Understanding BPFI — Ball Pass Frequency, Inner Race
BPFI (Ball Pass Frequency, Inner Race) என்பது நான்கு அடிப்படை கொண்டு பழுது அதிர்வெண்கள் களில் ஒன்றாகும், மேலும் இது தாங்கியின் சுழலும் உள் வளையத்தில் (inner race) உள்ள ஒரு குறைபாட்டின் மீது உருளும் உறுப்புகள் கடந்து செல்லும் வீதத்தைக் குறிக்கிறது. அந்த உள் தடப்பாதையில் (raceway) ஒரு spall, விரிசல், அல்லது குழி உருவாகும்போது, வளையம் அதைக் கடந்து கொண்டு செல்லும்போது ஒவ்வொரு உருளும் உறுப்பும் அந்தக் குறைபாட்டைத் தாக்குகிறது, இது vibration சமிக்ஞையில் BPFI அதிர்வெண்ணில் தோன்றும் காலமுறை தாக்கங்களை உருவாக்குகிறது. மற்ற சிறப்பியல்பு அதிர்வெண்களிலிருந்து BPFI-ஐ வேறுபடுத்துவது அதன் கிட்டத்தட்ட-நிலையான ±1× துணையாகும் sidebands — இது உள்-வளையக் குறைபாடுகளை vibration analysis.
1. வரையறை: BPFI என்றால் என்ன?
ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளியின் மீது உள் ரேஸில் (inner race) அலகு நேரத்திற்கு எத்தனை உருளும்-உறுப்புகள் (rolling elements) கடந்து செல்கின்றன என்பதை BPFI கணக்கிடுகிறது. உள் ரேஸ் ஷாஃப்ட்டுடன் சுழல்கையில், உறுப்புகள் கேஜ் வேகத்தில் மெதுவாகச் சுற்றுவதால், ரேஸுக்கும் உறுப்புகளுக்கும் இடையிலான ஒப்பீட்டு இயக்கம் அதிகமாக உள்ளது — எனவே அதிர்வெண்ணும் அதிகமாக உள்ளது. கோளாறு சுழலும் ரேஸின் மீது இருப்பதால், கடந்து செல்லும் ஒவ்வொரு பந்து அல்லது உருளையாலும் (roller) அது மீண்டும் மீண்டும் தாக்கப்படுகிறது. வெளி-ரேஸ் அதிர்வெண் (BPFO), கேஜ் அதிர்வெண் (FTF), மற்றும் உருளும்-உறுப்பு சுழற்சி அதிர்வெண் (BSF) ஆகியவற்றுடன் சேர்ந்து, ஒரு பேரிங்கிற்குள் சேதத்தை இடம்காண பகுப்பாய்வாளர் கணக்கிடும் நிலையான அதிர்வெண் தொகுப்பை BPFI உருவாக்குகிறது. கோளாறுகளே பின்வரும் பரந்த தலைப்பிற்கு உரியவை தாங்கு குறைபாடுகள்.
2. கணித நிரல்
சூத்திரம் மற்றும் மாறிகள்
BPFI பேரிங் வடிவவியல் மற்றும் ஷாஃப்ட் வேகத்திலிருந்து பெறப்படுகிறது:
BPFI = (N × n / 2) × [1 + (Bd/Pd) · cos β]
- N = பேரிங்கில் உள்ள உருளும்-உறுப்புகளின் எண்ணிக்கை.
- n = தண்ட சுழல் அதிர்வெண் Hz-ல் (அல்லது RPM ÷ 60).
- Bd = பந்து அல்லது உருளை விட்டம்.
- Pd = பிட்ச் விட்டம் (pitch diameter) (உருளும்-உறுப்பு மையங்கள் வழியாகச் செல்லும் வட்டம்).
- ОІ = தொடர்பு கோணம்.
BPFI ஏன் எப்போதும் BPFO ஐ விட அதிகமாக இருக்கிறது
ஒரே பேரிங்கிற்கு, BPFI எப்போதும் BPFO ஐ விட அதிகமாக இருக்கும், அதற்கான காரணத்தை சூத்திரம் சரியாகக் காட்டுகிறது:
- The inner race rotates with the shaft, while the rolling elements orbit more slowly at cage speed (roughly 0.4× shaft speed), so the relative velocity at the inner race is greater.
- BPFI uses the term [1 + Bd/Pd], whereas BPFO uses [1 − Bd/Pd].
- Adding the fraction to one keeps BPFI’s multiplier larger than BPFO’s.
- வழக்கமான BPFI/BPFO விகிதம் சுமார் 1.6–1.8.
