Fundamente și tehnologie

Oscilația armonioasă poate fi descrisă matematic folosind o funcție sinusoidală. Acestea sunt câteva dintre variabilele care afectează oscilația:

Perioada T este timpul necesar pentru a realiza un ciclu complet. Inversul perioadei se numește frecvență (f = 1/T). La o viteză a motorului de 3.000 rotații pe minut, rotația se repetă la fiecare 20 ms (perioada T), ceea ce corespunde unei frecvențe de 50 Hz.

Amplitudinea A se referă la deplasarea maximă a oscilației de la poziția de echilibru. Există diferite noțiuni care pot fi folosite în legătură cu amplitudinea. Pe lângă clasica valoare de vârf (= amplitudine, vârf), rădăcina pătrată medie (= valoare RMS) și amplitudinea vibrației (= 2x amplitudine, vârf-pic) sunt două măsurători comune.

Faza se referă la deplasarea în timp a unui fenomen periodic, de exemplu a unei sinusoide față de un punct de referință (de exemplu, impulsul unui codificator). În cazul nostru, faza este un indicator metric important pentru echilibrarea unui sistem rotativ, pentru a determina poziția contragreutății.

În practică, multe oscilații armonice diferite se vor suprapune, motiv pentru care funcțiile sinusoidale individuale nu vor mai fi de obicei identificabile în semnalul temporal.

Domeniul timp

Atunci când se analizează vibrațiile în domeniul timp, semnalul complex de vibrații suprapus este trasat pe o axă a timpului. Semnalele tranzitorii dominante sau tiparele care apar în semnalul temporal pot fi utilizate pentru a trage concluzii cu privire la deteriorare.
De exemplu, deteriorarea rulmentului într-un stadiu incipient generează amplitudini periodice tip ac în semnalul temporal.

RMS („rădăcină pătrată medie”) și Peak (Vârf) sunt parametri de stare utilizați frecvent în domeniul timp.
De exemplu, în monitorizarea vibrațiilor, pătratul rădăcinii medii a vitezei vibrațiilor (v-RMS) este utilizat pentru dezechilibru, nealiniere și slăbire, în timp ce pătratul rădăcinii medii a accelerației vibrațiilor (a-RMS) este utilizat pentru a detecta frecarea sau lubrifierea insuficientă în angrenaje sau rulmenți.
O măsură frecventă pentru valorile de vârf este valoarea de vârf a accelerației de vârf a vibrațiilor „a-peak”, care reprezintă evenimente tranzitorii, de exemplu, ca urmare a deteriorării rulmenților sau a unei accidentări bruște a mașinii.

Domeniul frecvență

Atunci când se analizează vibrațiile în domeniul frecvență, semnalul complex de timp suprapus este descompus în diferitele sale componente de frecvență și amplitudini utilizând Transformata Fourier rapidă (FFT). Acest lucru face posibilă identificarea rapidă și clară a frecvențelor dominante, cum ar fi frecvența de dezechilibru în amestecul de vibrații.

O formă specială de FFT este spectrul FFT instantaneu (= H-FFT), în care impulsurile periodice de șoc (de exemplu, deteriorarea rulmenților) care stimulează frecvența naturală a sistemului sunt demodulate și prefiltrate în consecință. În special în cazul rulmenților sau al cinematicii utilajelor complexe (de exemplu, angrenaje), avantajul analizelor H-FFT constă în faptul că frecvențele impulsurilor de șoc recurente ale părții deteriorate pot fi recunoscute în mod clar.

Măsurarea în bandă largă

Măsurătorile în bandă largă înregistrează și analizează întregul interval de frecvență al unui semnal, inclusiv toate componentele de frecvență. Măsurătorile sunt efectuate la un interval larg de frecvență (de exemplu, 2...1000 Hz), iar parametrii de stare (cum ar fi pătratul rădăcinii medii a vitezei de vibrație v-RMS) sunt calculați din acestea și transmiși în timp real pentru monitorizarea stării.

Măsurarea în bandă îngustă

Măsurătorile în bandă îngustă sunt efectuate doar într-un interval de frecvență îngust sau în anumite frecvențe din spectrul general. Acestea sunt utilizate deseori atunci când există un interes deosebit pentru o anumită componentă de frecvență (cum ar fi frecvențele unui rulment) sau pentru un anumit interval de frecvență.

