Розуміння BPFO – Зовнішнє коло частоти передач м'яча
Визначення: Що таке BPFO?
БПФО (Частота передач м'яча, зовнішня траєкторія) є одним із чотирьох фундаментальних частоти несправностей підшипників що вказує на швидкість, з якою елементи кочення (кульки або ролики) проходять через дефект, розташований на зовнішньому кільці підшипника кочення. Коли на зовнішньому кільці є відкол, тріщина, виїмка або інший дефект, кожен елемент кочення вдаряється об дефект під час проходження, створюючи повторюваний удар, який генерує вібрація на частоті BPFO.
BPFO є найважливішою діагностично важливою частотою для підшипників, оскільки дефекти зовнішнього кільця є найпоширенішим типом виходу з ладу підшипника, що становить приблизно 40% усіх відмов підшипників кочення. Виявлення піків BPFO у спектрах вібрації дозволяє ранньо ідентифікувати проблеми із зовнішнім кільцем, перш ніж виникне вихід з ладу підшипника.
Математичний розрахунок
Формула
BPFO розраховується з використанням геометрії підшипника та швидкості вала:
- BPFO = (N × n / 2) × [1 + (Bd/Pd) × cos β]
Змінні
- Н = Кількість тіл кочення (кульок або роликів) у підшипнику
- n = Частота обертання вала (Гц) або швидкість (об/хв/60)
- Bd = Діаметр кульки або ролика
- Пд = Діаметр ділильного отвору (діаметр кола через центри тіл кочення)
- β = Кут контакту (зазвичай 0° для радіальних кулькових підшипників, 15-40° для кутового контакту)
Спрощене наближення
Для підшипників з нульовим кутом контакту (β = 0°):
- BPFO ≈ (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
- Для типових підшипників з Bd/Pd ≈ 0,2 це дає BPFO ≈ 0,6 × N × n
- Емпіричне правило: BPFO ≈ 60% (кількість кульок × частота вала)
Типові значення
- Для підшипників з 8-12 елементами кочення: BPFO зазвичай 3-5× швидкість вала
- Приклад: 10-кульковий підшипник при 1800 об/хв (30 Гц) → BPFO ≈ 107 Гц (3,6× швидкість вала)
Фізичний механізм
Чому дефекти зовнішньої раси генерують BPFO
Зовнішня обойма у більшості підшипників нерухома, закріплена в корпусі:
- Дефект (відкол, виїмка) існує у фіксованому місці на зовнішньому кільці
- Коли сепаратор обертається, він переносить елементи кочення навколо підшипника
- Кожен елемент кочення по черзі проходить над місцем дефекту
- Коли кулька потрапляє на дефект, відбувається невеликий удар або “клацання”
- З N елементами кочення дефект виникає N разів за оберт клітки
- Оскільки клітка обертається приблизно зі швидкістю 0,4× швидкість вала, і кожна кулька вдаряється один раз за оберт клітки, загальна частота ударів = N × частота клітки ≈ BPFO
Характеристики впливу
- Кожен удар короткий (тривалість мікросекунди)
- Впливи періодичні з частотою BPFO
- Енергія удару збуджує високочастотні резонанси в несучій конструкції
- Повторюваність створює чіткі спектральні піки
Вібраційна сигнатура в спектрах
У стандартному спектрі FFT
- Основний пік: На частоті BPFO
- Гармоніки: При 2×BPFO, 3×BPFO, 4×BPFO (що вказує на тяжкість дефекту)
- Бічні смуги: Може мати бічні смуги ±1×, якщо зовнішня обойма може трохи обертатися або через зміну зони навантаження
- Амплітуда: Збільшується в міру поширення дефекту
У спектрі обвідної
- Пік BPFO набагато чіткіший та має вищу амплітуду, ніж у стандартному швидкому перетворенні Фур'є (FFT).
