在所有的非破壞性分析檢測訊號(電壓,、電流,、溫度、壓力等)中,,能提供最豐富的訊號的就是振動訊號,。
如前一單元所言,一個完整的預(yù)知保養(yǎng)系統(tǒng)必須涵蓋所有訊號分析檢測技術(shù),,然而,,不可諱言的,振動分析檢測技術(shù)始終是預(yù)知保養(yǎng)系統(tǒng)之根本,。何謂振動,? 振動是一物體相對于某一個參考點的往復(fù)式移動。
以彈簧懸吊一個重量為m的物體為例,,當(dāng)物體被拉下再釋放后,,倘若忽略所有摩擦、空氣阻力,,則彈簧會以其原來的平衡點為基準(zhǔn),,上下來回不停的移動,此種模式的振動亦稱簡諧振動,。振動訊號圖 任何振動訊號都是由不同的振幅,、頻率及相位三大要素所組成,,從事振動分析的前提為:三大要素對機(jī)械設(shè)備而言,都代表著不同的意義,。
Ø振幅大小代表設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常狀況之嚴(yán)重性
Ø頻率分布代表設(shè)備損壞或振動來源之所在
Ø相位差異代表設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生之振動模式
時間波形(Time Waveform) 時間波形是以振幅對時間為坐標(biāo)的方式來表現(xiàn)振動訊號,,時間波形對于初學(xué)者分析較為困難,從時間波形中最容易得到的訊息是有無沖擊現(xiàn)象,,這是判斷軸承及齒輪等是否損壞很寶貴的訊息,。
頻譜(Spectrum) 由于時間波形大都呈現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的訊號,為使振動訊號變成較易診斷的訊號,,一般會將時間波形訊號經(jīng)過快速傅利葉轉(zhuǎn)換(FFT),,形成頻譜。
頻譜是以振幅對頻率為坐標(biāo)的方式來表現(xiàn)振動訊號,,振動訊號經(jīng)過FFT轉(zhuǎn)換之后,,從設(shè)備上所量測到的各種不同頻率已被區(qū)隔開來,而且各個頻率都有不同的振幅值,,如此我們已經(jīng)掌握了振動訊號三大要素中的其中兩項,。從這兩項訊息中,即可大略判斷設(shè)備的問題根源及其嚴(yán)重程度,。
振動訊號量測技巧簡述 以下三點都與所搜集的量測訊號息息相關(guān),,三者之任何一項未審慎考量運(yùn)用時,都會使分析結(jié)果準(zhǔn)確度降低,,甚至量測所得資料毫無意義,。1.量測工具之選用:
單(雙或多)頻分析儀、傳感器(Sensor),、探頭(探棒或磁性座),、相位讀取計等。加速度傳感器(加速規(guī))性能
.可用頻率范圍較廣
.質(zhì)輕,、尺寸小
.可耐高溫
.可靠性,、穩(wěn)定性佳
.輸出為低位準(zhǔn),高阻抗信號,,需接信號放大器
.敏感于安裝方式及安裝扭力等•振動傳感器的靈敏度具有方向性,,其中最靈敏的位置在傳感器的中心線上。
•使用磁性座或探棒均必須固定鎖緊,。
•不管是否使用磁性座,、探棒或直接量測,均必須將傳感器垂直緊緊附著于被測面上量測,。
•每個軸承都必須量測其垂直,、水平及軸向。
2.量測參數(shù)之設(shè)定:
頻率范圍,、分辨率,、取樣,、平均化模式、積分方式等,。3.量測位置之決定:
是否靠近軸承位置,、垂直(水平、軸向)量測是否正確,、探頭及連接現(xiàn)是否搖晃等,。
一般轉(zhuǎn)動機(jī)械振動分析診斷(頻譜分析) 使用振動分析技術(shù)診斷機(jī)械問題時,必須盡可能搜集掌握所有可以得到的信息,,其中包括:
1.機(jī)械設(shè)備設(shè)計資料:工作轉(zhuǎn)速,、臨界轉(zhuǎn)速、軸承型號,、設(shè)備型式,、聯(lián)軸器型式、葉輪葉片數(shù),、齒輪齒數(shù)、皮帶輪直徑,、皮帶輪中心距,、電源頻率、管路設(shè)計等,。
2.現(xiàn)場感官檢視記錄:基礎(chǔ),、基座、固定螺絲,、管路,、軸承潤滑、軸承溫度,、異音噪音,、異常傳動等狀況。
3.損壞維修歷史記錄:各種保養(yǎng)周期,、損壞原因,、損壞情形、更換零組件,、各種校正記錄等,。
4.其它檢測分析記錄:溫度趨勢、振動值趨勢,、表壓,、電壓、電流等,。5.各種振動分析訊號:頻譜,、時間波形,、相位分析、共振分析,、模態(tài)分析等,。所有分析訊號需考量儀器功能、設(shè)備特性,、振動訊號本身,,決定擷取該項訊號之必要性?;A(chǔ)振動頻譜分析說明 以下將針對最常見機(jī)械問題所呈現(xiàn)的頻譜加以說明,,作為基礎(chǔ)振動頻譜分析之概念,惟于實際從事設(shè)備振動分析診斷時,,應(yīng)充分掌握前述之各種信息,,靈活運(yùn)用振動原理及量測技巧,方能有效掌控設(shè)備真正問題及其嚴(yán)重性,,切忌以套用簡易頻譜分析診斷法則,,而給予設(shè)備錯誤診斷,切記一個錯誤的診斷除會增加保養(yǎng)成本外,,亦會快速導(dǎo)致機(jī)械維修人員對振動分析技術(shù)喪失信心,。從事振動分析診斷者,應(yīng)本振動分析第一法則:
