Razumevanje BPFO – Zunanja dirka za pogostost podajanja žoge

Naprave

Prenosni balanser in analizator vibracij Balanset-1A

$2,358.31

Deli

Senzor vibracij

$107.47

Deli

Optični senzor (laserski tahometer)

$148.07

Naprave

Balanset-4

$8,123.32

Deli

Magnetno stojalo velikosti 60 kgf

$54.93

Deli

Reflektivni trak

$11.94

Naprave

Dinamični balanser "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicija: Kaj je BPFO?

BPFO (Frekvenca podajanja žoge, Zunanji tek) je eden od štirih temeljnih frekvence napak ležajev ki označuje hitrost, s katero kotalni elementi (kroglice ali valjčki) prehajajo čez napako, ki se nahaja na zunanjem obroču kotalnega ležaja. Ko na zunanjem obroču obstaja odlušitev, razpoka, jama ali druga napaka, vsak kotalni element med prehodom udari v napako, kar ustvari ponavljajoč se udarec, ki generira vibracije na frekvenci BPFO.

BPFO je diagnostično najpomembnejša frekvenca ležajev, ker so napake zunanjega obroča najpogostejša vrsta odpovedi ležajev, saj predstavljajo približno 40% vseh odpovedi kotalnih ležajev. Zaznavanje vrhov BPFO v vibracijskih spektrih omogoča zgodnje prepoznavanje težav z zunanjim obročem, preden pride do odpovedi ležaja.

Matematični izračun

Formula

BPFO se izračuna z uporabo geometrije ležaja in hitrosti gredi:

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

Spremenljivke

• N = Število kotalnih elementov (kroglic ali valjev) 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 (običajno 0° za radialne kroglične ležaje, 15–40° za kotni kontakt)

Poenostavljena aproksimacija

Za ležaje z ničelnim kontaktnim kotom (β = 0°):

• BPFO ≈ (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
• Za tipične ležaje z razmerjem Bd/Pd ≈ 0,2 to pomeni BPFO ≈ 0,6 × N × n
• Pravilo: BPFO ≈ 60% od (število kroglic × frekvenca gredi)

Tipične vrednosti

• Za ležaje z 8–12 kotalnimi elementi: BPFO običajno 3–5 × hitrost gredi
• Primer: 10-kroglični ležaj pri 1800 vrt/min (30 Hz) → BPFO ≈ 107 Hz (3,6 × hitrost gredi)

Fizični mehanizem

Zakaj napake zunanjega dirkališča povzročajo BPFO

Zunanji obroč je pri večini ležajev stacionaren, pritrjen v ohišju:

1. Na zunanjem obroču je na fiksnem mestu napaka (odlomek, jama)
2. Ko se kletka vrti, nosi kotalne elemente okoli ležaja
3. Vsak kotalni element nato prehaja čez mesto napake
4. Ko žoga zadene napako, se pojavi majhen udarec ali "klik"
5. Pri N kotalnih elementih se napaka pojavi N-krat na obrat kletke
6. Ker se kletka vrti s približno 0,4 × hitrostjo gredi in vsaka krogla udari enkrat na obrat kletke, je skupna stopnja udarcev = N × frekvenca kletke ≈ BPFO

Značilnosti vpliva

• Vsak udarec je kratek (trajanje mikrosekund)
• Vplivi so periodični s frekvenco BPFO
• Udarna energija vzbuja visokofrekvenčne resonance v nosilni konstrukciji
• Ponavljajoča se narava ustvarja jasne spektralne vrhove

Vibracijski podpis v spektrih

V standardnem FFT spektru

• Primarni vrh: Na frekvenci BPFO
• Harmoniki: Pri 2×BPFO, 3×BPFO, 4×BPFO (kar kaže na resnost napake)
• Stranski pasovi: Lahko ima ±1× stranske pasove, če se zunanji obroč lahko rahlo vrti ali zaradi spremembe obremenitvenega območja
• Amplituda: Poveča se s širjenjem napake

V ovojničnem spektru

• Vrh BPFO je veliko jasnejši in ima višjo amplitudo kot pri standardni FFT
• Harmoniki vidno prikazani
• Možno zgodnje odkrivanje (napake je mogoče odkriti že mesece prej)
• Manj motenj zaradi nizkofrekvenčnih vibracij

