Grundlæggende og teknologi

Harmonisk oscillation kan beskrives matematisk ved hjælp af en sinusformet funktion. Disse er nogle af de variabler, der påvirker oscillation:

Periode T er den tid, det tager at gennemføre en fuld svingningsperiode. Det omvendte af perioden kaldes frekvensen (f = 1/T). Ved en motorhastighed på 3.000 omdrejninger i minuttet gentages rotationen hver 20. ms (Periode T), hvilket svarer til en frekvens på 50 Hz.

Amplitude A refererer til den maksimale forskydning af oscillationen fra ligevægtspositionen. Der er forskellige forestillinger, der kan bruges i forbindelse med amplituden. Udover den klassiske peakværdi (= amplitude, peak) er kvadratroden af middelværdien (= RMS-værdi) og vibrationsamplitude (= 2x amplitude, peak-peak) to almindelige måleenheder.

Fase henviser til forskydningen i tid af et periodisk fænomen, f.eks. af en sinusformet fra et referencepunkt (f.eks. puls fra en enkoder). I vores tilfælde er fasen en vigtig information for at kunne afbalancere et roterende system vedr at bestemme positionen af ​​modvægten.

I praksis vil mange forskellige harmoniske oscillationer overlappe, hvorfor de enkelte sinusfunktioner normalt ikke længere vil kunne identificeres i tidssignalet.

Tidsdomæne

Ved analyse af vibrationer i tidsdomænet plottes det komplekse overlejrede vibrationssignal på en tidsakse. Dominante transiente signaler eller mønstre, der opstår i tidssignalet, kan bruges til at drage konklusioner om skaden.
For eksempel skaber lejeskader på et tidligt tidspunkt nålelignende periodiske amplituder i tidssignalet.

RMS (root-mean-square på dansk kvadratroden af middelværdien eller effektivværdien) og Peak er almindelige tilstandsparametre, der bruges i tidsdomænet.
Ved vibrationsovervågning bruges f.eks. kvadratroden af middelværdien på ​​vibrationshastigheden (v-RMS) til ubalance, forskydning og hvis noget sidder løst (loosening) , mens kvadratroden af middelværdien på ​​vibrationsaccelerationen (a-RMS) bruges til indikation af friktion eller utilstrækkelig smøring i gear eller lejer.
En generel interessant peakværdi, er ​​vibrationspeakværdien a-peak, som repræsenterer transient hændelser som f.eks. lejeskader eller et pludseligt opståed maskinsammenbrud.

Frekvensdomæne

Når vibrationer i frekvensdomænet analyseres, dekomponeres det komplekse overlejrede tidssignal i dets forskellige frekvenskomponenter og amplituder ved hjælp af Fast Fourier Transformation (FFT). Dette gør det muligt hurtigt og klart at identificere dominerende frekvenser såsom ubalancefrekvenser i selv et komplekst vibrationsbillede.

En særlig form for FFT er envelope-kurvespektret (= H-FFT), hvor de periodiske stødpulser (f.eks. fra rullelejeskader), der stimulerer systemets egenfrekvens, demoduleres og forfiltreres tilsvarende. Særligt med rullelejer eller kompleks maskinkinematik (f.eks. gear), er fordelen ved H-FFT analyser, at de tilbagevendende stødimpulsfrekvenser af den beskadigede del tydeligt kan genkendes.

Bredbåndsmåling

Bredbåndsmålinger registrerer og analyserer hele frekvensområdet for et signal inklusive alle frekvenskomponenter. Målinger udføres over et bredt frekvensområde (f.eks. 2...1000 Hz), og tilstandsparametre (såsom kvadratroden af middelværdien for vibrationshastighed v-RMS) beregnes ud fra dette og sendes i realtid til tilstandsovervågning.

Smalbåndsmåling

Smalbåndsmålinger udføres kun i et snævert frekvensområde eller i specifikke frekvenser inden for det samlede spektrum. De bruges ofte, hvor der er en særlig interesse for en specifik frekvenskomponent (såsom lejefrekvenserne for et rulleleje) eller i et specifikt frekvensområde.