「知之為知之,,不知為不知,,是知也?!巩?dāng)發(fā)現(xiàn)無法確認(rèn)的問題時,,適時請教振動分析專家,可避免錯誤診斷,,亦可提升自己的診斷技術(shù),。
1.平衡不良狀況診斷
•當(dāng)轉(zhuǎn)動件慣性軸心線與轉(zhuǎn)動軸心線不在同一直線上時,此轉(zhuǎn)動件即為平衡不良
•造成轉(zhuǎn)動件不平衡的原因
–轉(zhuǎn)動件本身形狀不對稱
–加工制造上的公差
–組裝安裝不當(dāng)
–轉(zhuǎn)動件于運(yùn)轉(zhuǎn)時變形
–轉(zhuǎn)動件破損磨耗
–轉(zhuǎn)動件附著異物 平衡不良頻譜特性•振動頻譜主要發(fā)生于一倍轉(zhuǎn)速
•振動方向通常都發(fā)生于徑向
•軸向振幅很小,,遠(yuǎn)小于徑向之1/3
•不論在徑向或軸向,, 2倍、3倍,、4倍頻之振動,,幾乎沒有
2.對心不良狀況診斷
•所謂對心不良是指聯(lián)結(jié)在一起的兩臺設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)中心線不在同一直線上
•對心不良的征狀–軸承、軸封,、聯(lián)軸器,、轉(zhuǎn)軸提早損壞。
–軸承位置有高溫甚至大量排出潤滑油等現(xiàn)象,。
–基礎(chǔ)樁螺絲有松脫現(xiàn)象,。
–聯(lián)軸器間隙過大或破損,。
–聯(lián)軸器有高溫現(xiàn)象且橡塑料聯(lián)軸器會有粉末排出。
–馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)電流偏高,。
–軸承損壞在軌道上有180度與內(nèi)外對稱磨損現(xiàn)象,。對心不良頻譜特性•振動頻率主要發(fā)生于1倍、 2倍或3倍轉(zhuǎn)速上
•因大部份之不對心乃混合式不對心(角度式+平行式) ,,故振動方向同時來自于徑向和軸向3.軸彎曲狀況診斷
•軸中心處的彎曲會造成1倍轉(zhuǎn)速頻率之振動,,振動方向主要發(fā)生于軸向
•靠近聯(lián)軸器的彎曲會造成2倍轉(zhuǎn)速頻率之振動,振動方向亦發(fā)生于軸向
4.機(jī)械松動狀況診斷
松動造成的原因大致可分為兩種•外松動
–結(jié)構(gòu),、底板,、基礎(chǔ)松動或螺栓松脫•內(nèi)松動
–兩配合組件之松動如軸與軸承內(nèi)圈、軸承蓋與軸承外圈,、軸與葉片等配合不當(dāng)
–振動發(fā)生于1× ,、 2× 、 3×……7× ,、 8×或更高之轉(zhuǎn)速頻率,,徑向和軸向都明顯
5.滾動軸承損壞狀況診斷
軸承滾動件損壞頻率(Ball Spin Frequency ,BSF):
BSF= 1/2 × RPM × Pd/Bd × (1 – (Bd / Pd × cos ψ)2 )軸承內(nèi)環(huán)軌道損壞頻率(Ball Pass Frequency Inner Race ,,BPFI):
BPFI= 1/2 × RPM × N × (1 – Bd / Pd × cos ψ)軸承外環(huán)軌道損壞頻率(Ball Pass Frequency Outer Race ,,BPFO):
BPFO= 1/2 × RPM × N × (1 + Bd / Pd × cos ψ)軸承保持器損壞頻率(Fundamental Train Frequency ,F(xiàn)TF):
FTF= 1/2 × RPM × (1 × Bd / Pd × cos ) 其中 RPM : 軸之轉(zhuǎn)速-N : 軸承滾動體之?dāng)?shù)目 Pd : 軸承節(jié)徑 Bd : 軸承滾動體直徑 ψ : 滾動體之接觸角•BPFI通常為轉(zhuǎn)速×N ×60%
•BPFO通常為轉(zhuǎn)速×N ×40%
•FTF通常為轉(zhuǎn)速×0.4~0.6
•BSF通常為轉(zhuǎn)速之2~4倍
•軸承組件損壞大部份均會產(chǎn)生HARMONIC并伴隨著轉(zhuǎn)速之旁波
•標(biāo)準(zhǔn)之組件損壞順序為BPFO®BPFI ®BSF ®FTF6.轉(zhuǎn)軸磨擦狀況診斷•當(dāng)旋轉(zhuǎn)件與固定件磨擦?xí)r,,其頻譜與松動相似.