Typical values
- பொதுவான பேரிங்குகளுக்கு, BPFI சுமார் தண்டு வேகத்தின் 5–7× மடங்கு.
- செயல்படுத்திய உதாரணம்: a 10-ball bearing at 1800 RPM (30 Hz) gives BPFI ≈ 173 Hz, about 5.8× shaft speed.
ஒவ்வொரு இயந்திரத்திற்கும் இதைக் கையால் மதிப்பிடுவதற்குப் பதிலாக, பெரும்பாலான பகுப்பாய்வாளர்கள் இந்த மதிப்பை — BPFO, BSF மற்றும் FTF உடன் சேர்த்து — நேரடியாகப் படிக்கிறார்கள் தாங்கி குறைபாடு அதிர்வெண் கணக்கிடுபவர், பேரிங் வடிவவியல் மற்றும் இயங்கு வேகத்தை ஒருமுறை உள்ளீடு செய்து.
3. இயற்பியல் வழிமுறை மற்றும் சுமை-மண்டல மாடுலேஷன்
The rotating defect
உள்-ரேஸ் கோளாறு, வெளி ரேஸ் ஒருபோதும் காணாத ஒரு சூழ்நிலையை உருவாக்குகிறது, ஏனெனில் கோளாறே நகர்கிறது:
- கோளாறு சுழலும் உள் ரேஸின் மீது அமர்ந்துள்ளது.
- ரேஸ் சுழலும்போது, கோளாறு பேரிங் சுற்றளவைச் சுற்றிப் பயணிக்கிறது.
- ஒவ்வொரு உருளும்-உறுப்பும் கடந்து செல்லும்போது அதைத் தாக்குகிறது — அதுவே BPFI வீதம்.
- ஆனால் ஒவ்வொரு தாக்குதலின் விசையும், அந்தக் கணத்தில் சுமை-மண்டலத்தைப் பொறுத்து கோளாறு எங்கு அமர்ந்துள்ளது என்பதைச் சார்ந்துள்ளது.
The load-zone effect
ஏற்றப்பட்ட ஒவ்வொரு பேரிங்கிலும் ஒரு பகுதி உள்ளது — சுமை-மண்டலம் — அங்கு உருளும்-உறுப்புகள் ரேஸுகளுக்கு எதிராக மிக வலுவாக அழுத்துகின்றன. உள்-ரேஸ் கோளாறு ஒவ்வொரு ஷாஃப்ட் சுழற்சிக்கும் ஒருமுறை இந்த மண்டலத்தினுள் சுழன்று வெளியேறும்போது, தாக்க வலிமை உயர்ந்து தாழ்கிறது:
- சுமை-மண்டலத்திற்குள் கோளாறு: high contact force, a strong impact as each element strikes it.
- சுமை-மண்டலத்திற்கு எதிரே கோளாறு: little or no contact force, a weak or absent impact.
- மாடுலேஷன் அதிர்வெண்: கோளாறு இந்தச் சுழற்சியை ஒவ்வொரு ஷாஃப்ட் சுழற்சிக்கும் ஒருமுறை நிறைவு செய்கிறது — அதாவது 1× இயக்க வேகம்.
- Result: BPFI தாக்குதல்கள் 1× ஷாஃப்ட் வேகத்தில் வீச்சு-மாடுலேட் செய்யப்படுகின்றன.
Sideband generation
அந்த வீச்சு மாடுலேஷனே நோயறிதல் பக்கப்பட்டை சீப்பை (sideband comb) உருவாக்குகிறது:
- கேரியர் அதிர்வெண்: BPFI.
- மாடுலேஷன் அதிர்வெண்: 1× shaft speed.
- சைட்பாண்ட்கள்: BPFI ± 1×, BPFI ± 2×, BPFI ± 3×, கேரியரைச் சுற்றி சமச்சீராக இடைவெளியிடப்பட்டுள்ளன.
- Diagnostic value: இந்த ஒழுங்கான 1× பக்கப்பட்டை குடும்பம் உள்-ரேஸ் கோளாற்றிற்கு கிட்டத்தட்ட நோய்-தனித்துவமானது (pathognomonic) — மேலும் இதுவே BPFI ஐ ஒரு BSF கோளாற்றின் FTF-இடைவெளி பக்கப்பட்டைகளிலிருந்து வேறுபடுத்தும் சரியான அம்சமாகும்.
4. Vibration Signature Characteristics
Typical spectrum appearance
- Central peak BPFI அதிர்வெண்ணில்.
- Sideband family BPFI ± n×(1×) இல் உள்ள உச்சிகளின்.
