 롤링 요소를 궤도 주위로 운반합니다.
- 각 롤링 요소는 차례로 결함 위치를 통과합니다.
- 공이 결함에 부딪히면 짧은 충격 또는 “딸깍” 소리가 납니다.
- N개의 롤링 요소를 사용하면 케이지가 회전할 때마다 결함을 N번 타격합니다.
- 케이지가 약 0.4배의 샤프트 속도로 회전하기 때문에( 기본 트레인 주파수), 각 공이 케이지를 한 바퀴 돌 때마다 한 번씩 부딪히면 N × 케이지 주파수의 총 충격률은 BPFO가 됩니다.
충격 특성
- 각 임팩트의 지속 시간은 마이크로초로 매우 짧습니다.
- 영향은 BPFO 주파수에 따라 주기적으로 발생합니다.
- 이러한 충격 에너지는 베어링과 하우징의 고주파 구조 공명을 자극하여 바로 엔벨로프 분석 익스플로잇.
- 반복적인 특성으로 인해 선명하고 잘 정의된 스펙트럼 피크가 생성됩니다.
3. 스펙트럼의 진동 시그니처
표준 FFT 스펙트럼에서
- 기본 피크: BPFO 주파수에서.
- 배음: 2×, 3×, 4×BPFO에서 결함의 심각도에 따라 그 수가 증가하는 경향이 있습니다.
- 측대역: 가능한 ±1배 측파대 외부 레이스가 약간 크리프하거나 로터 궤도를 돌 때 부하 영역의 변화로 인해 발생할 수 있습니다.
- 진폭: 는 결함이 전파됨에 따라 상승합니다.
봉투 스펙트럼에서
그리고 포락선 스펙트럼 는 외부 인종 결함이 가장 먼저 드러나는 곳입니다. 고주파 공명 대역을 복조하면 BPFO 피크가 원시보다 훨씬 더 선명하고 강해집니다. FFT, 는 고조파를 눈에 띄게 표시하고 저주파 진동으로 인한 간섭을 억제하며 표준 스펙트럼에 결함이 나타나기 수개월 전에 결함을 감지할 수 있습니다.
일반적인 진폭 진행
- 초창기: 0.1-0.5g(봉투), 거의 감지할 수 없음.
- 일찍: 0.5-2g, 하나 또는 두 개의 고조파가 있는 명확한 BPFO 피크.
- 보통의: 2-10g, 측 대역이 나타나는 다중 고조파.
- 고급의: >10g 이상, 수많은 고조파 및 높은 노이즈 플로어.
4. 외부 레이스 결함이 가장 흔한 이유 4.
외부 레이스가 내부 레이스나 롤링 요소보다 더 자주 실패하는 이유는 세 가지 강화 요인으로 설명할 수 있습니다.
부하 집중
- 일반적인 수평 샤프트에서 하중 영역은 베어링 하단에 위치합니다.
- 따라서 외부 레이스의 하부 호가 대부분의 하중을 전달합니다.
- 동일한 섹션을 계속 로드하면 롤링 접촉 피로가 가속화됩니다.
- 반면 내부 레이스는 전체 둘레를 회전하며 하중을 분산시킵니다.
설치 응력
- 외부 레이스가 하우징에 눌려 설치가 손상될 수 있습니다.
- 간섭 핏은 링에 잔류 응력을 남깁니다.
- 피팅 중 코킹이나 정렬이 잘못되면 외부 레이스가 직접 손상됩니다.
오염 효과
- 입자는 외부 레이스에서 베어링으로 들어가는 경향이 있습니다.
- 오염은 외곽 종족 지역에 집중되어 있습니다.
- 단단한 입자가 상대적으로 부드러운 외부 레이스 소재에 박혀 결함을 심어줍니다.
5. 진단의 중요성 및 모니터링
높은 진단 신뢰도
BPFO는 다음 분야에서 가장 신뢰할 수 있는 지표 중 하나입니다. 진동 분석. 이 주파수는 정확하게 계산할 수 있고 본질적으로 각 베어링 형상에 고유하므로 다른 기계 주파수와 혼동될 가능성이 적고 결함이 악화됨에 따라 명확한 진행을 따르며 진폭과 결함 크기 사이의 관계가 잘 이해되어 있습니다.
심각도 평가
- 고조파 수입니다: 고조파가 많을수록 결함이 더 진행되었음을 나타냅니다.
- 피크 진폭: 진폭이 클수록 결함 영역이 더 넓다는 것을 의미합니다.
- 사이드밴드 존재감: 광범위한 측 대역은 종종 부하 영역 변동으로 인한 변조를 가리킵니다.
- 노이즈 플로어: 바닥이 솟아오른 것은 하나의 개별적인 결함보다는 광범위한 표면 열화를 나타냅니다.
BPFO 및 1× 사이드밴드 비교
주어진 베어링에 대해, 비피피 는 항상 BPFO보다 높으며, 일반적으로 BPFI/BPFO 비율은 약 1.6-1.8입니다. 두 가지가 함께 나타나는 경우 다중 결함(및 진행성 고장)을 나타내며, 일반적으로 BPFO가 먼저 나타나고 BPFI는 나중에 2차 손상으로 발전합니다. 외부 레이스가 명목상으로는 고정되어 있지만 느슨하게 장착하면 약간 크리프할 수 있고 로터 궤도에 따른 부하 영역 변동이 충격 진폭을 조절하기 때문에 BPFO 피크 주변에서 ±1배의 측대역이 가끔 발생합니다.
실용적인 모니터링 전략
실행 가능한 루틴은 각 베어링 위치에서 월별 또는 분기별 엔벨로프 분석으로, 자동 BPFO 피크 감지 및 추세, 설정된 알람의 약 2~3배로 설정된 알람을 사용합니다. 기준선 진폭 및 과거 추세를 통해 고장까지의 시간을 예측할 수 있습니다. BPFO 피크가 감지되면 주파수가 약 ±5% 내에서 계산된 값과 일치하는지 확인하고, 2× 및 3× 고조파를 확인하고, 특징적인 측파대 패턴을 찾고, 자매 장비의 동일한 베어링 위치와 비교하고(결함이 있는 장비에 고유해야 함), 모니터링 간격을 주간 또는 일간으로 늘립니다.
BPFO는 정확한 샤프트 속도에 따라 달라지므로 정확한 달리기 속도 속도 오차가 몇 퍼센트만 있어도 계산된 베어링 주파수가 달라지기 때문에 판독이 필수적입니다. 다음과 같은 휴대용 2채널 분석기는 발란셋-1A, 광학 레이저 타코미터 를 사용하면 현장 기술자가 스펙트럼을 캡처하여 베어링 주파수를 실제 축 속도에 고정하고 베어링 교체 전에 의심되는 외부 레이스 결함을 그 자리에서 확인할 수 있습니다.
BPFO 감지 및 추세는 다음 분야에서 진동 분석의 가장 성공적인 애플리케이션 중 하나입니다. 예측 유지 보수, 베어링 고장을 방지하고 조건 기반 교체가 가능하여 장비 신뢰성과 유지보수 비용을 모두 최적화합니다.
