- 分析振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在日常設(shè)備保養(yǎng)中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)
- 利用振動(dòng)分析檢測(cè)技術(shù)
- 采用磁敏式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)
振動(dòng)是指描述系統(tǒng)狀態(tài)的參量（如位移、電壓）在其基準(zhǔn)值上下交替變化的過(guò)程。狹義的指機(jī)械振動(dòng)，即力學(xué)系統(tǒng)中的振動(dòng)。電磁振動(dòng)習(xí)慣上稱為振蕩。力學(xué)系統(tǒng)能維持振動(dòng)，必須具有彈性和慣性。由于彈性，系統(tǒng)偏離其平衡位置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生回復(fù)力，促使系統(tǒng)返回原來(lái)位置；由于慣性，系統(tǒng)在返回平衡位置的過(guò)程中積累了動(dòng)能，從而使系統(tǒng)越過(guò)平衡位置向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)。正是由于彈性和慣性的相互影響，才造成系統(tǒng)的振動(dòng)。按系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)自由度分，有單自由度系統(tǒng)振動(dòng)（如鐘擺的振動(dòng)）和多自由度系統(tǒng)振動(dòng)。有限多自由度系統(tǒng)與離散系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，其振動(dòng)由常微分方程描述；無(wú)限多自由度系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)（如桿、梁、板、殼等）相對(duì)應(yīng)，其振動(dòng)由偏微分方程描述。如前一單元所言，一個(gè)完整的預(yù)知保養(yǎng)系統(tǒng)必須涵蓋所有訊號(hào)分析檢測(cè)技術(shù)，然而，不可諱言的，振動(dòng)分析檢測(cè)技術(shù)始終是預(yù)知保養(yǎng)系統(tǒng)之根本。
以彈簧懸吊一個(gè)重量為m的物體為例，當(dāng)物體被拉下再釋放后，此種模式的振動(dòng)亦稱簡(jiǎn)諧振動(dòng)。振動(dòng)訊號(hào)圖任何振動(dòng)訊號(hào)都是由不同的振幅、頻率及相位三大要素所組成，從事振動(dòng)分析的前提為：三大要素對(duì)機(jī)械設(shè)備而言，都代表著不同的意義。
振幅大小代表設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常狀況之嚴(yán)重性
頻率分布代表設(shè)備損壞或振動(dòng)來(lái)源之所在
相位差異代表設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生之振動(dòng)模式
時(shí)間波形（Time Waveform）時(shí)間波形是以振幅對(duì)時(shí)間為坐標(biāo)的方式來(lái)表現(xiàn)振動(dòng)訊號(hào)，這是判斷軸承及齒輪等是否損壞很寶貴的訊息。
頻頻譜就是頻率的分布曲線，復(fù)雜振蕩分解為振幅不同和頻率不同的諧振蕩，這些諧振蕩的幅值按頻率排列的圖形叫做頻譜。廣泛應(yīng)用在聲學(xué)、光學(xué)和無(wú)線電技術(shù)等方面。 頻譜是頻率譜密度的簡(jiǎn)稱。它將對(duì)信號(hào)的研究從時(shí)域引到頻域，從而帶來(lái)更直觀的認(rèn)識(shí)。
頻譜是以振幅對(duì)頻率為坐標(biāo)的方式來(lái)表現(xiàn)振動(dòng)訊號(hào)，振動(dòng)訊號(hào)經(jīng)過(guò)FFT轉(zhuǎn)換之后，從設(shè)備上所量測(cè)到的各種不同頻率已被區(qū)隔開來(lái)，即可大略判斷設(shè)備的問題根源及其嚴(yán)重程度。
