Osnove i tehnologija

Harmonijske oscilacije mogu se matematički opisati pomoću sinusne funkcije. U nastavku navodimo neke od varijabli koje utječu na oscilacije:

Razdoblje T predstavlja vrijeme potrebno za završetak punog ciklusa. Inverzna vrijednost razdoblja naziva se frekvencija (f = 1/T). Pri brzini motora od 3.000 okretaja u minuti rotacija se ponavlja svakih 20 ms (razdoblje T), što odgovara frekvenciji od 50 Hz.

Amplituda A odnosi se na najveći pomak oscilacije od ravnotežnog položaja. Postoje različiti pojmovi koji se mogu upotrebljavati u vezi s amplitudom. Osim klasične vršne vrijednosti (= amplituda, vršna vrijednost), kvadratna srednja vrijednost (= vrijednost RMS) i amplituda vibracije (= 2x amplituda, vršna vrijednost-vršna vrijednost) dvije su uobičajene metrike.

Faza odnosi se na vremenski pomak periodične pojave, npr. sinusoide od referentne točke (npr. impuls enkodera). U našem slučaju faza je važna metrika za uravnoteženje rotirajućeg sustava kako bi se odredio položaj protuteže.

U praksi će se mnoge različite harmonijske oscilacije preklapati, zbog čega se pojedinačne sinusne funkcije obično više neće moći identificirati u vremenskom signalu.

Vremenska domena

Kada se analiziraju vibracije u vremenskoj domeni, složeni superponirani signal vibracije iscrtava se na vremenskoj osi. Dominantni prijelazni signali ili obrasci koji se javljaju u vremenskom signalu mogu se upotrijebiti za donošenje zaključaka o šteti.
Na primjer, oštećenje ležaja u ranoj fazi stvara igličaste periodične amplitude u vremenskom signalu.

Vrijednost RMS (engl. root-mean-square, kvadratna srednja vrijednost) i vršna vrijednost uobičajeni su parametri stanja koji se upotrebljavaju u vremenskoj domeni.
Na primjer, u nadzoru vibracija kvadratna srednja vrijednost brzine vibracija (v-RMS) upotrebljava se za neuravnoteženost, odstupanje i olabavljenje, dok se srednja kvadratna vrijednost ubrzanja vibracija (a-RMS) upotrebljava za trenje ili nedovoljno podmazivanje u zupčanicima ili ležajevima.
Uobičajena metrika za vršne vrijednosti jest vršna vrijednost a-vršne vrijednosti ubrzanja vibracija, koja predstavlja prolazne događaje, npr. kao rezultat oštećenja ležaja ili iznenadnog prekida rada stroja.

Frekvencijska domena

Prilikom analize vibracija u frekvencijskoj domeni složeni superponirani vremenski signal rastavlja se na različite frekvencijske komponente i amplitude pomoću brze Fourierove transformacije (FFT). To omogućuje brzo i jasno utvrđivanje dominantnih frekvencija kao što je frekvencija neravnoteže u mješavini vibracija.

Poseban je oblik FFT-a spektar krivulje omotnice (= H-FFT), gdje se periodični udarni impulsi (npr. od oštećenja valjkastih ležajeva) koji stimuliraju prirodnu frekvenciju sustava demoduliraju i u skladu s tim unaprijed filtriraju. Prednost analiza H-FFT, osobito kod valjkastih ležajeva ili složene kinematike stroja (npr. zupčanici), leži u tome što se frekvencije ponavljajućih udarnih impulsa oštećujućeg dijela mogu jasno prepoznati.

Širokopojasno mjerenje

Širokopojasna mjerenja bilježe i analiziraju cijeli frekvencijski raspon signala, uključujući sve frekvencijske komponente. Mjerenja se provode u širokom frekvencijskom rasponu (npr. 2...1000 Hz), a parametri stanja (kao što je kvadratna srednja vrijednost brzine vibracije v-RMS) izračunavaju se iz toga i prenose u stvarnom vremenu za nadzor stanja.

Uskopojasno mjerenje

Uskopojasna mjerenja provode se samo u uskom frekvencijskom rasponu ili u određenim frekvencijama unutar ukupnog spektra. Često se upotrebljavaju tamo gdje postoji poseban interes za određenu frekvencijsku komponentu (kao što su frekvencije ležaja valjkastog ležaja) ili za određeni frekvencijski raspon.

