Razumevanje BPFI – Notranja dirka za pogostost podajanja žoge
Definicija: Kaj je BPFI?
BPFI (Frekvenca podajanja žoge, notranja dir) je eden od štirih temeljnih frekvence napak ležajev ki označuje hitrost, s katero kotalni elementi prehajajo čez napako na notranjem obroču kotalnega ležaja. Ko na vrtečem se notranjem obroču obstaja odlušitev, razpoka ali jama, mirujoči kotalni elementi med vrtenjem mimo njih večkrat udarijo v napako, kar ustvarja periodične udarce, ki generirajo vibracije na frekvenci BPFI.
Za BPFI je značilna višja frekvenca kot BPFO (frekvenca zunanjega dirkališča) in skoraj vedno kaže izrazito ±1× stranski pasovi zaradi amplitudne modulacije, ko se napaka vrti v in iz območja obremenitve ležaja. Ti stranski pasovi so ključni diagnostični označevalec, ki loči napake notranjega obroča od drugih težav z ležaji.
Matematični izračun
Formula
BPFI se izračuna z uporabo geometrije ležaja in hitrosti gredi:
- BPFI = (N × n / 2) × [1 – (Bd/Pd) × cos β]
Spremenljivke
- N = Število kotalnih elementov v ležaju
- n = Vrtilna frekvenca gredi (Hz) ali hitrost (vrt/min/60)
- Bd = Premer kroglice ali valja
- Pd = Premer delitve (premer kroga skozi središča kotalnih elementov)
- β = kontaktni kot
Zakaj BPFI > BPFO
BPFI je za isti ležaj vedno višji od BPFO, ker:
- Notranji obroč se vrti skupaj z gredjo, medtem ko se kotalni elementi krožijo s hitrostjo kletke (~0,4×)
- Relativna hitrost med notranjim obročem in kotalnimi elementi je višja
- Formula kaže BPFI = (N × n / 2) × [1 – Bd/Pd], medtem ko je BPFO = (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
- Znak minus v BPFI ga poveča (če od 1 odštejemo ulomek)
- Tipično razmerje: BPFI/BPFO ≈ 1,6–1,8
Tipične vrednosti
- Za običajne ležaje: BPFI običajno 5–7 × hitrost gredi
- Primer: 10-kroglični ležaj pri 1800 vrt/min (30 Hz) → BPFI ≈ 173 Hz (5,8 × hitrost gredi)
Fizični mehanizem in modulacija obremenitvenega območja
Vrteča se napaka
Okvare notranjega dirkalne dirke ustvarjajo edinstveno situacijo:
- Napaka je na vrtečem se notranjem obroču
- Ko se notranji obroč vrti, se napaka premika po obodu ležaja
- Vsak kotalni element naleti na napako, ko gre mimo (frekvenca BPFI)
- Vendar se resnost udarca razlikuje glede na lokacijo napake glede na območje obremenitve
Učinek obremenitvene cone
Območje obremenitve ležaja ustvarja amplitudno modulacijo:
- Napaka v območju obremenitve: Visoka kontaktna sila, močan udarec ob udarcu kotalnega elementa
- Napaka v nasprotni coni obremenitve: Nizka ali ničelna kontaktna sila, šibek ali brez udarca
- Modulacijska frekvenca: Napaka preide skozi območje obremenitve enkrat na obrat gredi (1× frekvenca)
- Rezultat: BPFI amplitudno moduliran pri 1× hitrosti gredi
Generiranje stranskega pasu
Amplitudska modulacija ustvarja matematične stranske pasove:
- Nosilna frekvenca: BPFI
- Modulacijska frekvenca: 1× hitrost gredi
- Stranski pasovi: BPFI ± 1×, BPFI ± 2×, BPFI ± 3×
- Vzorec: Simetrični stranski pasovi, razporejeni v intervalih 1× okoli BPFI
- Diagnostična vrednost: Ta vzorec stranskih pasov je skoraj patognomoničen za napake notranjega dirkanja
Značilnosti vibracijskega podpisa
Tipičen videz spektra
- Osrednji vrh: Pri frekvenci BPFI
- Družina stranskih pasov: Več vrhov pri BPFI ± n×(1×), kjer je n = 1, 2, 3, …
- Harmonične družine: Dodatne družine stranskih pasov pri 2×BPFI, 3×BPFI z lastnimi stranskimi pasovi ±1×
- Vizualni vzorec: Izgleda kot vzorec "ograje iz lesenih letev" ali glavnika
Značilnosti ovojničnega spektra
- Vrh BPFI prevladuje v spektru ovojnice
