기본 및 기술

고조파 진동은 정현파 함수를 사용하여 수학적으로 설명할 수 있습니다. 다음은 진동에 영향을 미치는 몇 가지 변수입니다:

기간 T는 전체 주기를 완료하는 데 필요한 시간입니다. 주기의 역수를 주파수 (f = 1/T)라고 합니다. 분당 3,000회 회전하는 모터 속도에서 회전은 20ms마다 반복되며 (주기 T), 이는 50Hz의 주파수에 해당합니다.

진폭 A는 평형 위치에서 진동의 최대 변위를 나타냅니다. 진폭과 관련하여 사용할 수 있는 다양한 관념이 있습니다. 일반적인 피크 값 (= 진폭, 피크) 외에도 평균제곱근 (= RMS 값) 및 진동 진폭 (= 2배 진폭, 피크-피크)이 두 가지 일반적인 측정 지표입니다.

위상은 기준점 (예: 엔코더의 펄스)에서 정현파와 같은 주기적 현상의 시간 내 변위를 나타냅니다. 이 경우, 위상은 균형추의 위치를 결정하기 위해 회전하는 시스템의 균형을 맞추는 중요한 척도입니다.

실제로 다양한 고조파 진동이 겹치기 때문에, 일반적으로 시간 시그널에서 개별 사인 함수를 더 이상 식별할 수 없게 됩니다.

시간 영역

시간 영역에서 진동을 분석할 때는 복잡하게 중첩된 진동 신호가 시간 축에 표시됩니다. 시간 시그널에서 발생하는 지배적인 과도 시그널 또는 패턴을 사용하여 손상에 대한 결론을 도출할 수 있습니다.
예를 들어, 초기 단계에서 베어링이 손상되면 시간 신호에 바늘 모양의 주기적 진폭이 생깁니다.

RMS (제곱-평균 제곱근) 및 피크는 시간 영역에서 사용되는 일반적인 상태 파라메터입니다.
예를 들어 진동 모니터링에서 진동 속도의 평균 제곱근 (v-RMS)은 불균형, 정렬 불량 및 느슨해짐에 사용되는 반면, 진동 가속도의 제곱 평균 제곱근 (a-RMS)은 기어 또는 베어링의 마찰이나 윤활 부족에 사용됩니다.
피크 값에 대한 일반적인 지표는 베어링 손상이나 갑작스러운 기계 충돌과 같은 일시적인 이벤트를 나타내는 진동 가속도 피크 값입니다.

주파수 영역

주파수 영역에서 진동을 분석할 때, 복잡하게 중첩된 시간 시그널은 FFT (고속 푸리에 변환)를 사용하여 다양한 주파수 성분과 진폭으로 분해됩니다. 이를 통해 진동 혼합물의 불균형 주파수와 같은 지배적인 주파수를 빠르고 명확하게 식별할 수 있습니다.

특별한 형태의 FFT는 엔벨로프 곡선 스펙트럼 (= H-FFT)으로, 시스템의 고유 주파수를 자극하는 주기적인 충격 펄스 (예: 롤링 베어링 손상)가 복조되고 그에 따라 사전 필터링됩니다. 특히 롤링 베어링이나 복잡한 기계 운동학 (예: 기어)의 경우, 손상된 부품의 반복적인 충격 펄스 주파수를 명확하게 인식할 수 있는 점이 H-FFT 분석의 장점입니다.

광대역 측정

광대역 측정은 모든 주파수 구성 요소를 포함한 시그널의 전체 주파수 범위를 기록하고 분석합니다. 광범위한 주파수 범위 (예: 2...1000Hz)에서 측정이 수행되며, 이를 통해 상태 파라메터 (예: 진동 속도 v-RMS의 평균제곱근)가 계산되어 상태 모니터링을 위해 실시간으로 전송됩니다.

협대역 측정

협대역 측정은 좁은 주파수 범위 또는 전체 스펙트럼 내의 특정 주파수에서만 수행됩니다. 특정 주파수 구성요소 (예: 롤링 베어링의 베어링 주파수) 또는 특정 주파수 범위에 특히 관심이 있는 경우에 주로 사용됩니다.