振動(dòng)訊號(hào)量測(cè)技巧簡(jiǎn)述以下三點(diǎn)都與所搜集的量測(cè)訊號(hào)息息相關(guān)，三者之任何一項(xiàng)未審慎考量運(yùn)用時(shí)，都會(huì)使分析結(jié)果準(zhǔn)確度降低，甚至量測(cè)所得資料毫無(wú)意義。1.量測(cè)工具之選用：
單（雙或多）頻分析儀、傳感器（Sensor）、探頭（探棒或磁性座）、相位讀取計(jì)等。加速度傳感器（加速規(guī)）性能
.可用頻率范圍較廣
.質(zhì)輕、尺寸小
.可耐高溫
.可靠性、穩(wěn)定性佳
.輸出為低位準(zhǔn)，高阻抗信號(hào)，需接信號(hào)放大器
.敏感于安裝方式及安裝扭力等？振動(dòng)傳感器的靈敏度具有方向性，其中最靈敏的位置在傳感器的中心線上。
使用磁性座或探棒均必須固定鎖緊。
不管是否使用磁性座、探棒或直接量測(cè)，均必須將傳感器垂直緊緊附著于被測(cè)面上量測(cè)。
每個(gè)軸承都必須量測(cè)其垂直、水平及軸向。
2.量測(cè)參數(shù)之設(shè)定：
頻率范圍、分辨率、取樣、平均化模式、積分方式等。3.量測(cè)位置之決定：
是否靠近軸承位置、垂直（水平、軸向）量測(cè)是否正確、探頭及連接現(xiàn)是否搖晃等。
一般轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械振動(dòng)分析診斷使用振動(dòng)分析技術(shù)診斷機(jī)械問題時(shí)，必須盡可能搜集掌握所有可以得到的信息，其中包括：
1.機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)資料：工作轉(zhuǎn)速、臨界轉(zhuǎn)速、軸承型號(hào)、設(shè)備型式、聯(lián)軸器型式、葉輪葉片數(shù)、齒輪齒數(shù)、皮帶輪直徑、皮帶輪中心距、電源頻率、管路設(shè)計(jì)等。
2.現(xiàn)場(chǎng)感官檢視記錄：基礎(chǔ)、基座、固定螺絲、管路、軸承潤(rùn)滑、軸承溫度、異音噪音、異常傳動(dòng)等狀況。
3.損壞維修歷史記錄：各種保養(yǎng)周期、損壞原因、損壞情形、更換零組件、各種校正記錄等。
4.其它檢測(cè)分析記錄：溫度趨勢(shì)、振動(dòng)值趨勢(shì)、表壓、電壓、電流等。5.各種振動(dòng)分析訊號(hào)：頻譜、時(shí)間波形、相位分析、共振分析、模態(tài)分析等。所有分析訊號(hào)需考量?jī)x器功能、設(shè)備特性、振動(dòng)訊號(hào)本身，方能有效掌控設(shè)備真正問題及其嚴(yán)重性，切忌以套用簡(jiǎn)易頻譜分析診斷法則，而給予設(shè)備錯(cuò)誤診斷，切記一個(gè)錯(cuò)誤的診斷除會(huì)增加保養(yǎng)成本外，亦會(huì)快速導(dǎo)致機(jī)械維修人員對(duì)振動(dòng)分析技術(shù)喪失信心。從事振動(dòng)分析診斷者，應(yīng)本振動(dòng)分析第一法則：
知之為知之，不知為不知，是知也。當(dāng)發(fā)現(xiàn)無(wú)法確認(rèn)的問題時(shí)，適時(shí)請(qǐng)教振動(dòng)分析專家，可避免錯(cuò)誤診斷，亦可提升自己的診斷技術(shù)。
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1.平衡不良狀況診斷
當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)件慣性軸心線與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心線不在同一直線上時(shí)，此轉(zhuǎn)動(dòng)件即為平衡不良
造成轉(zhuǎn)動(dòng)件不平衡的原因
–轉(zhuǎn)動(dòng)件本身形狀不對(duì)稱
–加工制造上的公差
–組裝安裝不當(dāng)
–轉(zhuǎn)動(dòng)件于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)變形
–轉(zhuǎn)動(dòng)件破損磨耗
–轉(zhuǎn)動(dòng)件附著異物 平衡不良頻譜特性？振動(dòng)頻譜主要發(fā)生于一倍轉(zhuǎn)速
振動(dòng)方向通常都發(fā)生于徑向
軸向振幅很小，遠(yuǎn)小于徑向之1/3
