Forstå BPFI – Ballpassfrekvensens indre kappløp

Enheter

Bærbart balanse- og vibrasjonsanalyseapparat Balanset-1A

$2,353.63 Opprinnelig pris var: $2,353.63.$2,025.91Nåværende pris er: $2,025.91.

Deler

Vibrasjonssensor.

$107.25 Opprinnelig pris var: $107.25.$83.42Nåværende pris er: $83.42.

Deler

Optisk sensor (lasertakometer)

$147.77 Opprinnelig pris var: $147.77.$107.25Nåværende pris er: $107.25.

Enheter

Balanset-4.

$8,107.20

Deler

Magnetisk stativ Insize-60-kgf.

$54.82

Deler

Reflekterende tape.

$11.92

Enheter

Dynamisk balanseringsenhet "Balanset-1A" OEM

$2,067.62 Opprinnelig pris var: $2,067.62.$1,787.57Nåværende pris er: $1,787.57.

Definisjon: Hva er BPFI?

BPFI (Ballpassfrekvens, indre løp) er en av de fire grunnleggende frekvenser av lagerfeil som indikerer hastigheten som rulleelementer passerer over en defekt på den indre ringen til et rullelager. Når det finnes en avskalling, sprekk eller grop på den roterende indre ringen, treffer de stasjonære rulleelementene defekten gjentatte ganger mens de roterer forbi dem, noe som skaper periodiske støt som genererer vibrasjon på BPFI-frekvensen.

BPFI kjennetegnes ved å ha høyere frekvens enn BPFO (frekvensen til det ytre løpet) og viser nesten alltid karakteristisk ±1× sidebånd på grunn av amplitudemodulasjon når defekten roterer inn og ut av lagerets lastsone. Disse sidebåndene er en viktig diagnostisk markør som skiller defekter i indre lagerbane fra andre lagerproblemer.

Matematisk beregning

Formel

BPFI beregnes ved hjelp av lagergeometri og akselhastighet:

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

Variabler

• N = Antall rulleelementer i lageret
• n = Akselrotasjonsfrekvens (Hz) eller hastighet (RPM/60)
• Bd = Kule- eller rullediameter
• Pd = Stigningsdiameter (sirkelens diameter gjennom rulleelementets sentrum)
• β = Kontaktvinkel

Hvorfor BPFI > BPFO

BPFI er alltid høyere enn BPFO for samme lager fordi:

• Indre løpebane roterer med akselen mens rulleelementene går i bane med burhastighet (~0,4×)
• Relativ hastighet mellom innerringen og rulleelementene er høyere
• Formelen viser BPFI = (N × n / 2) × [1 – Bd/Pd] mens BPFO = (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
• Minustegnet i BPFI gjør det større (ved å trekke fra en brøkdel fra 1)
• Typisk forhold: BPFI/BPFO ≈ 1,6–1,8

Typiske verdier

• For vanlige lagre: BPFI vanligvis 5–7× akselhastighet
• Eksempel: 10-kulelager ved 1800 o/min (30 Hz) → BPFI ≈ 173 Hz (5,8× akselhastighet)

Fysisk mekanisme og lastsonemodulering

Den roterende defekten

Defekter i indre rase skaper en unik situasjon:

1. Feilen er på den roterende indre ringen
2. Når den indre lagerringen roterer, beveger defekten seg rundt lageromkretsen
3. Hvert rulleelement treffer en defekt når det passerer (BPFI-frekvens)
4. Men alvorlighetsgraden av støtet varierer avhengig av feilens plassering i forhold til lastsonen

Lastsoneeffekt

Lagerets lastsone skaper amplitudemodulasjon:

• Feil i lastesonen: Høy kontaktkraft, kraftig støt når rulleelementet treffer det
• Feil motsatt lastsone: Lav eller null kontaktkraft, svak eller ingen støt
• Modulasjonsfrekvens: Feilen passerer gjennom lastsonen én gang per akselomdreining (1× frekvens)
• Resultat: BPFI-amplitudemodulert ved 1× akselhastighet

Sidebåndgenerering

Amplitudemodulasjon skaper matematiske sidebånd:

• Bærefrekvens: BPFI
• Modulasjonsfrekvens: 1× akselhastighet
• Sidebånd: BPFI ± 1×, BPFI ± 2×, BPFI ± 3×
• Mønster: Symmetriske sidebånd fordelt med 1× intervaller rundt BPFI
• Diagnostisk verdi: Dette sidebåndsmønsteret er nesten patognomonisk for indre rasefeil