- Гармоніки чітко відображені
- Можливість раннього виявлення (дефекти можна виявити на місяці раніше)
- Менше перешкод від низькочастотної вібрації
Типова амплітудна прогресія
- Початковий: 0,1-0,5 г (конверт), ледь помітно
- Рано: 0,5-2 г, чіткий пік BPFO з 1-2 гармоніками
- Помірний: 2-10 g, кілька гармонік, поява бічних смуг
- Розширений: >10 g, численні гармоніки, підвищений рівень шуму
Чому дефекти зовнішньої обойми є найпоширенішими
Поломки зовнішньої обойми переважають з кількох причин:
Концентрація навантаження
- При типовому горизонтальному розташуванні вала зона навантаження знаходиться знизу
- Зовнішня обойма внизу несе більшу частину навантаження
- Постійне навантаження на одну й ту саму секцію зовнішнього кільця прискорює втому
- Внутрішня обойма обертається, розподіляючи навантаження по всій окружності
Напруження при монтажі
- Зовнішня обойма, затиснута в корпус, може пошкодитися під час встановлення
- Натягнуті посадки створюють залишкові напруження
- Неправильне встановлення (перекіс, перекос) пошкоджує зовнішню обойму
Вплив забруднення
- Частинки потрапляють у підшипник через зовнішнє кільце
- Забруднення зосереджено в області зовнішнього кільця
- Частинки вбудовуються в м'якший матеріал зовнішнього кільця
Діагностичне значення
Висока діагностична достовірність
БПФО є одним з найнадійніших діагностичних показників:
- Частота точно розраховується та унікальна для кожного типу підшипника
- Навряд чи можна сплутати з частотами інших машин
- Чітка картина прогресування в міру погіршення дефекту
- Добре зрозумілий зв'язок між амплітудою та розміром дефекту
Оцінка серйозності
- Кількість гармонік: Більше гармонік = більш виражений дефект
- Пікова амплітуда: Більша амплітуда = більша площа дефекту
- Наявність бічної смуги: Широкі бічні смуги вказують на модуляцію, часто через зміну зони навантаження
- Шумовий рівень: Підвищений рівень шуму свідчить про значне погіршення стану поверхні
Зв'язок з іншими частотами пеленгу
BPFO проти BPFI
- BPFI (внутрішнє кільце) завжди має вищу частоту, ніж BPFO для того самого підшипника
- Типове співвідношення: BPFI/BPFO ≈ 1,6-1,8
- Якщо присутні обидва, це вказує на множинні дефекти (запущена несправність)
- БПФО частіше зустрічається спочатку; БПФІ може розвинутися як вторинне пошкодження
Бічні смуги зі швидкістю 1×
- Поки зовнішня обойма нерухома, можливий незначний рух
- Вільне кріплення підшипника дозволяє зовнішньому кільцю зміщуватися або трохи обертатися
- Зміна зони навантаження під час обертання ротора створює амплітудну модуляцію
- Результати в ±1× бічних смугах навколо піку BPFO
Практична стратегія моніторингу
Рутинний моніторинг
- Щомісячний або щоквартальний аналіз обвідної поверхні в кожному місці розташування підшипника
- Автоматичне виявлення піків BPFO та відображення трендів
- Сигналізація встановлена на рівні 2-3× базової амплітуди
- Трендування історичних даних для прогнозування часу відмови
Підтверджувальні тести
При виявленні BPFO:
- Перевірте, чи частота відповідає розрахунковому значенню (в межах ±5%)
- Перевірка на наявність гармонік (2×BPFO, 3×BPFO)
- Шукайте характерний візерунок бічної смуги
- Порівняйте з іншими підшипниками на тій самій машині (має бути унікальним для дефектного підшипника)
- Збільште частоту моніторингу до щотижневого або щоденного
Виявлення та моніторинг BPFO є одним з найуспішніших застосувань аналізу вібрації в прогнозному обслуговуванні, запобігаючи виходам підшипників на обробку та забезпечуючи стратегії заміни на основі стану, що оптимізують як надійність обладнання, так і витрати на обслуговування.
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 