Podstawy i technologia

Drgania harmoniczne można opisać matematycznie za pomocą funkcji sinusoidalnej. Oto niektóre ze zmiennych wpływających na oscylację:

Okres T to czas wymagany do wykonania pełnego cyklu. Odwrotność okresu nazywana jest częstotliwością (f = 1/T). Przy prędkości obrotowej silnika wynoszącej 3000 obrotów na minutę, obrót jest powtarzany co 20 ms (okres T), co odpowiada częstotliwości 50 Hz.

Amplituda A odnosi się do maksymalnego przesunięcia oscylacji od położenia równowagi. Istnieją różne pojęcia, które mogą być używane w związku z amplitudą. Oprócz klasycznej wartości szczytowej (= amplituda, wartość szczytowa), dwa powszechnie stosowane wskaźniki to pierwiastek średniej kwadratowej (= wartość RMS) i amplituda drgań (= 2x amplituda, wartość szczytowa) .

Faza odnosi się do przesunięcia w czasie zjawiska okresowego, np. sinusoidy od punktu odniesienia (np. impulsu enkodera). W naszym przypadku faza jest ważną miarą równoważenia obracającego się systemu w celu określenia położenia przeciwwagi.

W praktyce wiele różnych oscylacji harmonicznych nakłada się na siebie, dlatego poszczególne funkcje sinusoidalne zwykle nie będą już możliwe do zidentyfikowania w sygnale czasowym.

Domena czasowa

Podczas analizy drgań w domenie czasowej, złożony nałożony sygnał drgań jest wykreślany na osi czasu. Dominujące sygnały przejściowe lub wzorce występujące w sygnale czasowym można wykorzystać do wyciągnięcia wniosków na temat uszkodzenia.
Na przykład, uszkodzenie łożyska na wczesnym etapie tworzy okresowe piki amplitudy w sygnale czasowym.

RMS (pierwiastek średniej kwadratowej) i wartość szczytowa to powszechnie stosowane parametry stanu w dziedzinie czasu.
Na przykład, w monitorowaniu drgań, pierwiastek średniej kwadratowej prędkości drgań (v-RMS) jest używany do niewyważenia, niewspółosiowości i poluzowania, podczas gdy pierwiastek średniej kwadratowej przyspieszenia drgań (a-RMS) jest używany do tarcia lub niewystarczającego smarowania w przekładniach lub łożyskach.
Powszechną miarą wartości szczytowych jest wartość szczytowa przyspieszenia drgań a-peak, która reprezentuje zdarzenia przejściowe, np. w wyniku uszkodzenia łożyska lub nagłej awarii maszyny.

Domena częstotliwości

Podczas analizy drgań w dziedzinie częstotliwości, złożony nałożony sygnał czasowy jest rozkładany na różne składowe częstotliwości i amplitudy za pomocą szybkiej transformaty Fouriera (FFT). Umożliwia to szybką i wyraźną identyfikację dominujących częstotliwości, takich jak częstotliwość niewyważenia w mieszaninie drgań.

Szczególną formą FFT jest widmo krzywej obwiedni (= H-FFT), w którym okresowe impulsy uderzeniowe (np. uszkodzenia łożysk tocznych), które stymulują częstotliwość drgań własnych systemu, są demodulowane i odpowiednio wstępnie filtrowane. Zwłaszcza w przypadku łożysk tocznych lub złożonych układów kinematycznych maszyn (np. kół zębatych), zaletą analiz H-FFT jest możliwość wyraźnego rozpoznania powtarzających się częstotliwości impulsów udarowych uszkodzonej części.

Pomiar szerokopasmowy

Pomiary szerokopasmowe rejestrują i analizują cały zakres częstotliwości sygnału, w tym wszystkie składowe częstotliwości. Pomiary są przeprowadzane w szerokim zakresie częstotliwości (np. 2...1000 Hz), a parametry stanu (takie jak średnia kwadratowa prędkości drgań v-RMS) są obliczane na ich podstawie i przesyłane w czasie rzeczywistym w celu monitorowania stanu.

Pomiar wąskopasmowy

Pomiary wąskopasmowe są przeprowadzane tylko w wąskim zakresie częstotliwości lub w określonych częstotliwościach w całym spektrum. Są one często stosowane, gdy istnieje szczególne zainteresowanie określoną składową częstotliwości (np. częstotliwościami łożysk tocznych) lub określonym zakresem częstotliwości.