- Stranski pasovi izjemno jasni in diagnostični
- Zgodnje odkrivanje več mesecev preden standardna FFT pokaže vrhove
- Amplituda se eksponentno povečuje z naraščanjem napake
Odkrivanje in diagnoza
Koraki prepoznavanja
- Izračunajte BPFI: Iz številke modela ležaja ali geometrije
- Iskalni spekter: Poiščite vrh pri izračunani frekvenci (toleranca ±5%)
- Preverite stranske pasove: Potrdite prisotnost stranskih pasov ±1× (ključna diagnostična funkcija)
- Preverite harmonike: Iščite 2×BPFI, 3×BPFI z lastnimi stranskimi pasovi
- Ocenite amplitudo: Primerjajte z izhodiščno vrednostjo ali smernicami za resnost
- Potrdite diagnozo: BPFI + stranski pasovi = potrjena napaka notranjega obroča
Diferencialna diagnoza
| Funkcija | BPFI (Notranja dirka) | BPFO (zunanja dirka) |
|---|---|---|
| Pogostost | Višja (5–7× hitrost gredi) | Nižje (3–5× hitrost gredi) |
| Stranski pasovi | Skoraj vedno prisoten (±1×) | Lahko je prisoten ali pa tudi ne |
| Vzorec stranskega pasu | Zelo enakomerni, jasni razmiki | Manj redne, če so prisotne |
| Pojav | Manj pogosti (~25% napak) | Najpogostejše napake (~40%) |
Napredovanje in resnost
Faze razvoja napak
- Začetek: Nastanejo mikroskopske razpoke ali jamice, ki jih še ni mogoče zaznati
- Začetno: Majhen vrh BPFI se pojavi v spektru ovojnice (0,1–0,5 g)
- Zgodaj: Jasen vrh BPFI z 1-2 harmonikoma in stranskimi pasovi (0,5-2 g)
- Zmerno: Več harmonikov, izraziti stranski pasovi, odlušitev vidna pri pregledu (2–10 g)
- Napredno: Zelo visoka amplituda, številni harmoniki, povišana raven šuma (>10 g)
- Huda: Prevladuje širokopasovni šum, nosilec je blizu odpovedi, katastrofalna odpoved je neizbežna
Ocena preostale življenjske dobe
- Začetno do zgodnje: Običajno ostane 6–18 mesecev
- Zgodnje do zmerno: Preostali 3–6 mesecev
- Zmerno do napredno: Preostali 1–3 meseci
- Napredno do hudo: Preostali dnevi do tedni
- Spremenljivke: Dejanski časovni okvir je odvisen od obremenitve, hitrosti, obratovalnih pogojev in velikosti ležaja.
Vzroki za okvare notranje rase
- Utrujenost: Visokociklična utrujenost zaradi ponavljajočih se obremenitev
- Nepravilna namestitev: Poškodba med montažo (udarjanje notranjega obroča s kladivom)
- Poškodba gredi: Groba ali poškodovana površina gredi, ki povzroča trenje
- Tesno prileganje z motnjami: Prekomerna sila med stiskanjem
- Neusklajenost: Neenakomerna obremenitev pospešuje utrujenost
- Kontaminacija: Delci, ki povzročajo poškodbe zaradi vdolbin
- Napaka mazanja: Nezadostno mazanje, ki vodi do površinskih poškodb
Korektivni ukrepi
Takojšen odziv (ob zaznavi)
- Povečajte pogostost spremljanja (mesečno → tedensko → dnevno, ko se resnost poveča)
- Zamenja ležajev naj bo načrtovana med naslednjim primernim izklopom.
- Amplituda trenda za napoved preostale uporabne dobe
- Izogibajte se delovanju pri kritičnih hitrostih, ki bi lahko pospešile okvaro
Načrtovanje zamenjave
- Naročite nadomestni ležaj (potrdite pravilen model)
- Načrt za pregled gredi (napake notranjega obroča lahko poškodujejo gred)
- Raziščite vzrok, da preprečite ponovitev
- V primeru prezgodnje odpovedi razmislite o izboljšani specifikaciji ležaja
Zaznavanje BPFI z analizo vibracij je temelj spremljanja stanja ležajev. Karakterističen visokofrekvenčni vrh z 1× stranskimi pasovi nedvoumno kaže na napake notranjega obroča, kar omogoča pravočasne vzdrževalne ukrepe, ki preprečujejo katastrofalne okvare ležajev in s tem povezane sekundarne poškodbe gredi in ohišij.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 