Vibrasjonssignaturkarakteristikker

Typisk spektrumutseende

• Sentral topp: Ved BPFI-frekvens
• Sidebåndfamilie: Flere topper ved BPFI ± n×(1×), hvor n = 1, 2, 3, …
• Harmoniske familier: Ytterligere sidebåndfamilier ved 2×BPFI, 3×BPFI med egne ±1× sidebånd
• Visuelt mønster: Ser ut som et “stakittgjerde” eller kammønster

Konvoluttspektrumfunksjoner

• BPFI-topp dominerer konvoluttspekteret
• Sidebånd ekstremt klare og diagnostiske
• Tidlig deteksjon måneder før standard FFT viser topper
• Amplituden øker eksponentielt etter hvert som defekten vokser

Deteksjon og diagnose

Anerkjennelsestrinn

1. Beregn BPFI: Fra lagermodellnummer eller geometri
2. Søkespektrum: Se etter topp ved beregnet frekvens (±5% toleranse)
3. Bekreft sidebånd: Bekreft at ±1× sidebånd er til stede (nøkkeldiagnostisk funksjon)
4. Sjekk harmoniske: Se etter 2×BPFI, 3×BPFI med egne sidebånd
5. Vurder amplitude: Sammenlign med retningslinjer for grunnleggende eller alvorlighetsgrad
6. Bekreft diagnose: BPFI + sidebånd = indre løpsfeil bekreftet

Differensialdiagnose

Trekk	BPFI (Indre rase)	BPFO (Ytre rase)
Hyppighet	Høyere (5–7× akselhastighet)	Lavere (3–5× akselhastighet)
Sidebånd	Nesten alltid tilstede (±1×)	Kan være til stede eller ikke
Sidebåndmønster	Svært regelmessig, tydelig avstand	Mindre regelmessig hvis tilstede
Hendelse	Mindre vanlig (~25% av feil)	Vanligste (~40% av feil)

Progresjon og alvorlighetsgrad

Stadier av feilutvikling

1. Innvielse: Mikroskopiske sprekker eller groper dannes, ikke påviselige ennå
2. Begynner: Liten BPFI-topp vises i konvoluttspekteret (0,1–0,5 g)
3. Tidlig: Klar BPFI-topp med 1–2 harmoniske og sidebånd (0,5–2 g)
4. Moderat: Flere harmoniske, fremtredende sidebånd, avskalling synlig ved inspeksjon (2–10 g)
5. Avansert: Svært høy amplitude, mange harmoniske, forhøyet støynivå (>10 g)
6. Alvorlig: Bredbåndsstøy dominerer, lager nær svikt, katastrofal svikt nært forestående

Estimering av gjenværende levetid

• Begynnende til tidlig: Vanligvis 6–18 måneder igjen
• Tidlig til moderat: 3–6 måneder igjen
• Moderat til avansert: 1–3 måneder igjen
• Avansert til alvorlig: Dager til uker igjen
• Variabler: Faktisk tidslinje avhenger av belastning, hastighet, driftsforhold og lagerstørrelse

Årsaker til indre rasedefekter

• Utmattelse: Høy syklusutmattelse fra repeterende belastning
• Feil installasjon: Skade under montering (treff på innerringen med hammer)
• Skade på akselen: Ru eller skadet akseloverflate som forårsaker slitasje
• Tett passform for interferens: For stor kraft under pressmontering
• Feiljustering: Ujevn belastning akselererer utmattelse
• Forurensning: Partikler som forårsaker skader ved inntrykk
• Smøringsfeil: Utilstrekkelig smøring som fører til overflateskader

Korrigerende tiltak

Umiddelbar respons (ved deteksjon)

• Øk overvåkingsfrekvensen (månedlig → ukentlig → daglig etter hvert som alvorlighetsgraden øker)
• Planlegg lagerbytte ved neste passende driftsstans
• Trendamplitude for å forutsi gjenværende levetid
• Unngå å kjøre med kritiske hastigheter som kan akselerere feil

Planlegging av erstatning

• Bestill et nytt lager (bekreft riktig modell)
• Plan for akselinspeksjon (feil i indre lager kan skade akselen)
• Undersøk underliggende årsak for å forhindre gjentakelse
• Vurder forbedrede lagerspesifikasjoner ved for tidlig svikt

BPFI-deteksjon gjennom vibrasjonsanalyse er en hjørnestein i overvåking av lagertilstand. Den karakteristiske høyfrekvente toppen med 1× sidebånd gir entydig indikasjon på defekter i indre lagerlager, noe som muliggjør rettidige vedlikeholdstiltak som forhindrer katastrofale lagerfeil og tilhørende sekundærskader på aksler og hus.

---

← Tilbake til hovedindeksen