Osnove in tehnologija

Harmonično nihanje je mogoče matematično opisati s sinusno funkcijo. To so nekatere spremenljivke, ki vplivajo na nihanje:

Obdobje T je čas, potreben za dokončanje celotnega cikla. Obratno obdobje se imenuje frekvenca (f = 1/T). Pri hitrosti motorja 3.000 vrtljajev na minuto se vrtenje ponovi vsakih 20 ms (obdobje T), kar ustreza frekvenci 50 Hz.

Amplituda A se nanaša na največji premik nihanja iz ravnovesnega položaja. V zvezi z amplitudo se lahko uporabljajo različni pojmi. Med pogostimi metrikami sta poleg klasične največje vrednosti (= amplituda, največja vrednost) tudi efektivna vrednost (= vrednost RMS) in amplituda vibracij (= 2x amplituda, največja vrednost – največja vrednost).

Faza se nanaša na časovni premik periodičnega pojava, npr. sinusoide, od referenčne točke (npr. impulza kodirnika). V našem primeru je faza pomembna metrika za uravnoteženje vrtečega se sistema, da se določi položaj protiuteži.

Pri praktičnih primerih se veliko različnih harmoničnih nihanj prekriva, zato posameznih sinusnih funkcij v časovnem signalu običajno ni več mogoče prepoznati.

Časovna domena

Med analizo vibracij v časovni domeni se kompleksni prekrivajoči vibracijski signal prikaže na časovni osi. Na podlagi prevladujočih prehodnih signalov ali vzorcev, ki se pojavljajo v časovnem signalu, je mogoče sklepati o poškodbi.
Poškodba ležaja v zgodnji fazi na primer ustvari periodične amplitude v časovnem signalu, ki so podobne iglicam.

RMS (efektivna vrednost) in največja vrednosti sta običajna parametra stanja, ki se uporabljata v časovni domeni.
Pri spremljanju vibracij se na primer efektivna vrednost hitrosti vibracij (v-RMS) uporablja za neuravnoteženost, neporavnanost in zrahljanost, medtem ko se efektivna vrednost hitrosti vibracij (a-RMS) uporablja za trenje ali nezadostno mazanje v zobnikih ali ležajih.
Pogosta metrika za največje vrednosti je največja vrednost pospeška vibracij a-peak, ki predstavlja prehodne dogodke, npr. zaradi poškodbe ležaja ali nenadnega trka stroja.

Frekvenčna domena

Med analizo vibracij v frekvenčni domeni se kompleksni prekrivajoči časovni signal razgradi na različne frekvenčne komponente in amplitude z uporabo hitre Fourierove transformiranke (FFT). Na ta način je mogoče hitro in jasno prepoznati prevladujoče frekvence, kot je frekvenca neuravnoteženosti v mešanici vibracij.

Med posebnimi oblikami FFT-ja je spekter ovojnice krivulje (= H-FFT), kjer se periodični udarni impulzi (npr. pri poškodbi kotalnega ležaja), ki spodbujajo lastno frekvenco sistema, demodulirajo in ustrezno predfiltrirajo. Prednost analiz H-FFT je predvsem pri kotalnih ležajih ali kompleksni kinematiki strojev (npr. zobnikih), saj je mogoče jasno prepoznati ponavljajoče se frekvence udarnih impulzov poškodovanega dela.

Širokopasovno merjenje

Širokopasovna merjenja beležijo in analizirajo celotno frekvenčno območje signala, vključno z vsemi frekvenčnimi komponentami. Merjenja se izvajajo v širokem frekvenčnem območju (npr. 2...1000 Hz), iz tega pa se izračunajo parametri stanja (kot je efektivna vrednost pospeška vibracij v-RMS), ki se prenašajo v realnem času za spremljanje stanja.

Ozkopasovno merjenje

Ozkopasovna merjenja se izvajajo le v ozkem frekvenčnem območju ali v določenih frekvencah znotraj celotnega spektra. Pogosto se uporabljajo, kadar je poseben interes za določeno frekvenčno komponento (kot so frekvence kotalnega ležaja) ali določeno frekvenčno območje.