- Harmonic families 2×BPFI மற்றும் 3×BPFI இல், ஒவ்வொன்றும் அதன் சொந்த ±1× பக்கப்பட்டைகளைக் கொண்டுள்ளது.
- Visual pattern: சமமாக இடைவெளியிடப்பட்ட உச்சிகளின் ஒரு “வேலி சீப்பு (picket fence)” அல்லது சீப்பு.
என்வலப் ஸ்பெக்ட்ரம் ஏன் தீர்க்கமானது
Inner-race impacts excite high-frequency bearing resonances rather than depositing all their energy at BPFI directly, so a raw FFT ஆரம்ப கட்டங்களில் குறிப்பிடத்தக்கதாகத் தெரியாமல் இருக்கலாம். சாதக பகுப்பாய்வு அந்த அதிர்வுறு வெடிப்புகளை டிமாடுலேட் செய்கிறது, மேலும் அதன் விளைவான சூழ்நிலை ஸ்பெக்ட்ரம் BPFI உச்சம் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது மற்றும் 1× பக்கப் பட்டைகள் (sidebands) விதிவிலக்கான தெளிவுடன் வெளிப்படுகின்றன — பெரும்பாலும் தரநிலை spectrum எதையும் காட்டுவதற்கு பல மாதங்களுக்கு முன்பே. குறைபாடு வளர்ந்து வளர, என்வலப் வீச்செல்லை (envelope amplitude) செங்குத்தாக உயர்கிறது.
5. கண்டறிதல், நோயறிதல் மற்றும் கள நடைமுறை
A reliable recognition sequence
- Calculate BPFI பேரிங் மாதிரி எண் அல்லது வடிவவியலில் இருந்து.
- Search the spectrum கணக்கிடப்பட்ட அதிர்வெண்ணில் ஓர் உச்சத்திற்காக, சுமார் ±5% சகிப்புத்தன்மையை அனுமதித்து.
- ±1× பக்கப் பட்டைகளை (sidebands) சரிபார்க்கவும் — முக்கிய உறுதிப்படுத்தும் அம்சம்.
- Check the harmonics (2×BPFI, 3×BPFI) அவற்றின் சொந்த பக்கப் பட்டைகளுக்காக.
- Assess amplitude against baseline or severity guidelines.
- Confirm: BPFI plus 1× sidebands equals an inner-race defect.
களத்தில், அதே பணிப்பாய்வு ஒரு கையடக்க இரு-சேனல் கருவியில் இயங்குகிறது. ஒரு பகுப்பாய்வாளர் பேரிங் வீட்டின் (housing) மீது ஒரு முடுக்கமானியை (accelerometer) பொருத்தி, இயக்க வேகத்தில் உயர்-அதிர்வெண் அதிர்வைப் பதிவுசெய்து, என்வலப்பை களத்திலேயே திரையிடலாம் — இயங்கும் இடத்திலேயே-அளக்கும் இந்த வகையான பணிக்காகவே Balanset-1A உருவாக்கப்பட்ட ஒரு கருவி, அதன் ரோட்டார்-சமநிலைப்படுத்தும் பணியுடன் சேர்ந்து ஒரு கள அதிர்வு பகுப்பாய்வியாகவும் இரட்டிப்பாக செயல்படுகிறது.
BPFI versus BPFO at a glance
| அம்சம் | BPFI (உள் வளையம்) | BPFO (வெளிப்புற விளிம்பு) |
|---|---|---|
| அதிர்வெண் | Higher (5–7× shaft speed) | Lower (3–5× shaft speed) |
| சைட்பாண்டுகள் | கிட்டத்தட்ட எப்போதும் இருக்கும் (±1×) | இருக்கலாம் அல்லது இல்லாமல் இருக்கலாம் |
| Sideband pattern | மிகவும் ஒழுங்கான, தெளிவான இடைவெளி | Less regular when present |
| நிகழ்தல் | குறைவாகக் காணப்படுவது (~25% செயலிழப்புகள்) | அதிகமாகக் காணப்படுவது (~40% செயலிழப்புகள்) |
6. முன்னேற்றம், தீவிரம் மற்றும் மீதமுள்ள ஆயுள்
Defect development stages
- தொடக்கம்: a microscopic crack or pit forms; not yet detectable.
- ஆரம்ப நிலை: என்வலப் நிறமாலையில் (spectrum) ஒரு சிறிய BPFI உச்சம் வெளிப்படுகிறது (≈ 0.1–0.5 g).
- ஆரம்பம்: ஒன்று அல்லது இரண்டு ஹார்மோனிக்குகள் மற்றும் பக்கப் பட்டைகளுடன் ஒரு தெளிவான BPFI உச்சம் (≈ 0.5–2 g).