진동 변위 d

진동 변위는 측정 포인트가 원래의 정적 위치에서 실제 이동한 거리입니다. 파라메터는 컨베이어 동작이나 진동 컨베이어의 댐핑 요소 상태와 같은 어플리케이션의 주기적인 움직임을 감지하는 데 사용됩니다. 일반적으로, 진동 변위는 500Hz 미만의 주파수 범위에서 기록됩니다.

진동 속도 v

진동 속도, 특히 RMS 값은 기계에 작용하는 에너지를 나타내는 좋은 지표입니다. 특히 불균형, 느슨해짐, 정렬 불량 또는 벨트 문제는 v-RMS 값을 올릴 수 있습니다. 이러한 어플리케이션의 주파수 범위는 일반적으로 2...1000Hz입니다 (ISO 10816-3 또는 ISO 20816-3 준수).

진동 가속도 a

A-peak 또는 a-RMS와 같은 고주파 광대역 특성 값은 베어링 손상, 마찰, 마찰 알력 또는 캐비테이션을 나타내는 지표로 확립되어 있습니다. 특히 손상 초기 단계의 고주파 가속 피크는 ISO 20816 주파수 범위에 포함되지 않습니다. 따라서 진동 가속도는 초기 베어링 손상이나 기어 톱니 결함으로 인한 짧은 과도 충격 펄스의 조기 경고 지표로 특히 유용합니다.

파고율 (Crest-Factor)

진동 가속도 측정의 특별한 파라메터는 파고율입니다. 피크값을 RMS 값으로 나누어 계산합니다:
파고 = a−peak / a−RMS

파고율은 베어링 손상을 평가하는 데 유용합니다. 특히 베어링 손상의 초기 단계에서 주기적으로 피팅을 통과하는 롤링 요소가 짧은 진동 충격을 발생시킵니다. 이러한 충격 펄스는 a-피크를 증가시킵니다. 그러나 이 단계에서는 a-RMS 값이 상대적으로 작게 유지됩니다. 손상이 진행됨에 따라 피팅 빈도와 충격 펄스의 강도가 증가하여 a-RMS 또한 증가합니다. 특히 높은 a-피크와 낮은 a-RMS 값 사이의 초기 단계에서 파고율은 이 단계에서도 높아야 하고 a-RMS 값이 증가함에 따라 점차 떨어지기 때문에 파고율은 베어링 손상을 조기에 식별하는 데 유용한 추가 지표가 됩니다.

싱글-축 vs 멀티-축 측정

대부분의 어플리케이션에서는 주 진동이 축에서 방사형 방향으로 발생하므로, 싱글-축 진동 측정으로 충분합니다.
그러나 3축 측정은 기능, 유연성 및 비용 측면에서 결정적인 장점을 제공할 수 있습니다.

예를 들어, 운동학 및 기계 구조에 따라 기계의 강성은 축, 수평 또는 수직 방향의 강도와 특성이 달라질 수 있습니다. 3축 측정은 장착 유연성을 제공하고, 다양한 진동 자극을 고려하여 목표한 방식으로 3차원을 모두 캡처합니다.
또한 특정 기계 형상과 오류 패턴은 손상 진행 방향에 상당한 영향을 미칩니다. 예를 들어 축 정렬 불량이 축 방향 또는 반경 방향에서 주로 발생하거나, 불균형/충격이 특정 기계 형상에 따라 주로 발생하는 방향이 다를 수 있습니다.

고유 진동수는 전체 시스템의 특정 주파수로, 아주 작은 여기 (excitation)에도 시스템이 높은 진폭으로 진동하게 됩니다. 여기 주파수 (excitation frequency) 또는 정수 배수가 시스템의 고유 주파수와 가까우면 이를 공진이라고 합니다.

전체 시스템에는 여러 고유 진동수가 있으며, 이는 여기 (excitation)로 인해 여러 공진이 발생할 수 있음을 의미합니다. 예를 들어, 전기 모터와 진동 센서로 구성된 전체 시스템은 고유 진동수가 다르기 때문에 센서의 가속 신호에는 모터의 공진뿐만 아니라 자체 공진도 포함될 수 있습니다.
시스템의 고유 진동수는 질량과 강성에 의해 정의됩니다. 시스템의 댐핑은 고유 주파수에서 여기(excitation)의 증폭을 결정합니다.