Premik vibracij d

Premik vibracij je dejanska razdalja, za katero se merilna točka odmakne od svojega prvotnega statičnega položaja. Parameter se uporablja za zaznavanje cikličnih gibanj med uporabo, kot je premikanje transporterja ali stanje dušilnih elementov vibracijskega transporterja. Običajno se premik vibracij beleži v frekvenčnem območju pod 500 Hz.

Hitrost vibracij v

Hitrost vibracij, zlasti predvsem efektivna vrednost, je dober kazalnik energije, ki deluje na stroj. Zlasti neuravnoteženost, zrahljanje, neporavnanost ali težave z jermenom lahko povzročijo povečano vrednost v-RMS. Te uporabe imajo običajno frekvenčno območje 2...1000 Hz (v skladu z ISO 10816-3 ali ISO 20816-3).

Pospešek vibracij a

V visokofrekvenčnih širokopasovnih karakteristikah, kot sta a-peak ali a-RMS, so uveljavljeni kazalniki poškodb, drgnjenja, trenja ali kavitacije ležaja. Visokofrekvenčni pospeški predvsem v zgodnjih fazah poškodbe niso zajeti v frekvenčnem območju ISO 20816. Zato je pospešek vibracij še posebej uporaben kot kazalnik zgodnjega opozarjanja na kratke prehodne udarne impulze, ki so posledica začetnih poškodb ležajev ali zob zobnikov.

Faktor obremenitve

Poseben parameter merjenj pospeška vibracij je faktor obremenitve. Izračuna se tako, da se največja vrednost deli z vrednostjo RMS:
Crest = a−peak/a−RMS

Faktor obremenitve (Crest) je uporaben za ocenjevanje poškodb ležajev. Kotalni elementi, ki občasno prehajajo skozi vdolbine, predvsem v zgodnjih fazah poškodbe ležaja povzročajo kratke vibracijske udarce. Tovrstni udarni impulzi povzročijo povečan a-peak. Vendar pa bo v tej fazi vrednost a-RMS ostala razmeroma majhna. Z napredovanjem poškodbe se pogostost vdolbin in intenzivnost udarnih impulzov povečujeta, kar vodi v povečanje vrednosti a-RMS. Predvsem v tej začetni fazi med visokimi vrednostmi a-peak in nizkimi vrednostmi a-RMS je faktor obremenitve (Crest) koristen dodatni kazalnik za zgodnje prepoznavanje poškodbe ležaja, saj mora biti tudi faktor obremenitve (Crest) v tej fazi visok in se z naraščanjem vrednosti a-RMS postopoma zmanjšuje.

Enoosno merjenje v primerjavi z večosnim merjenjem

Pri večini uporabah zadostuje merjenje enoosnih vibracij, saj se glavne vibracije pojavljajo v radialni smeri od gredi.
Vendar pa imajo lahko triosna merjenja odločilne prednosti z vidika funkcionalnosti, prilagodljivosti in stroškov.

Odvisno od kinematike in konstrukcije stroja je lahko na primer togost stroja različno močna in značilna v aksialni, vodoravni ali navpični smeri. Triosna merjenja zagotavljajo prilagodljivost pri montaži in ciljno zajemajo vse tri dimenzije ter upoštevajo različne vibracijske dražljaje.
Poleg tega nekatere geometrije strojev in vzorci napak znatno vplivajo na smer razvoja poškodbe. Vzporedna neporavnanost gredi lahko na primer prevladujejo v aksialni ali radialni smeri, pri določenih geometrijah strojev pa imajo lahko neuravnoteženost/udarci različne prevladujoče smeri.

Značilnosti lastne frekvence so specifična frekvenca celotnega sistema, zaradi katere sistem niha z velikimi amplitudami že ob rahlem vzbujanju. Do resonance pride, ko frekvenca vzbujanja ali njen večkratnik sovpada z lastno frekvenco sistema.

Celoten sistem ima več lastnih frekvenc, kar pomeni, da lahko vzbujanje povzroči več resonanc. Celoten sistem, ki ga sestavljata elektromotor in senzor vibracij, ima na primer različne lastne frekvence, zato lahko signal pospeška senzorja vsebuje resonanco motorja in tudi lastno resonanco.
Lastno frekvenco sistema določata njegova masa in togost. Dušenje sistema določa ojačitev vzbujanja pri lastni frekvenci.