振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在日常設(shè)備保養(yǎng)中的應(yīng)用專題（二）

分類：解決方案日期：2009-06-08 10:59:44 來(lái)源：

在所有的非破壞性分析檢測(cè)訊號(hào)（電壓、電流、溫度、壓力等）中，能提供最豐富的訊號(hào)的就是振動(dòng)訊號(hào)。 
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。何謂振動(dòng)？　　振動(dòng)是一物體相對(duì)于某一個(gè)參考點(diǎn)的往復(fù)式移動(dòng)。 
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，倘若忽略所有摩擦、空氣阻力，則彈簧會(huì)以其原來(lái)的平衡點(diǎn)為基準(zhǔn)，上下來(lái)回不停的移動(dòng)，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。 
Ø振幅大小代表設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常狀況之嚴(yán)重性 
Ø頻率分布代表設(shè)備損壞或振動(dòng)來(lái)源之所在 
Ø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)，時(shí)間波形對(duì)于初學(xué)者分析較為困難，從時(shí)間波形中最容易得到的訊息是有無(wú)沖擊現(xiàn)象，這是判斷軸承及齒輪等是否損壞很寶貴的訊息。 
頻譜（Spectrum）　　由于時(shí)間波形大都呈現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的訊號(hào)，為使振動(dòng)訊號(hào)變成較易診斷的訊號(hào)，一般會(huì)將時(shí)間波形訊號(hào)經(jīng)過(guò)快速傅利葉轉(zhuǎn)換（FFT），形成頻譜。 
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(kāi)來(lái)，而且各個(gè)頻率都有不同的振幅值，如此我們已經(jīng)掌握了振動(dòng)訊號(hào)三大要素中的其中兩項(xiàng)。從這兩項(xiàng)訊息中，即可大略判斷設(shè)備的問(wèn)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（頻譜分析）　　使用振動(dòng)分析技術(shù)診斷機(jī)械問(wèn)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，決定擷取該項(xiàng)訊 
號(hào)之必要性。基礎(chǔ)振動(dòng)頻譜分析說(shuō)明以下將針對(duì)最常見(jiàn)機(jī)械問(wèn)題所呈現(xiàn)的頻譜加以說(shuō)明，作為基礎(chǔ)振動(dòng)頻譜分析之概念，惟于實(shí)際從事設(shè)備振動(dòng)分析診斷時(shí)，應(yīng)充分掌握前述之各種信息，靈活運(yùn)用振動(dòng)原理及量測(cè)技巧，方能有效掌控設(shè)備真正問(wèn)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(wèn)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)。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(méi)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。 
–軸承位置有高溫甚至大量排出潤(rùn)滑油等現(xiàn)象。 
–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 
•軸中心處的彎曲會(huì)造成1倍轉(zhuǎn)速頻率之振動(dòng)，振動(dòng)方向主要發(fā)生于軸向 
•靠近聯(lián)軸器的彎曲會(huì)造成2倍轉(zhuǎn)速頻率之振動(dòng)，振動(dòng)方向亦 
發(fā)生于軸向 
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•內(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 
5.滾動(dòng)軸承損壞狀況診斷 
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）： 
BPFO= 1/2 × RPM × N × (1 + Bd / Pd × cos ψ)軸承保持器損壞頻率（Fundamental Train Frequency ，F(xiàn)TF）： 
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 
•軸承組件損壞大部份均會(huì)產(chǎn)生HARMONIC并伴隨著轉(zhuǎn)速之旁波 
•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．?dāng)_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 
•GMF會(huì)變大，并伴隨著磨耗齒輪轉(zhuǎn)速之旁波（side band) 
•磨耗增加，旁波亦會(huì)增多加大． 
•偏心或兩軸不平行時(shí)，會(huì)有2倍GMF出現(xiàn) 
12．皮帶傳動(dòng)問(wèn)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(wèn)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(wèn)題診斷•和不平衡問(wèn)題一樣，振幅主要發(fā)生于徑向之一倍頻． 
15．馬達(dá)定子問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(wèn)題診斷•聯(lián)接器的松動(dòng)或損壞會(huì)產(chǎn)生相位問(wèn)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(wèn)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(wèn)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)

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