Grunnleggende prinsipper og teknologi

Harmoniske svingninger kan beskrives matematisk ved hjelp av en sinusfunksjon. Dette er noen av variablene som påvirker oscillasjon:

Periode T er tiden som kreves for å fullføre en full syklus. Den inverse av perioden kalles frekvensen (f = 1/T). Ved en motorthastighet på 3 000 omdreininger per minutt gjentas rotasjonen hvert 20. ms (periode T), noe som tilsvarer en frekvens på 50 Hz.

Amplitude A refererer til den maksimale forskyvningen av oscillasjonen fra likevektsposisjonen. Det er forskjellige begreper som kan brukes i forbindelse med amplituden. Foruten den klassiske toppverdien (= amplitude, topp), er også effektivverdi (= RMS-verdi) og vibrasjonsamplitude (= 2x amplitude, topp-til-topp) to vanlige måleparametere.

Fase refererer til forskyvningen i tid av et periodisk fenomen, for eksempel en sinuskurve i forhold til et referansepunkt (f.eks. en puls fra en enkoder). I vårt tilfelle er fasen en viktig beregning for å balansere et roterende system for å bestemme posisjonen til motvekten.

I praksis vil mange forskjellige harmoniske svingninger overlappe hverandre, og derfor vil de individuelle sinusfunksjonene vanligvis ikke lenger være identifiserbare i tidssignalet.

Tidsdomene

Når vibrasjon i tidsdomenet analyseres, plottes det komplekse overlagrede vibrasjonssignalet på en tidsakse. Dominerende transiente signaler eller mønstre som oppstår i tidssignalet, kan brukes til å trekke konklusjoner om skaden.
For eksempel vil lagerfeil i en tidlig fase skape nållignende, periodiske topper i tidssignalet.

RMS (rotmiddelkvadrat) og toppverdi er vanlige tilstandsparametere som brukes i tidsdomenet.
For eksempel, i vibrasjonsmåling, brukes rotmiddelkvadratet av vibrasjonshastigheten (v-RMS) for ubalanse, feiljustering og løse komponenter, mens rotmiddelkvadratet av vibrasjonsakselerasjonen (a-RMS) brukes for friksjon eller utilstrekkelig smøring i gir eller lagre.
En vanlig måleenhet for toppverdier er toppverdien av vibrasjonsakselerasjonen a-topp, som representerer forbigående hendelser, f.eks. som et resultat av lagerskade eller et plutselig maskinhavari.

Frekvensdomene

Ved analyse av vibrasjoner i frekvensdomenet dekomponeres det komplekse, overlappende tidssignalet til sine forskjellige frekvenskomponenter og amplituder ved hjelp av Fast Fourier Transform (FFT). Dette gjør det mulig å raskt og tydelig identifisere dominerende frekvenser som ubalansefrekvensen i vibrasjonsblandingen.

En spesiell form for FFT er innhyllingskurvens spektrum (= H-FFT), hvor de periodiske støtpulsene (f.eks. av rullelagerskader) som stimulerer systemets naturlige frekvens, demoduleres og forfiltreres tilsvarende. Spesielt med rullelagre eller kompleks maskinkinematikk (f.eks. tannhjul), er fordelen med H-FFT-analyser at de tilbakevendende støtpulsfrekvensene til den skadelige delen kan gjenkjennes tydelig.

Bredbåndsmåling

Bredbåndsmålinger registrerer og analyserer hele frekvensområdet til et signal, inkludert alle frekvenskomponentene. Målinger utføres over et bredt frekvensområde (f.eks. 2...1000 Hz), og tilstandsparametere (som rotmiddelkvadratet av vibrasjonshastighet v-RMS) beregnes fra dette og overføres i sanntid for tilstandsmonitorering.

Smalbåndsmåling

Smalbåndsmålinger utføres kun over et smalt frekvensområde eller på spesifikke frekvenser innenfor det totale spekteret. De brukes ofte der det er særlig interesse for en spesifikk frekvenskomponent (som lagerfrekvenser for et rullende lager) eller et spesifikt frekvensområde.

