理解BPFI——传球频率内部竞争

设备

便携式平衡器和振动分析仪 Balanset-1A

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部件

振动传感器。

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部件

光学传感器（激光转速计）。

$147.21 原价为：$147.21。$106.85当前价格为：$106.85。

设备

Balanset-4

$8,076.37

部件

磁座尺寸-60-kgf。

$54.61

部件

反射胶带。

$11.87

设备

Dynamic balancer "Balanset-1A" OEM

$2,059.75 原价为：$2,059.75。$1,780.77当前价格为：$1,780.77。

定义：什么是BPFI？

BPFI （传球频率，内场跑动）是四个基本要素之一 轴承故障频率 这表示滚动体轴承内圈上滚动体经过缺陷的速率。当旋转的内圈上存在剥落、裂纹或凹坑时，静止的滚动体在旋转经过缺陷时会反复撞击缺陷，产生周期性冲击，从而产生 振动 以 BPFI 频率。.

BPFI 的特点是发生频率高于 BPFO （外圈频率）并且几乎总是表现出明显的±1× 边带 由于缺陷在轴承载荷区内外旋转时会产生振幅调制，这些边带是区分内圈缺陷与其他轴承问题的关键诊断标志。.

数学计算

公式

BPFI是根据轴承几何形状和轴转速计算得出的：

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

变量

• 否 轴承中滚动体的数量
• n = 轴旋转频率（赫兹）或转速（转/60）
• 屋宇署 = 球或滚子的直径
• 钯 = 节圆直径（通过滚动体中心的圆的直径）
• β = 接触角

为什么BPFI优于BPFO

对于同一轴承，BPFI 始终高于 BPFO，原因如下：

• 内圈随轴旋转，滚动体以保持架速度（~0.4倍）绕轴旋转。
• 内圈与滚动体之间的相对速度较高
• 公式表明 BPFI = (N × n / 2) × [1 – Bd/Pd] 而 BPFO = (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
• BPFI 中的负号会使其增大（从 1 中减去一个分数）。
• 典型比例：BPFI/BPFO ≈ 1.6-1.8

典型值

• 对于普通轴承：BPFI 通常为轴转速的 5-7 倍
• 例如：10 个滚珠轴承，转速为 1800 RPM (30 Hz) → BPFI ≈ 173 Hz (5.8 倍轴转速)

物理机制和载荷区调制

旋转缺陷

种族内部缺陷会造成一种特殊情况：

1. 缺陷位于旋转内圈上。
2. 随着内圈旋转，缺陷会沿着轴承圆周移动。
3. 每个滚动体在经过时都会撞击缺陷（BPFI频率）
4. 但影响程度取决于缺陷相对于载荷区域的位置。

载荷区效应

轴承的载荷区会产生振幅调制：

• 负载区缺陷： 接触力大，滚动体撞击时冲击力强
• 载荷区对面缺陷： 接触力低或为零，冲击力弱或无冲击力
• 调制频率： 缺陷每轴旋转一周（1倍频率）通过负载区一次
• 结果： BPFI振幅调制倍率为1倍轴转速

边带生成

幅度调制会产生数学边带：

• 载波频率： BPFI
• 调制频率： 1倍轴速
• 侧边栏： BPFI±1×、BPFI±2×、BPFI±3×
• 图案： BPFI 周围以 1× 间隔排列的对称边带
• 诊断价值： 这种侧带模式几乎是内种族缺陷的特征性表现。

振动特征

典型光谱外观

• 中央峰： 在 BPFI 频率下
• 侧带家族： BPFI ± n×(1×)处出现多个峰，其中n = 1, 2, 3, …
• 和声家族： 2×BPFI、3×BPFI 的附加边带族，各自具有 ±1× 边带
• 视觉模式： 看起来像“栅栏”或梳状图案

包络频谱特征

• BPFI峰值主导包络频谱
• 侧带极其清晰且具有诊断意义
• 在标准FFT显示峰值前数月即可进行早期检测。
• 随着缺陷增大，振幅呈指数级增长。

检测与诊断

识别步骤

1. 计算 BPFI： 根据轴承型号或几何形状
2. 搜索范围： 寻找计算频率处的峰值（±5% 容差）
3. 验证边带： 确认是否存在±1×边带（关键诊断特征）
4. 检查谐波： 寻找带有各自侧边栏的 2×BPFI、3×BPFI
5. 评估振幅： 与基线或严重程度指南进行比较
6. 确认诊断： BPFI + 侧带 = 内圈缺陷已确认

鉴别诊断

特征	BPFI（内在种族）	BPFO（外圈）
频率	更高（5-7倍轴转速）	降低（3-5倍轴速）
边带	几乎总是存在（±1×）	可能存在，也可能不存在
侧带图案	非常规则、清晰的间距	如果存在，则不太规律。
发生	不太常见（约 25% 次故障）	最常见的故障（约 40% 次故障）

进展和严重程度

缺陷发展阶段

1. 引发： 微小的裂纹或凹坑形成，目前尚无法检测。
2. 初始： 包络光谱中出现较小的BPFI峰（0.1-0.5克）
3. 早期的： 清晰的BPFI峰，带有1-2个谐波和边带（0.5-2克）
4. 缓和： 多重谐波、明显的边带、肉眼可见剥落（2-10克）
5. 先进的： 振幅极高，谐波众多，噪声基底较高（>10 g）
6. 严重的： 宽带噪声占据主导地位，导致系统接近失效，灾难性故障迫在眉睫。

剩余寿命估算

• 初期至早期： 通常剩余 6-18 个月
• 早期至中期： 剩余3-6个月
• 中级至高级： 剩余1-3个月
• 进展至重度： 剩余天数至数周
• 变量： 实际时间取决于负载、速度、运行条件和轴承尺寸。

种族内部缺陷的原因

• 疲劳： 重复载荷引起的高周疲劳
• 安装不正确： 安装过程中造成的损坏（用锤子敲击内圈）
• 轴损坏： 轴表面粗糙或损坏导致微动磨损
• 紧密过盈配合： 压入配合过程中用力过猛
• 错位： 非均匀载荷加速疲劳
• 污染： 导致压痕损伤的颗粒
• 润滑失效： 润滑不足导致表面损伤

纠正措施

立即响应（一旦发现）

• 随着病情加重，增加监测频率（每月一次→每周一次→每天一次）
• 安排在下次方便的停机期间更换轴承
• 趋势幅度用于预测剩余使用寿命
• 避免以可能加速故障的临界速度运行

更换计划

• 订购替换轴承（请确认型号是否正确）
• 制定轴检查计划（内圈缺陷会损坏轴）
• 查明根本原因以防止再次发生
• 如果轴承过早失效，请考虑改进轴承规格。

通过振动分析进行轴承故障检测是轴承状态监测的基石。特征性的高频峰值及其1倍边带能够明确指示内圈缺陷，从而实现及时的维护措施，防止轴承发生灾难性故障以及由此对轴和轴承座造成的二次损坏。.

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