Vibracijski pomak d

Vibracijski pomak stvarna je udaljenost na koju se mjerna točka udaljava od svog izvornog statičkog položaja. Parametar se upotrebljava za otkrivanje cikličkih kretanja u primjeni, kao što je kretanje transportera ili stanje prigušnih elemenata vibrirajućeg transportera. Obično se vibracijski pomak bilježi u frekvencijskom rasponu ispod 500 Hz.

Brzina vibracije v

Brzina vibracije, osobito vrijednost RMS, dobar je pokazatelj energije koja djeluje na stroj. Neuravnoteženost, olabavljenje, odstupanje ili problemi s trakom osobito mogu uzrokovati povećanu vrijednost v-RMS. Te primjene obično imaju frekvencijski raspon 2...1000 Hz (prema normi ISO 10816-3 ili ISO 20816-3).

Ubrzanje vibracija a

Visokofrekventne širokopojasne karakteristične vrijednosti kao što su a-vršna vrijednost ili a-RMS utvrđeni su pokazatelji oštećenja ležaja, trljanja, trenja ili kavitacije. Osobito u ranim fazama oštećenja, visokofrekventne vršne vrijednosti ubrzanja nisu obuhvaćene frekvencijskim rasponom prema normi ISO 20816. Stoga je ubrzanje vibracija osobito korisno kao pokazatelj ranog upozorenja na kratke prolazne udarne impulse koji proizlaze iz početnih oštećenja ležaja ili nedostataka na zupcima zupčanika.

Vršni faktor

Poseban parametar mjerenja ubrzanja vibracija jest vršni faktor. Izračunava se dijeljenjem vršne vrijednosti s vrijednošću RMS:
Vršni faktor = a−vršna vrijednost / a−RMS

Vršni faktor koristan je za procjenu oštećenja ležaja. Osobito tijekom ranih faza oštećenja ležaja, valjkasti elementi koji redovito prolaze kroz rupičasto oštećenje uzrokovat će kratke vibracijske udare. Ti udarni impulsi dovest će do povećane a-vršne vrijednosti. Međutim, u toj fazi vrijednost a-RMS ostat će relativno mala. Kako oštećenje napreduje, povećat će se učestalost rupičastog oštećenja i intenzitet udarnih impulsa, što će dovesti do povećane vrijednosti a-RMS. Osobito u ovoj početnoj fazi između visoke a-vršne vrijednosti i niske vrijednosti a-RMS, vršni faktor koristan je dodatni pokazatelj za rano utvrđivanje oštećenja ležaja jer vršni faktor također mora biti visok u toj fazi i postupno će padati s povećanjem vrijednosti a-RMS.

Mjerenje u jednoj osi naspram mjerenja u više osi

U većini je primjena mjerenje vibracija u jednoj osi dovoljno jer se glavna vibracija javlja u radijalnom smjeru od osovine.
Međutim, mjerenja u tri osi mogu imati odlučujuće prednosti u pogledu funkcije, fleksibilnosti i troškova.

Na primjer, ovisno o kinematici i konstrukciji stroja, krutost stroja može biti različita po intenzitetu i karakteristikama u aksijalnom, horizontalnom ili vertikalnom smjeru. Mjerenja u tri osi omogućuju fleksibilnost montaže i ciljano hvataju sve tri dimenzije, uzimajući u obzir različite stimulacije vibracija.
Osim toga, određene geometrije stroja i obrasci kvarova znatno utječu na smjer razvoja oštećenja. Na primjer, odstupanja osovine mogu biti dominantna u aksijalnom ili radijalnom smjeru ili neuravnoteženost/udarci mogu imati različite prevladavajuće smjerove kod određenih geometrija stroja.

Prirodna frekvencija specifična je frekvencija cjelokupnog sustava, koja će uzrokovati osciliranje sustava pri visokim amplitudama čak i nakon male uzbude. Rezonancija se javlja kada se frekvencija uzbude ili njezin višekratnik podudara s prirodnom frekvencijom sustava.

Cijeli sustav ima više prirodnih frekvencija, što znači da višestruke rezonancije mogu biti uzrokovane uzbudom. Na primjer, cjelokupni sustav koji se sastoji od električnog motora i senzora vibracija ima različite prirodne frekvencije, pa signal ubrzanja senzora može sadržavati rezonanciju motora, ali i vlastitu rezonanciju.
Prirodna frekvencija sustava definirana je njegovom masom i krutošću. Prigušenjem sustava određuje se pojačanje uzbude na prirodnoj frekvenciji.