Deplasarea vibrațiilor d

Deplasarea vibrațiilor reprezintă distanța reală la care un punct de măsurare se îndepărtează de poziția sa statică inițială. Parametrul este utilizat pentru a detecta mișcările ciclice într-o aplicație, cum ar fi mișcarea unei benzi transportoare sau starea elementelor de amortizare ale unei benzi transportoare cu vibrații. De obicei, deplasarea prin vibrații este înregistrată într-un interval de frecvență sub 500 Hz.

Viteza de vibrație v

Viteza de vibrație, în special valoarea RMS, este un bun indicator al energiei care acționează asupra unui utilaj. Dezechilibrul, slăbirea, nealinierea sau problemele benzilor, în special, pot duce la o creștere a v-RMS. Aceste utilizări au de obicei un interval de frecvență de 2...1000 Hz (conform ISO 10816-3 sau ISO 20816-3).

Accelerația vibrațiilor a

Valorile caracteristice de bandă largă de înaltă frecvență, cum ar fi a-peak sau a-RMS, sunt indicatori cunoscuți ai deteriorării rulmenților, frecării, fricțiunii sau cavitației. În special în stadiile incipiente ale deteriorării, vârfurile accelerației de înaltă frecvență nu sunt cuprinse în intervalul de frecvență ISO 20816. Astfel, accelerația vibrațiilor este foarte utilă ca indicator de avertizare timpurie a impulsurilor scurte de șoc tranzitorii care rezultă din deteriorarea incipientă a rulmenților sau din defecțiunile dinților din angrenaj.

Factorul Crest

Un parametru special al măsurătorilor accelerației vibrațiilor este factorul de creastă. Acesta este calculat prin împărțirea valorii de vârf la valoarea RMS:
Factor de creastă = a-peak / a-RMS

Factorul de creastă este util pentru evaluarea deteriorării rulmenților. În special în stadiile incipiente ale deteriorării rulmenților, elementele rulante care trec periodic prin gropi vor provoca șocuri scurte de vibrații. Aceste impulsuri de șoc vor determina o creștere a valorii a-peak. Cu toate acestea, în această fază, valoarea a-RMS va rămâne relativ mică. Pe măsură ce deteriorarea progresează, frecvența gropilor și intensitatea impulsurilor de șoc vor crește, ducând la o creștere a valorii a-RMS. În special în această fază inițială, între valori de vârf a ridicate și valori a-RMS scăzute, factorul de creastă este un indicator suplimentar util pentru identificarea timpurie a deteriorării rulmentului, întrucât factorul de creastă trebuie să fie, de asemenea, ridicat în această etapă și va scădea treptat odată cu creșterea valorilor a-RMS.

Măsurarea pe o singură axă vs. măsurarea pe mai multe axe

În majoritatea cazurilor, măsurarea vibrațiilor uniaxiale este suficientă, deoarece principalele vibrații au loc în direcția radială a arborelui.
Cu toate acestea, măsurătorile pe 3 axe pot avea avantaje decisive în ceea ce privește funcția, flexibilitatea și costurile.

De exemplu, în funcție de cinematică și de construcția utilajului, rigiditatea unui utilaj poate fi diferită ca intensitate și caracteristici în direcția axială, orizontală sau verticală. Măsurătorile pe 3 axe oferă flexibilitate de montare și captează toate cele trei dimensiuni într-un mod specific, ținând cont de diferite stimulări ale vibrațiilor.
În plus, anumite geometrii ale utilajelor și tipare de defecte au un impact considerabil asupra direcției de evoluție a daunelor. De exemplu, nealinierile arborilor pot fi dominante în direcția axială sau radială, sau dezechilibrele/șocurile pot avea direcții predominante diferite în cazul anumitor geometrii ale mașinilor.

Frecvența naturală este o frecvență specifică a unui sistem global, care va determina sistemul să oscileze cu amplitudini mari chiar și la o stimulare ușoară. Rezonanța apare atunci când frecvența de stimulare, sau un multiplu al acesteia, coincide cu frecvența naturală a sistemului.

Un sistem global are mai multe frecvențe naturale, ceea ce înseamnă că mai multe rezonanțe pot fi cauzate de excitație. De exemplu, un sistem global format dintr-un motor electric și un senzor de vibrații are frecvențe naturale diferite, astfel încât semnalul de accelerație al senzorului poate conține rezonanța motorului, dar și propria sa rezonanță.
Frecvența naturală a sistemului este definită de masa și rigiditatea acestuia. Amortizarea unui sistem determină amplificarea excitației la o frecvență naturală.