ベアリング故障周波数とは、転がり軸受のどの部位に異常が発生しているかを周波数成分から推定するための基準周波数です。
振動診断では、単に振動値が高いか低いかを見るだけでは十分ではありません。外輪異常（BPFO）・内輪異常（BPFI）・転動体異常（BSF）・保持器異常（FTF）のどれに近い成分が現れているかを確認することで、故障箇所の切り分け精度が大きく変わります。
ただし、現場では「該当するピークが出たから、その部位の故障」と即断すると誤診断につながります。
重要なのは、回転数との関係、高調波、サイドバンド、包絡線解析、測定方向、負荷条件まで含めて総合判断することです。
この記事でわかること
- BPFO・BPFI・BSF・FTFの意味
- ベアリング故障周波数の計算に必要な条件
- FFTスペクトルでの見方
- 誤診断を避ける確認ポイント
- 実務で使える診断手順
ベアリング故障周波数とは？
ベアリング故障周波数とは、転がり軸受内部の損傷位置ごとに現れやすい代表周波数です。
転動体が異常部を通過するたびに周期的な衝撃が発生し、その繰り返しが振動信号として現れます。これをFFTや包絡線解析で確認することで、故障部位の候補を絞り込みます。
ベアリング故障周波数の役割
- 異常の有無ではなく、異常部位の切り分けに使う
- 総合振動値だけでは見えない異常を補足できる
- 外輪・内輪・転動体・保持器のどこに問題があるかを推定しやすい
ベアリング診断で重要なのは、「異常があるか」ではなく「どこに異常があるか」まで周波数で切り分けることです。
たとえば総合振動値だけでは、アンバランス、ミスアライメント、緩み、ベアリング損傷を分離しにくい場合があります。一方で故障周波数を確認すると、損傷が外輪系なのか、内輪系なのか、転動体系なのか、保持器なのかを推定しやすくなります。
- 基本周波数に一致しているか
- 高調波が出ているか
- 回転数由来のサイドバンドがあるか
- 包絡線でより明瞭に確認できるか
BPFO・BPFI・BSF・FTFの意味
BPFO・BPFI・BSF・FTFは、いずれも転がり軸受の損傷部位に対応する代表周波数です。
略語だけを覚えるのではなく、どの部位に対応し、スペクトル上でどのように出やすいかまで理解することが重要です。
| 略語 | 英語名 | 日本語の意味 | 主な異常部位 | 実務上の見方 |
|---|---|---|---|---|
| BPFO | Ball Pass Frequency Outer Race | 外輪通過周波数 | 外輪傷、外輪剥離 | 比較的安定したピークになりやすい |
| BPFI | Ball Pass Frequency Inner Race | 内輪通過周波数 | 内輪傷、内輪剥離 | 回転に伴う変調が出やすい |
| BSF | Ball Spin Frequency | 転動体自転周波数 | ボール・ローラ傷 | 2倍成分や複雑な出方に注意 |
| FTF | Fundamental Train Frequency | 保持器周波数 | 保持器損傷、保持器偏摩耗 | 低周波側に出やすい |
補足
文献によっては、BSFそのものではなく2×BSF表記で示される場合があります。
そのため、解析ソフトや資料によって表記が異なるときは、何を基準に表示しているかを確認してください。
BPFOは外輪異常、BPFIは内輪異常、BSFは転動体異常、FTFは保持器異常の候補を示します。
実務では、この略語を単独で暗記するのではなく、部位との対応関係を図で理解することが重要です。
実務では、FFTスペクトル上のピークがこれらの周波数付近に現れるかどうかを確認し、軸受異常の種類を切り分けます。
ベアリングの故障診断フロー
ベアリング故障周波数は、最初に見る項目ではありません。
設備診断の流れとしては、まず振動速度で設備全体の異常傾向を確認し、次に振動加速度で軸受異常の可能性を探り、その後FFT解析と故障周波数照合で原因を特定します。
STEP 1
振動速度で全体異常を確認する
設備全体の異常傾向を把握し、通常時との差や基準値超過を確認します。
STEP 2
振動加速度で軸受異常の兆候を確認する
高周波成分や衝撃成分が増えていないかを見ます。
STEP 3
FFT解析で周波数成分を分解する
ピーク位置、倍音、サイドバンドを確認します。
STEP 4
故障周波数と照合する
BPFO、BPFI、BSF、FTFのどれに近いかを確認します。
STEP 5
現場情報と合わせて原因を切り分ける
温度、潤滑、音、運転条件も含めて総合判断します。
ベアリング故障周波数は何で決まるのか
故障周波数は回転数だけでなく、軸受の構造によって決まります。
つまり、同じ設備でもベアリング型式が違えば故障周波数は変わります。
このため、正確な診断には以下の情報が重要です。
- 回転数
- 転動体数
- 転動体径
- ピッチ円径
- 接触角
チェックリスト
- 回転数を把握しているか
- 軸受型番が分かっているか
- 転動体数が確認できるか
- 計算条件をそろえているか
FFT解析でベアリング故障周波数をどう見るか
故障周波数の実務判断では、単発ピークを見るだけでは不十分です。
重要なのは、基本成分・高調波・サイドバンド・包絡線での強調をセットで確認することです。
FFTで確認する順番
- 基本周波数に一致するピークがあるか
- 2倍、3倍、4倍などの高調波が並ぶか
- 回転数間隔のサイドバンドが付いているか
- 包絡線でより明瞭に出るか
- 波形に衝撃性や周期性があるか
| 確認項目 | 見るポイント | 判断の意味 |