Vibrasjonsforskyvning d

Vibrasjonsforskyvning er den faktiske avstanden et målepunkt beveger seg bort fra sin opprinnelige statiske posisjon. Parameteren brukes til å detektere sykliske bevegelser i en applikasjon, slik som transportørbevegelse eller tilstanden til dempingselementene til en vibrerende transportør. Vanligvis registreres vibrasjonsforskyvning i et frekvensområde under 500 Hz.

Vibrasjonshastighet v

Vibrasjonshastigheten, spesielt RMS-verdien, er en god indikator på energien som virker på en maskin. Spesielt problemer med ubalanse, løsning, feiljustering eller belte kan føre til økt v-RMS. Disse applikasjonene har vanligvis et frekvensområde på 2...1000 Hz (i henhold til ISO 10816-3 eller ISO 20816-3).

Vibrasjonsakselerasjon a

Høyfrekvente bredbåndskarakteristikkverdier som a-topp eller a-RMS er etablerte indikatorer for lagerskader, gnidning, friksjon eller kavitasjon. Spesielt i de tidlige stadiene av skade dekkes ikke de høyfrekvente akselerasjonstoppene av ISO 20816-frekvensområdet. Dermed er vibrasjonsakselerasjonen spesielt nyttig som en tidlig varslingsindikator for de korte forbigående støtpulsene som følge av begynnende lagerskader eller tannfeil i tannhjulet.

Crest-faktor (toppfaktor)

En spesiell parameter for vibrasjonsakselerasjonsmålinger er crest-faktoren. Den beregnes ved å dele toppverdien med RMS-verdien:
Crest = a−topp / a−RMS

Crest-faktoren er nyttig for å evaluere lagerskader. Spesielt i de tidlige stadiene av lagerskader vil rullende elementer som periodisk passerer gjennom gropen forårsake korte vibrasjonsstøt. Disse støtpulsene vil føre til økt a-topp. I denne fasen vil imidlertid a-RMS-verdien forbli relativt liten. Etter hvert som skaden utvikler seg, vil frekvensen av groptæring og intensiteten av støtimpulsene øke, noe som fører til en økning i a-RMS. Spesielt i denne innledende fasen mellom høy a-topp og lave a-RMS verdier, er crest-faktor en nyttig ekstra indikator for tidlig identifisering av lagerskader, ettersom crest-faktoren også må være høy i denne fasen og gradvis vil synke med økende a-RMS verdier.

Enkeltakse vs. fleraksemåling

I de fleste applikasjoner er uniaksial vibrasjonsmåling tilstrekkelig, ettersom hovedvibrasjonen skjer i radial retning fra akselen.
Treaksemålinger kan imidlertid ha avgjørende fordeler når det gjelder funksjon, fleksibilitet og kostnader.

Avhengig av kinematikk og maskinkonstruksjon kan f.eks. stivheten til en maskin være forskjellig i intensitet og egenskaper i aksial, horisontal eller vertikal retning. 3-aksede målinger gir monteringsfleksibilitet og fanger alle tre dimensjonene på en målrettet måte, og tar hensyn til forskjellige vibrasjonsstimuleringer.
I tillegg påvirker visse maskingeometrier og feilmønstre i betydelig grad retningen på skadeutviklingen. For eksempel kan akselfeiljusteringer være dominerende i aksial eller radial retning, eller ubalanse/støt kan ha forskjellige dominerende retninger med visse maskingeometrier.

Naturlig frekvens er en spesifikk frekvens for et helt system, som vil få systemet til å svinge med høye amplituder selv ved svak eksitasjon. Resonans oppstår når eksitasjonsfrekvensen, eller et multiplum av den, sammenfaller med systemets naturlige frekvens.

Et samlet system har flere naturlige frekvenser, noe som betyr at flere resonanser kan forårsakes av eksitasjon. For eksempel har et helhetlig system bestående av en elektrisk motor og en vibrasjonssensor forskjellige naturlige frekvenser, slik at akselerasjonssignalet til sensoren kan inneholde resonansen til motoren, men også sin egen resonans.
Den naturlige frekvensen til systemet defineres av massen og stivheten. Dempingen av et system bestemmer forsterkningen av eksiteringen ved en naturlig frekvens.