Vibrationsforskydning d

Vibrationsforskydning er den faktiske afstand, et målepunkt bevæger sig væk fra sin oprindelige statiske position. Parameteren bruges til at detektere cykliske bevægelser i en applikation, såsom transportørbevægelse eller tilstanden af ​​dæmpningselementerne på en vibrerende transportør. Typisk registreres vibrationsforskydning i et frekvensområde under 500 Hz.

Vibrationshastighed v

Vibrationshastigheden, især RMS-værdien, er en god indikator for den energi, der virker på en maskine. Især ubalance, løsning af komponenter (loosening), forskydning eller bælteproblemer kan resultere i øget v-RMS. Disse applikationer har typisk et frekvensområde på 2...1000 Hz (ifølge ISO 10816-3 eller ISO 20816-3).

Vibrationsacceleration a

Højfrekvente bredbåndskarakteristiske værdier såsom a-peak eller a-RMS er etablerede indikatorer for lejeskade, gnidning, friktion eller kavitation. Især i de tidlige stadier af skade er de højfrekvente accelerationstoppe ikke dækket af ISO 20816-frekvensområdet. Vibrationsaccelerationen er således især nyttig som en tidlig advarselsindikator for de korte transiente stødimpulser, der er et resultat af begyndende lejeskader eller fejl på geartænder.

Crest-faktor

En særlig parameter for vibrationsaccelerationsmålinger er crest faktoren. Det beregnes ved at dividere peakværdien med RMS-værdien:
Crest = a−peak / a−RMS

Crest-faktoren er nyttig til at evaluere lejeskader. Især i de tidlige stadier af lejeskader vil rullende elementer, der periodisk passerer gennem pittingområdet, forårsage korte vibrationsstød. Disse stødimpulser vil føre til en øget a-peak. Men i denne fase vil a-RMS-værdien forblive relativt lille. Efterhånden som skaden skrider frem, vil frekvensen af ​​pitting og intensiteten af ​​stødimpulserne stige, hvilket fører til en øget a-RMS. Især i denne indledende fase mellem høje a-peak- og lave a-RMS-værdier er crest-faktoren en nyttig ekstra indikator til tidlig identifikation af lejeskader, da crest-faktoren også skal være høj i denne fase og gradvist vil falde med stigende a-RMS-værdier.

Enkelt-akse vs. multi-akse måling

I de fleste applikationer er enakset vibrationsmåling tilstrækkelig, da hovedvibrationen sker i radial retning fra aksen.
3-aksede målinger kan dog have afgørende fordele med hensyn til funktion, fleksibilitet og omkostninger.

For eksempel, afhængigt af kinematik og maskinkonstruktion, kan stivheden af ​​en maskine være forskellig i intensitet og karakteristika i aksial, vandret eller lodret retning. Målinger med 3 akser giver monteringsfleksibilitet og fanger alle tre dimensioner på en målrettet måde under hensyntagen til forskellige vibrationsstimuleringer.
Derudover påvirker visse maskingeometrier og fejlmønstre i høj grad retningen af ​​skadeudviklingen. For eksempel kan akseforskydninger være dominerende i aksial eller radial retning, eller ubalance/stød kan have forskellige fremherskende retninger med visse maskingeometrier.

Naturlig frekvens er en specifik frekvens af et samlet system, som vil få systemet til at oscillere ved høje amplituder selv ved let excitation (anslået tilstand). Resonans opstår, når excitationsfrekvensen, eller et multiplum af den, falder sammen med systemets naturlige frekvens.

Et samlet system har flere naturlige frekvenser, hvilket betyder, at flere resonanser kan forårsages af excitation. For eksempel har et samlet system bestående af en elmotor og en vibrationssensor forskellige egenfrekvenser, så sensorens accelerationssignal kan indeholde motorens resonans, men også dens egen resonans.
Systemets naturlige frekvens er defineret af dets masse og stivhed. Dæmpningen af ​​et system bestemmer forstærkningen af ​​excitationen ved en naturlig frekvens.