|---|---|---|
| 基本周波数 | BPFO/BPFI/BSF/FTF近傍にピークがあるか | 候補部位の一次判定 |
| 高調波 | 2倍、3倍、4倍が並ぶか | 繰り返し衝撃の裏付け |
| サイドバンド | 回転数間隔で左右に成分が付くか | 変調の有無、内輪側で重要 |
| 包絡線 | 通常FFTより明瞭に出るか | 初期損傷の検出力向上 |
| 波形 | 衝撃性・周期性があるか | 周波数だけでは見えない実体確認 |
実務チェック
- 基本周波数だけで判断していないか
- 高調波列を確認したか
- 包絡線でも同じ傾向が出ているか
- 実回転数と整合しているか
\異常の原因を特定する解析手法/
スペクトルから故障箇所を絞り込みます
各故障モードの特徴
同じベアリング異常でも、外輪・内輪・転動体・保持器ではスペクトルの特徴が異なります。
略語の意味だけでなく、実務上どのように見分けるかまで押さえておくと診断精度が上がります。
| 故障モード | 主な周波数 | 典型的な傾向 | 注意点 |
|---|---|---|---|
| 外輪異常 | BPFO | 安定したピーク、高調波列 | 荷重域との関係を確認 |
| 内輪異常 | BPFI | サイドバンドを伴いやすい | 回転数変動の影響に注意 |
| 転動体異常 | BSF | 高周波帯で不規則になりやすい 出方が複雑、2×BSF関連も確認 | 他成分との混同に注意 |
| 保持器異常 | FTF | 低周波側、比較的小さい成分 | 緩み・回転ムラと誤認しやすい |
初期損傷で重要な視点
ベアリング異常は、進行初期では速度振動よりも加速度や包絡線で先に見えることがあります。
総合値だけで異常なしと判断しないことが重要です。
- FFT解析とは
- 振動加速度の意味と用途
誤診断しやすいポイント
ベアリング故障周波数は有力な手掛かりですが、ピーク一致だけで判断すると誤診断のリスクがあります。
現場では、他要因や測定条件の不備が似た成分を作ることがあります。
NG
- ピーク1本だけで故障確定
- 銘板回転数のまま計算
- 速度振動だけで判断
- 1方向だけ測定
- 単回測定で結論
OK
- 高調波・波形・包絡線も確認
- 実回転数を確認して再計算
- 加速度・包絡線も併用
- 水平・垂直・軸方向を比較
誤診断の代表例
- 分解能不足でピークが重なって見える
- センサー取付状態が悪く再現性が低い
- 緩みや共振が高周波を持ち上げている
- ギア成分や羽根通過周波数と混同している
- ベアリング型番が現物と一致していない
実務での診断手順
ベアリング故障周波数は、単独で使う知識ではなく、測定から判定までの流れの中で使うものです。
実務では、次の順番で診断すると精度が安定します。
| 作業内容 | 実務ポイント |
|---|---|
| STEP1：ベアリング型番と仕様確認 | 型番違い防止、計算条件確認 |
| STEP2：実回転数確認 | 銘板値ではなく実機基準 |
| STEP3：測定方向設定 | 水平・垂直・軸方向を取得 |
| STEP4：速度振動で全体傾向確認 | まず機械全体の異常有無を把握 |
| STEP5：加速度・包絡線で局所異常確認 | 初期損傷の検出精度向上 |
| STEP6：故障周波数をオーバーレイ | BPFO/BPFI/BSF/FTFと照合 |
| STEP7：高調波・サイドバンド確認 | 真の異常か裏付ける |
| STEP8：トレンド比較 | 単発判定で終わらせない |
実務の結論
ベアリング診断は、総合値 → FFT → 包絡線 → 波形 → トレンド
の順で深掘りすると、誤診断が減ります。
どんな計測器が必要か
ベアリング故障周波数を見るには、単なる総合振動値計では不十分な場合があります。
実務では、FFT解析機能、加速度測定、可能なら包絡線解析に対応した機器が望まれます。
| 必要機能 | 理由 | 優先度 |
|---|
選定時の確認ポイント
- FFT機能があるか
- 加速度測定に対応しているか
- 包絡線解析が使えるか
- トレンド保存ができるか
- 回転数を入力・同期できるか
よくある質問（FAQ）
- ベアリング故障周波数とは何ですか？
-
ベアリング故障周波数とは、転がり軸受の異常部位ごとに現れやすい代表周波数です。外輪、内輪、転動体、保持器の損傷切り分けに使います。
- BPFOとは何ですか？
-
BPFOは外輪通過周波数です。外輪損傷の候補を示す代表成分です。
- BPFIとは何ですか？
-
BPFIは内輪通過周波数です。内輪損傷の候補を示す代表成分です。
- BSFとは何ですか？
-
BSFは転動体自転周波数です。ボールやローラの損傷確認で重要です。
- FTFとは何ですか？
-
FTFは保持器周波数です。保持器異常や保持器まわりの不具合確認に使います。
- FFTだけで診断できますか？
-
FFTは重要ですが、FFTだけで確定診断するのは危険です。包絡線、波形、トレンド、測定条件確認を併用してください。
- 理論値と実測値がずれるのはなぜですか？
-
実回転数差、スリップ、荷重変化、接触角変化、分解能不足などが主な要因です。
- 初期異常では何を重視すべきですか？
-
初期損傷では、速度振動よりも加速度や包絡線の方が異常を捉えやすい場合があります。
- どの測定方向が重要ですか？
-
水平・垂直・軸方向の3方向比較が基本です。1方向だけでは見落としが発生しやすくなります。
- 計測器選定で重要な機能は何ですか？
-
FFT解析、加速度測定、包絡線解析、トレンド保存、回転数入力の有無が重要です。