Alapok és technológia

Egy harmonikus rezgés szinuszfüggvénnyel írható le. A rezgés jellemzése szempontjából különböző változók bírnak jelentőséggel:

A T periódus azt az időintervallumot jelöli, amely után egy folyamat teljesen megismétlésre került. A periódus reciprokát frekvenciának nevezzük (f = 1/T). Percenkénti 3 000-es motorfordulatszámnál a forgás 20 ms-onként ismétlődik (T periódus), ami 50 Hz-es frekvenciának felel meg.

Az A amplitúdó a rezgésnek a nullpozíciótól való maximális kitérését írja le. Az amplitúdóval kapcsolatban különböző kifejezések vannak használatban. A klasszikus csúcsérték (= amplitúdó, Peak) mellett a hatásos érték (= RMS-érték) és a rezgésszélesség (= 2x amplitúdó, Peak-Peak) két másik gyakran használt kifejezés.

A fázis egy periodikus folyamat, pl. egy szinuszfüggvény szögfüggvényét vagy időbeli eltolódását jelenti egy referenciához (pl. egy forgójeladó impulzusához) képest. Esetünkben a fázis fontos változó egy forgó rendszer kiegyensúlyozásakor a kiegyensúlyozási súly pozicionálásának meghatározásához.

A gyakorlatban számos különböző harmonikus rezgés szuperponál, ezért az egyes szinuszfüggvények általában már nem ismerhetők fel az időjelben.

Időtartomány

Az időtartományban történő elemzés során a komplex szuperponált rezgésjel kerül megjelenítésre és elemzésre az idő múlása mentén. A domináns, tranziens jelek vagy mintázatok megjelenése az időjelben lehetővé teszi a károsodásra vonatkozó következtetések levonását.
Például a csapágysérülések a károsodás korai szakaszában tűszerű, periodikus amplitúdókat generálnak az időjelben.

Az időtartományban az állapotjellemzők rendszerint effektív értékként (RMS) vagy csúcsértékként (Peak) alakulnak ki.
A rezgésfelügyelet területén például a rezgési sebesség effektív értéke (v-RMS) a kiegyensúlyozatlanság, a helytelen tájolás és a kilazulás, míg a rezgési gyorsulás effektív értéke (a-RMS) a súrlódás vagy a fogaskerekek vagy csapágyak elégtelen kenése esetén kerül alkalmazásra.
A csúcsértékek gyakori jellemző értéke a rezgési gyorsulás úgynevezett csúcsértéke (a-Peak), amely tranziens, pl. csapágysérülések vagy hirtelen gépösszeomlás következtében bekövetkező eseményeket jelenít meg.

Frekvencia-tartomány

A frekvencia-tartományban történő elemzés során a komplex szuperponált időjel Fast-Fourier-transzformáció (=FFT) útján frekvencia-komponensekre és amplitúdókra kerül felbontásra. Ez lehetővé teszi a domináns frekvenciák, például a kiegyensúlyozatlansági frekvencia gyors és egyértelmű felismerését a rezgéskeverékben.

Az FFT egy speciális formája a burkológörbe-spektrum (= H-FFT). Ennek során a rendszer saját frekvenciáját gerjesztő periodikus lökésimpulzusok (pl. a gördülőcsapágyak károsodásakor) demodulálásra és ennek megfelelően előszűrésre kerülnek. A burkológörbe-elemzés előnye különösen gördülőcsapágyak vagy komplex gépkinematika (pl. váltómű) esetén, hogy a károsodó alkatrész ismétlődő lökésimpulzus-frekvenciái egyértelműen felismerhetők.

Szélessávú mérés

A szélessávú mérés során a jel teljes frekvencia-tartománya rögzítésre és elemzésre kerül, beleértve az összes frekvencia-komponenst is. Ennek során széles frekvencia-tartományban (pl. 2...1000 Hz) kerülnek végrehajtásra mérések, és ezekből állapotjellemzők (pl. a rezgési sebesség v-RMS effektív értéke) képződnek, amelyek valós időben továbbítódnak és lehetővé teszik az állapotellenőrzést.