•通常會激發(fā)轉(zhuǎn)速的整數(shù)分?jǐn)?shù)的次簡諧振動頻率(1/2,,1/3,,1/4……)
7.葉片狀況診斷•葉片頻率(BPF) =葉片數(shù)*轉(zhuǎn)速,,此為泵浦,風(fēng)車和壓縮機(jī)的固有頻率
•但若設(shè)計不當(dāng),擴(kuò)散片磨損,管路陡彎,擾流阻礙或轉(zhuǎn)軸偏心,皆會引起高BPF
8.?dāng)_流狀況診斷•當(dāng)空氣在進(jìn)出風(fēng)車,,壓力或速度產(chǎn)生突然之變化時,,會引起擾流現(xiàn)象.
•擾流通常會產(chǎn)生隨機(jī),低頻的振動,,范圍約在 1~30 Hz間.
9.孔蝕狀況診斷•當(dāng)泵浦入口壓力不足時,,易產(chǎn)生孔蝕(氣穴)現(xiàn)象
•孔蝕通常會產(chǎn)生隨機(jī),高頻且寬頻域的振動,,會對泵浦內(nèi)部機(jī)件造成腐蝕.
10.齒輪狀況診斷•齒輪嚙合頻率(GMF)=齒數(shù)*轉(zhuǎn)速
•GMF為齒輪機(jī)構(gòu)固有之頻率,,其大小代表負(fù)荷之多寡,而非磨耗.
11.齒磨耗,,偏心或兩軸不平行•齒輪自然頻率會被激發(fā)出來f n
•GMF會變大,,并伴隨著磨耗齒輪轉(zhuǎn)速之旁波(side band)
•磨耗增加,旁波亦會增多加大.
•偏心或兩軸不平行時,,會有2倍GMF出現(xiàn)
12.皮帶傳動問題診斷•皮帶頻率=3.124*皮帶輪直徑*轉(zhuǎn)速/皮帶長度
•皮帶發(fā)生磨破,,松動,,或配合錯誤,常會引發(fā)1*,2*,3*,4*的皮帶頻率
13.皮帶或皮帶輪不對心問題診斷•皮帶輪不對心時,,會在1*轉(zhuǎn)速顯現(xiàn)高振動
•軸向尤其明顯
•被傳動件之轉(zhuǎn)速頻率會發(fā)現(xiàn)在傳動件頻譜上
14.皮帶輪偏心問題診斷•和不平衡問題一樣,,振幅主要發(fā)生于徑向之一倍頻.
15.馬達(dá)定子問題診斷•定子偏心會產(chǎn)生氣隙不均而引起振動
•氣隙不均會產(chǎn)生局部發(fā)熱而使馬達(dá)軸彎曲,故振動會隨操作時間而變大
•會在2倍線頻率(120 Hz)產(chǎn)生高振動
16.馬達(dá)轉(zhuǎn)子偏心問題診斷•轉(zhuǎn)子偏心會產(chǎn)生2倍線頻率,,并伴隨著極通頻率(FP=P*遲滯頻率)
•FP會在低頻區(qū)出現(xiàn)(約0.3~2.0 Hz)
17.轉(zhuǎn)子棒松動問題診斷•轉(zhuǎn)子棒通過頻率(RBPF)=轉(zhuǎn)子棒數(shù)*轉(zhuǎn)速
•轉(zhuǎn)子棒松動時會產(chǎn)生RBPF及2*RBPF,,并伴隨著 2*FL(120 Hz)之旁波
18.相位問題診斷•聯(lián)接器的松動或損壞會產(chǎn)生相位問題
•會引發(fā)2倍線頻率之大振動
•并伴隨著1/3 FL(20 Hz)的旁波
19.同步馬達(dá)問題診斷•線通頻率(CPF)=定子線圈數(shù)*轉(zhuǎn)速
•定子線圈松動時,會產(chǎn)生CPF高振動
•并伴隨著轉(zhuǎn)速之旁波
20.直流馬達(dá)問題診斷•磁場繞組破損,,不良的SCR,,聯(lián)接器松動會產(chǎn)生6倍線頻率(360 Hz)之高振動