不論在徑向或軸向， 2倍、3倍、4倍頻之振動(dòng)，幾乎沒有
2.對(duì)心不良狀況診斷
所謂對(duì)心不良是指聯(lián)結(jié)在一起的兩臺(tái)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)中心線不在同一直線上
對(duì)心不良的征狀–軸承、軸封、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)軸提早損壞。
–基礎(chǔ)樁螺絲有松脫現(xiàn)象。
–聯(lián)軸器間隙過(guò)大或破損。
–聯(lián)軸器有高溫現(xiàn)象且橡塑料聯(lián)軸器會(huì)有粉末排出。
–馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)電流偏高。
–軸承損壞在軌道上有180度與內(nèi)外對(duì)稱磨損現(xiàn)象。對(duì)心不良頻譜特性？振動(dòng)頻率主要發(fā)生于1倍、 2倍或3倍轉(zhuǎn)速上
因大部份之不對(duì)心乃混合式不對(duì)心（角度式+平行式） ，故振動(dòng)方向同時(shí)來(lái)自于徑向和軸向3.軸彎曲狀況診斷
3.損壞維修歷史記錄：各種保養(yǎng)周期、損壞原因、損壞情形、更換零組件、各種校正記錄等。
4.機(jī)械松動(dòng)狀況診斷
松動(dòng)造成的原因大致可分為兩種？外松動(dòng)
–結(jié)構(gòu)、底板、基礎(chǔ)松動(dòng)或螺栓松脫？?jī)?nèi)松動(dòng)
–兩配合組件之松動(dòng)如軸與軸承內(nèi)圈、軸承蓋與軸承外圈、軸與葉片等配合不當(dāng)
–振動(dòng)發(fā)生于1× 、 2× 、 3×……7× 、 8×或更高之轉(zhuǎn)速頻率，徑向和軸向都明顯
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5.滾動(dòng)軸承損壞狀況診斷
滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架四部分組組成內(nèi)圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉(zhuǎn)；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動(dòng)體是借助于保持架均勻的將滾動(dòng)體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動(dòng)軸承的使用性能和壽命；保持架能使?jié)L動(dòng)體均勻分布，防止?jié)L動(dòng)體脫落，引導(dǎo)滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)起潤(rùn)滑作用。
軸承滾動(dòng)件損壞頻率（Ball Spin Frequency ，BSF）：
BSF= 1/2 × RPM × Pd/Bd × （1 – （Bd / Pd × cos ψ）2 ）軸承內(nèi)環(huán)軌道損壞頻率（Ball Pass Frequency Inner Race ，BPFI）：
BPFI= 1/2 × RPM × N × （1 – Bd / Pd × cos ψ）軸承外環(huán)軌道損壞頻率（Ball Pass Frequency Outer Race ，BPFO）。
FTF= 1/2 × RPM × （1 × Bd / Pd × cos ） 其中 RPM : 軸之轉(zhuǎn)速－N : 軸承滾動(dòng)體之?dāng)?shù)目Pd : 軸承節(jié)徑Bd : 軸承滾動(dòng)體直徑ψ : 滾動(dòng)體之接觸角？BPFI通常為轉(zhuǎn)速×N ×60%
BPFO通常為轉(zhuǎn)速×N ×40%
FTF通常為轉(zhuǎn)速×0.4～0.6
BSF通常為轉(zhuǎn)速之2～4倍
標(biāo)準(zhǔn)之組件損壞順序?yàn)锽PFO?BPFI ?BSF ?FTF6.轉(zhuǎn)軸磨擦狀況診斷？當(dāng)旋轉(zhuǎn)件與固定件磨擦?xí)r，其頻譜與松動(dòng)相似。
通常會(huì)激發(fā)轉(zhuǎn)速的整數(shù)分?jǐn)?shù)的次簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率（1/2，1/3，1/4……）