Tipična progresija amplitude

• Začetno: 0,1–0,5 g (ovojnica), komaj zaznavno
• Zgodaj: 0,5–2 g, jasen vrh BPFO z 1–2 harmonikoma
• Zmerno: 2–10 g, več harmonikov, pojavljajo se stranski pasovi
• Napredno: >10 g, številni harmoniki, povišana raven šuma

Zakaj so napake zunanjega dirkališča najpogostejše

Okvare zunanjega obroča prevladujejo iz več razlogov:

Koncentracija obremenitve

• Pri tipični vodoravni orientaciji gredi je območje obremenitve na dnu
• Zunanji tek na dnu nosi večino obremenitve
• Stalna obremenitev istega zunanjega dela obroča pospešuje utrujenost
• Notranji obroč se vrti in porazdeli obremenitev po celotnem obodu

Napetosti pri vgradnji

• Zunanji obroč, stisnjen v ohišje, se lahko poškoduje pri namestitvi
• Interferenčni prilegi ustvarjajo preostale napetosti
• Nepravilna namestitev (neporavnanost, napenjanje) poškoduje zunanji obroč

Učinki kontaminacije

• Delci vstopijo v ležaj na zunanjem obroču
• Kontaminacija je skoncentrirana v zunanjem delu obroča
• Delci, vdelani v mehkejši material zunanjega obroča

Diagnostični pomen

Visoka diagnostična zanesljivost

BPFO je eden najbolj zanesljivih diagnostičnih kazalnikov:

• Frekvenca je natančno izračunana in edinstvena za vsak tip ležaja
• Malo verjetno je, da bi ga zamenjali s frekvencami drugih strojev
• Jasen vzorec napredovanja, ko se napaka poslabša
• Dobro razumljen odnos med amplitudo in velikostjo napake

Ocena resnosti

• Število harmonikov: Več harmonikov = bolj napredna napaka
• Vrhunska amplituda: Višja amplituda = večja površina napake
• Prisotnost stranskega pasu: Obsežni stranski pasovi kažejo na modulacijo, pogosto zaradi variacije obremenitvenega območja
• Prag hrupa: Povišana raven hrupa kaže na obsežno obrabo površine

Razmerje do drugih frekvenc ležajev

BPFO proti BPFI

• BPFI (notranji tek) vedno višja frekvenca kot BPFO za isti ležaj
• Tipično razmerje: BPFI/BPFO ≈ 1,6–1,8
• Če sta prisotna oba, to kaže na več napak (napredovala odpoved)
• BPFO je na začetku pogostejša; BPFI se lahko razvije kot sekundarna poškodba

Stranski pasovi pri hitrosti 1×

• Medtem ko zunanji obroč miruje, je možno rahlo premikanje
• Ohlapno prileganje ležaja omogoča, da se zunanji obroč rahlo premika ali vrti
• Spreminjanje obremenitvenega območja med kroženjem rotorja ustvarja amplitudno modulacijo
• Rezultati v stranskih pasovih ±1× okoli vrha BPFO

Praktična strategija spremljanja

Rutinsko spremljanje

• Mesečna ali četrtletna analiza ovojnice na vsaki lokaciji ležaja
• Samodejno zaznavanje in merjenje trendov vrhov BPFO
• Alarm nastavljen na 2–3 × izhodiščno amplitudo
• Trend zgodovinskih podatkov za napovedovanje časa okvare

Potrditveni testi

Ko je odkrita BPFO:

• Preverite, ali se frekvenca ujema z izračunano vrednostjo (znotraj ±51 TP3T)
• Preverite harmonike (2×BPFO, 3×BPFO)
• Poiščite značilen vzorec stranskega pasu
• Primerjajte z drugimi ležaji na istem stroju (mora biti edinstveno za okvarjen ležaj)
• Povečajte pogostost spremljanja na tedensko ali dnevno

Zaznavanje in spremljanje BPFO predstavlja eno najuspešnejših aplikacij analize vibracij v napovednem vzdrževanju, saj preprečuje okvare ležajev in omogoča strategije zamenjave na podlagi stanja, ki optimizirajo tako zanesljivost opreme kot stroške vzdrževanja.

---

← Nazaj na glavno kazalo