- நடுத்தர: பல ஹார்மோனிக்குகள், முக்கியமான பக்கப் பட்டைகள், ஆய்வில் தெரியும் ஒரு உரிசல் (spall) (≈ 2–10 g).
- மேம்பட்ட: very high amplitude, numerous harmonics, a rising noise floor (> 10 g).
- கடுமையான: பரந்தலை இரைச்சல் (broadband noise) ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது, தனித்த உச்சங்கள் மங்கிப்போகின்றன, மேலும் பேரழிவுகரமான செயலிழப்பு உடனடியாக நெருங்குகிறது.
Remaining-life guidance
- தொடக்கம் முதல் ஆரம்பம் வரை: typically 6–18 months remaining.
- ஆரம்பம் முதல் மிதமான நிலை வரை: 3–6 months.
- மிதமான நிலை முதல் மேம்பட்ட நிலை வரை: 1–3 months.
- மேம்பட்ட நிலை முதல் கடுமையான நிலை வரை: days to weeks.
- Caveat: உண்மையான கால அட்டவணை சுமை, வேகம், மசகூட்டல் மற்றும் பேரிங் அளவைப் பொறுத்தது — இந்த எண்கள் வழிகாட்டிகளே தவிர உத்தரவாதங்கள் அல்ல, மேலும் எந்தவொரு முறையான மீதமுள்ள பயனுள்ள வாழ்க்கை estimate.
7. காரணங்கள் மற்றும் திருத்த நடவடிக்கைகள்
உள்-வளைய (inner-race) குறைபாடுகளுக்கான பொதுவான காரணங்கள்
- சோர்வு: மீண்டும் மீண்டும் சுமையால் ஏற்படும் உயர்-சுழற்சி உள்மேற்பரப்பு சோர்வு (subsurface fatigue), இது உன்னதமான ஆயுள்-முடிவு பொறிமுறையாகும்.
- முறையற்ற நிறுவனம்: பொருத்துகையில் ஏற்படும் சேதம், எடுத்துக்காட்டாக உள்-வளையத்தை அடித்து பேரிங்கைப் பொருத்துவது.
- Shaft damage: a rough or scored shaft seat causing fretting.
- Excessive interference fit: over-tight press-fitting raising hoop stress.
- சீரமைவின்மை: சோர்வை விரைவுபடுத்தும் சீரற்ற சுமை.
- மாசுபாடு: கடினமான துகள்கள் ரேஸ்வேயில் (raceway) பள்ளங்களை ஏற்படுத்துதல்.
- மசகூட்டல் செயலிழப்பு: போதிய மசகுப் படலம் இல்லாமை, மேற்பரப்பு பாதிப்பு மற்றும் ஸ்பால்லிங்.
Response and replacement planning
கண்டறிந்தவுடன், கண்காணிப்பு இடைவெளியை அதிகரிக்கவும் (தீவிரம் உயர உயர மாதந்தோறும் → வாரந்தோறும் → தினந்தோறும்), அடுத்த வசதியான பணிநிறுத்தத்தின்போது மாற்றீட்டைத் திட்டமிடவும், மேலும் மீதமுள்ள ஆயுளை முன்னறிவிக்க வீச்செல்லை போக்கறியவும். தாமதிப்பதைத் தவிர்க்கவும் முக்கிய வேகங்கள் செயலிழப்பை விரைவுபடுத்தக்கூடிய நிலையில். மாற்றீட்டைத் திட்டமிடும்போது, சரியான பேரிங் மாதிரியை ஆர்டர் செய்யவும், தண்டை (shaft) ஆய்வு செய்யவும் (ஒரு மேம்பட்ட உள்-வளைய குறைபாடு உட்காரும் இடத்தைக் கீறக்கூடும்), மேலும் மாற்றீடு அதே வழியில் செயலிழக்காதவாறு ஒரு மூல-காரண மறுஆய்வை நடத்தவும். ஒரு ஒழுங்கான நிலை கண்காணிப்பு திட்டத்துடன் ஒருங்கிணைக்கப்படும்போது, BPFI கண்டறிதல் பேரிங் நம்பகத்தன்மையின் ஒரு மூலக்கல்லாக மாறுகிறது — அதன் தவறவிட முடியாத உயர்-அதிர்வெண் உச்சம், 1× பக்கப் பட்டைகளுடன் சேர்ந்து, தண்டுகள் மற்றும் வீடுகளுக்கு இரண்டாம் நிலை சேதத்தைத் தடுக்கும் சரியான நேரத்தில், தெளிவான எச்சரிக்கையை வழங்குகிறது.