7.葉片狀況診斷？葉片頻率（BPF） =葉片數(shù)＊轉(zhuǎn)速，此為泵浦，風(fēng)車和壓縮機(jī)的固有頻率
但若設(shè)計(jì)不當(dāng)，擴(kuò)散片磨損，管路陡彎，擾流阻礙或轉(zhuǎn)軸偏心，皆會(huì)引起高BPF
8.擾流狀況診斷？當(dāng)空氣在進(jìn)出風(fēng)車，壓力或速度產(chǎn)生突然之變化時(shí)，會(huì)引起擾流現(xiàn)象。
?擾流通常會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)，低頻的振動(dòng)，范圍約在 1～30 Hz間。
9.孔蝕狀況診斷？當(dāng)泵浦入口壓力不足時(shí)，易產(chǎn)生孔蝕（氣穴）現(xiàn)象
孔蝕通常會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)，高頻且寬頻域的振動(dòng)，會(huì)對(duì)泵浦內(nèi)部機(jī)件造成腐蝕。
10.齒輪狀況診斷？齒輪嚙合頻率（GMF）=齒數(shù)＊轉(zhuǎn)速
GMF為齒輪機(jī)構(gòu)固有之頻率，其大小代表負(fù)荷之多寡，而非磨耗。
11.齒磨耗，偏心或兩軸不平行？齒輪自然頻率會(huì)被激發(fā)出來(lái)f n
磨耗增加，旁波亦會(huì)增多加大。
12.皮帶傳動(dòng)問題診斷？皮帶頻率=3.124＊皮帶輪直徑＊轉(zhuǎn)速/皮帶長(zhǎng)度
皮帶發(fā)生磨破，松動(dòng)，或配合錯(cuò)誤，常會(huì)引發(fā)1＊，2＊，3＊，4＊的皮帶頻率
13.皮帶或皮帶輪不對(duì)心問題診斷？皮帶輪不對(duì)心時(shí)，會(huì)在1＊轉(zhuǎn)速顯現(xiàn)高振動(dòng)
軸向尤其明顯。
被傳動(dòng)件之轉(zhuǎn)速頻率會(huì)發(fā)現(xiàn)在傳動(dòng)件頻譜上。
14.皮帶輪偏心問題診斷？和不平衡問題一樣，振幅主要發(fā)生于徑向之一倍頻。
15.馬達(dá)定子問題診斷？定子偏心會(huì)產(chǎn)生氣隙不均而引起振動(dòng)
氣隙不均會(huì)產(chǎn)生局部發(fā)熱而使馬達(dá)軸彎曲，故振動(dòng)會(huì)隨操作時(shí)間而變大
會(huì)在2倍線頻率（120 Hz）產(chǎn)生高振動(dòng)
16.馬達(dá)轉(zhuǎn)子偏心問題診斷？轉(zhuǎn)子偏心會(huì)產(chǎn)生2倍線頻率，并伴隨著極通頻率（FP=P＊遲滯頻率）
FP會(huì)在低頻區(qū)出現(xiàn)（約0.3～2.0 Hz）
17.轉(zhuǎn)子棒松動(dòng)問題診斷？轉(zhuǎn)子棒通過(guò)頻率（RBPF）=轉(zhuǎn)子棒數(shù)＊轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)子棒松動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生RBPF及2＊RBPF，并伴隨著 2＊FL（120 Hz）之旁波
18.相位問題診斷？聯(lián)接器的松動(dòng)或損壞會(huì)產(chǎn)生相位問題
會(huì)引發(fā)2倍線頻率之大振動(dòng)
并伴隨著1/3 FL（20 Hz）的旁波
19.同步馬達(dá)問題診斷？線通頻率（CPF）=定子線圈數(shù)＊轉(zhuǎn)速
定子線圈松動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生CPF高振動(dòng)
并伴隨著轉(zhuǎn)速之旁波
20.直流馬達(dá)問題診斷？磁場(chǎng)繞組破損，不良的SCR，聯(lián)接器松動(dòng)會(huì)產(chǎn)生6倍線頻率（360 Hz）之高振動(dòng)，采用磁敏式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其磁敏傳感器件（例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返龋┭b在定子組件上，用來(lái)檢測(cè)永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。