Keskeny sávú mérés

A keskeny sávú mérés során az érzékelés a teljes spektrumon belül egy szűk frekvencia-tartományra, ill. egyes frekvenciákra koncentrál. A keskeny sávú méréseket gyakran akkor használják, ha az érdeklődés egy adott frekvencia-komponensre (pl. egy gördülőcsapágy csapágyfrekvenciáira) vagy egy bizonyos frekvencia-tartományra fókuszál.

d rezgési út

A rezgési út egy mérési pont tényleges mozgási útja a nyugalmi helyzetéből, így egy alkalmazás ciklikus mozgásai is érzékelhetők, pl. a szállítószalag mozgása vagy egy rezgő szállító csillapító elemeinek állapota. A rezgési út jellemzően 500 Hz alatti frekvencia-tartományban kerül érzékelésre.

v rezgési sebesség

A rezgési sebesség, különösen az effektív érték, jól jelzi a gépre ható energia mennyiségét. Különösen a kiegyensúlyozatlanság, a kilazulások, a rossz tájolások vagy a szíjproblémák eredményezhetik a v-RMS növekedését. Ezek az alkalmazások jellemzően a 2...1000 Hz-es frekvencia-tartományban találhatók (az ISO 10816-3 vagy az ISO 20816-3 szerint).

a rezgési gyorsulás

A nagyfrekvenciás, szélessávú jellemzők, például az a-Peak vagy az a-RMS, bevált indikátorként jelzik a csapágysérüléseket, a kopási folyamatokat, a súrlódást vagy a kavitációt. A nagyfrekvenciás gyorsulási csúcsokat éppen a károsodás korai szakaszában nem fedi le az ISO 20816 frekvencia-tartomány. Ezáltal a rezgési gyorsulás jó korai figyelmeztető indikátor a közelgő csapágykár vagy fogaskerékhibák rövid, tranziens lökésimpulzusaira.

Crest-tényező

A rezgési gyorsulás egy speciális jellemzője az ún. Crest-tényező, amely a csúcsérték és az effektív érték hányadosaként kerül meghatározásra:
Crest = a−Peak / a−RMS

A Crest-tényező bevált jellemző a csapágykár értékelésére. Különösen a csapágykár korai szakaszában jelentkeznek a gödrökön való periodikus áthaladás során egyedi lökésimpulzusok. Ezek a lökésimpulzusok az a-Peak növekedéséhez vezetnek. Ebben a fázisban azonban az a-RMS még viszonylag kicsi marad. A károsodás előrehaladtával a gödrösödések frekvenciája nagyobb lesz és az ütésimpulzusok intenzitása is növekszik, ami szintén az a-RMS növekedését eredményezi. Különösen ebben a kezdeti, magas a-Peak és alacsony a-RMS értékek közötti fázisban a Crest-tényező hasznos kiegészítő indikátor a csapágykár korai felismeréséhez, mivel ebben a fázisban a Crest-tényezőnek is magasnak kell lennie, és az a-RMS értékek növekedésével fokozatosan csökken.

Egytengelyes vs. többtengelyes mérés

A legtöbb alkalmazásban elegendő az egytengelyes rezgésmérés, mivel a fő rezgés a tengelyhez képest radiális irányban történik.
A 3-tengelyes mérés azonban döntő előnyökkel járhat a funkció, a rugalmasság és a költségek tekintetében is.

Például a gépek merevsége a kinematikától és a kialakítástól függően axiálisan, horizontálisan vagy vertikálisan különböző intenzitású vagy megjelenésű lehet. A 3-tengelyes mérés rugalmasságot biztosít a szerelés szempontjából, és mindhárom dimenzióban érzékel, így a különböző ingereket is célzottan rögzíti.
Ezenkívül bizonyos gépgeometriák és bizonyos hibamintázatok jelentősen befolyásolják a károsodás megnyilvánulását. Például a tengely hibás tájolása axiális vagy radiális irányban lehet domináns, vagy a kiegyensúlyozatlanság/ütések bizonyos gépgeometriáknál különböző irányokban is erősebben megjelenhetnek.

A saját frekvencia egy teljes rendszer egy specifikus frekvenciája, amely a legkisebb gerjesztések esetén is nagy amplitúdójú rezgéseket vált ki. Ha a gerjesztési frekvencia vagy annak egész számú többszöröse közel van a rendszer saját frekvenciájához, akkor ezt rezonanciának nevezzük.

Egy teljes rendszer több saját frekvenciával rendelkezik, így gerjesztéssel többszörös rezonancia alakulhat ki. Például egy villanymotorból és egy rezgésérzékelőből álló teljes rendszer is különböző saját frekvenciákkal rendelkezik, így az érzékelő gyorsulási jele tartalmazhatja a motor rezonanciáját, de a saját rezonanciáját is.
A rendszer saját frekvenciáját a tömeg és a merevség határozza meg. Egy rendszer csillapítása határozza meg a gerjesztés felerősödését egy saját frekvencián.