Przemieszczenie drgań d

Przemieszczenie drgań to rzeczywista odległość, na jaką punkt pomiarowy oddala się od swojej pierwotnej pozycji statycznej. Parametr ten służy do wykrywania cyklicznych ruchów w aplikacji, takich jak ruch przenośnika lub stan elementów tłumiących przenośnika wibracyjnego. Zazwyczaj przemieszczenie drgań jest rejestrowane w zakresie częstotliwości poniżej 500 Hz.

Prędkość drgań v

Prędkość drgań, zwłaszcza wartość RMS, jest dobrym wskaźnikiem energii działającej na maszynę. Niewyważenie, poluzowanie, niewspółosiowość lub problemy z paskiem mogą w szczególności skutkować zwiększoną wartością v-RMS. Aplikacje te mają zazwyczaj zakres częstotliwości 2...1000 Hz (zgodnie z ISO 10816-3 lub ISO 20816-3).

Przyspieszenie drgań a

Szerokopasmowe wartości charakterystyczne o wysokiej częstotliwości, takie jak a-peak lub a-RMS, są uznanymi wskaźnikami uszkodzeń łożysk, tarcia, tarcia lub kawitacji. Zwłaszcza na wczesnych etapach uszkodzenia, szczytowe wartości przyspieszenia o wysokiej częstotliwości nie są objęte zakresem częstotliwości ISO 20816. W związku z tym przyspieszenie drgań jest szczególnie przydatne jako wskaźnik wczesnego ostrzegania o krótkich przejściowych impulsach uderzeniowych wynikających z początkowego uszkodzenia łożyska lub wad zębów przekładni.

Współczynnik szczytu

Szczególnym parametrem pomiarów przyspieszenia drgań jest współczynnik szczytu. Jest on obliczany poprzez podzielenie wartości szczytowej przez wartość skuteczną RMS:
Szczyt = a-peak / a-RMS

Współczynnik szczytu jest przydatny do oceny uszkodzeń łożysk. Zwłaszcza na wczesnych etapach uszkodzenia łożyska, elementy toczne okresowo przechodzące przez wżery powodują krótkie wstrząsy wibracyjne. Te impulsy uderzeniowe doprowadzą do zwiększenia wartości szczytowej a. Jednak w tej fazie wartość a-RMS pozostanie stosunkowo niewielka. W miarę postępu uszkodzenia, częstotliwość wżerów i intensywność impulsów uderzeniowych będzie wzrastać, prowadząc do wzrostu a-RMS. Zwłaszcza w tej początkowej fazie pomiędzy wysokimi wartościami a-peak i niskimi wartościami a-RMS, współczynnik szczytu jest przydatnym dodatkowym wskaźnikiem do wczesnej identyfikacji uszkodzeń łożysk, ponieważ współczynnik szczytu musi być również wysoki w tej fazie i będzie stopniowo spadał wraz ze wzrostem wartości a-RMS.

Pomiar jednoosiowy a wieloosiowy

W większości zastosowań pomiar drgań jednoosiowych jest wystarczający, ponieważ główne drgania występują w kierunku promieniowym od wału.
Jednak pomiary 3-osiowe mogą mieć decydujące zalety pod względem funkcjonalności, elastyczności i kosztów.

Na przykład, w zależności od kinematyki i konstrukcji maszyny, sztywność maszyny może mieć różną intensywność i charakterystykę w kierunku osiowym, poziomym lub pionowym. Pomiary 3-osiowe zapewniają elastyczność montażu i rejestrują wszystkie trzy wymiary w ukierunkowany sposób, biorąc pod uwagę różne bodźce wibracyjne.
Ponadto, niektóre geometrie maszyn i wzorce usterek mają znaczący wpływ na kierunek rozwoju uszkodzeń. Na przykład, niewspółosiowość wału może być dominująca w kierunku osiowym lub promieniowym, lub niewyważenie/wstrząsy mogą mieć różne dominujące kierunki w przypadku niektórych geometrii maszyn.

Częstotliwość drgań własnych to określona częstotliwość całego układu, która powoduje, że układ oscyluje z dużą amplitudą nawet przy niewielkim wzbudzeniu. Rezonans występuje, gdy częstotliwość wzbudzenia lub jej wielokrotność pokrywa się z częstotliwością drgań własnych układu.

Cały układ ma wiele częstotliwości drgań własnych, co oznacza, że wzbudzenie może powodować wiele rezonansów. Na przykład cały system składający się z silnika elektrycznego i czujnika drgań ma różne częstotliwości drgań własnych, więc sygnał przyspieszenia czujnika może zawierać rezonans silnika, ale także jego własny rezonans.
Częstotliwość drgań własnych układu jest definiowana przez jego masę i sztywność. Tłumienie układu określa wzmocnienie wzbudzenia przy częstotliwości drgań własnych.