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1、振动检测技术在日常设备保养中的应用专题在所有的非破坏性分析检测讯号电压、电流、温度、压力等中，能提供最丰富的讯号的就是振动讯号。 如前一单元所言，一个完好的预知保养系统必须涵盖所有讯号分析检测技术，然而，不可讳言的，振动分析检测技术始终是预知保养系统之根本。何谓振动？ 振动是一物体相对于某一个参考点的往复式挪动。 以弹簧悬吊一个重量为m的物体为例，当物体被拉下再释放后，倘假设忽略所有摩擦、空气阻力，那么弹簧会以其原来的平衡点为基准，上下往返不停的挪动，此种形式的振动亦称简谐振动。振动讯号图 任何振动讯号都是由不同的振幅、频率及相位三大要素所组成，从事振动分析的前提为：三大要素对机械设备而言，都
2、代表着不同的意义。 振幅大小代表设备运转异常状况之严重性 频率分布代表设备损坏或者振动来源之所在 相位差异代表设备运转所产生之振动形式 时间波形Time Waveform 时间波形是以振幅对时间为坐标的方式来表现振动讯号，时间波形对于初学者分析较为困难，从时间波形中最轻易得到的讯息是有无冲击现象，这是判定轴承及齿轮等是否损坏很珍贵的讯息。 频谱Spectrum 由于时间波形大都呈现相当复杂的讯号，为使振动讯号变成较易诊断的讯号，一般会将时间波形讯号经过快速傅利叶转换FFT，形成频谱。 频谱是以振幅对频率为坐标的方式来表现振动讯号，振动讯号经过FFT转换之后，从设备上所量测到的各种不同频率已被区
3、隔开来，而且各个频率都有不同的振幅值，如此我们已经把握了振动讯号三大要素中的其中两项。从这两项讯息中，即可大概判定设备的问题根源及其严重程度。 振动讯号量测技巧简述 以下三点都与所搜集的量测讯号息息相关，三者之任何一项未审慎考量运用时，都会使分析结果准确度降低，甚至量测所得资料毫无意义。1.量测工具之选用： 单双或者多频分析仪、传感器Sensor、探头探棒或者磁性座、相位读取计等。加速度传感器加速规性能 可用频率范围较广 质轻、尺寸小 可耐高温 可靠性、稳定性佳 输出为低位准，高阻抗信号，需接信号放大器 敏感于安装方式及安装扭力等 振动传感器的灵敏度具有方向性，其中最灵敏的位置在传感器的中心线
4、上。 使用磁性座或者探棒均必须固定锁紧。 不管是否使用磁性座、探棒或者直接量测，均必须将传感器垂直紧紧附着于被测面上量测。 每个轴承都必须量测其垂直、程度及轴向。 2.量测参数之设定： 频率范围、分辨率、取样、平均化形式、积分方式等。3.量测位置之决定： 是否靠近轴承位置、垂直程度、轴向量测是否正确、探头及连接现是否摇摆等。 一般转动机械振动分析诊断频谱分析 使用振动分析技术诊断机械问题时，必须尽可能搜集把握所有可以得到的信息，其中包括： 1.机械设备设计资料：工作转速、临界转速、轴承型号、设备型式、联轴器型式、叶轮叶片数、齿轮齿数、皮带轮直径、皮带轮中心距、电源频率、管路设计等。 2.现场感
5、官检视记录：根底、基座、固定螺丝、管路、轴承光滑、轴承温度、异音噪音、异常传动等状况。 3.损坏维修历史记录：各种保养周期、损坏原因、损坏情形、更换零组件、各种校正记录等。 4.其它检测分析记录：温度趋势、振动值趋势、表压、电压、电流等。5.各种振动分析讯号：频谱、时间波形、相位分析、共振分析、模态分析等。所有分析讯号需考量仪器功能、设备特性、振动讯号本身，决定撷取该项讯号之必要性。根底振动频谱分析讲明 以下将针对最常见机械问题所呈现的频谱加以讲明，作为根底振动频谱分析之概念，惟于实际从事设备振动分析诊断时，应充分把握前述之各种信息，灵敏运用振动原理及量测技巧，方能有效掌控设备真正问题及其严重
6、性，切忌以套用简易频谱分析诊断法那么，而给予设备错误诊断，切记一个错误的诊断除会增加保养本钱外，亦会快速导致机械维修人员对振动分析技术丧失信心。从事振动分析诊断者，应本振动分析第一法那么： 知之为知之，不知为不知，是知也。当发现无法确认的问题时，适时请教振动分析专家，可防止错误诊断，亦可提升自己的诊断技术。 1.平衡不良状况诊断 当转动件惯性轴心线与转动轴心线不在同一直线上时，此转动件即为平衡不良 造成转动件不平衡的原因 转动件本身外形不对称 加工制造上的公差 组装安装不当 转动件于运转时变形 转动件破损磨耗 转动件附着异物 平衡不良频谱特性 振动频谱主要发生于一倍转速 振动方向通常都发生于径
7、向 轴向振幅很小，远小于径向之1/3 不管在径向或者轴向， 2倍、3倍、4倍频之振动，几乎没有 2.对心不良状况诊断 所谓对心不良是指联结在一起的两台设备的运转中心线不在同一直线上 对心不良的征状轴承、轴封、联轴器、转轴提早损坏。 轴承位置有高温甚至大量排出光滑油等现象。 根底桩螺丝有松脱现象。 联轴器间隙过大或者破损。 联轴器有高温现象且橡塑料联轴器会有粉末排出。 马达运转电流偏高。 轴承损坏在轨道上有180度与内外对称磨损现象。对心不良频谱特性 振动频率主要发生于1倍、 2倍或者3倍转速上 因大部份之不对心乃混合式不对心角度式+平行式 ，故振动方向同时来自于径向和轴向3.轴弯曲状况诊断 轴
8、中心处的弯曲会造成1倍转速频率之振动，振动方向主要发生于轴向 靠近联轴器的弯曲会造成2倍转速频率之振动，振动方向亦发生于轴向 4.机械松动状况诊断 松动造成的原因大致可分为两种 外松动 构造、底板、根底松动或者螺栓松脱 内松动 两配合组件之松动如轴与轴承内圈、轴承盖与轴承外圈、轴与叶片等配合不当 振动发生于1 、 2 、 37 、 8或者更高之转速频率，径向和轴向都明显 5.滚动轴承损坏状况诊断 轴承滚动件损坏频率Ball Spin Frequency ，BSF： BSF= 1/2 RPM Pd/Bd 1 Bd / Pd cos 2 轴承内环轨道损坏频率Ball Pass Frequency
9、Inner Race ，BPFI： BPFI= 1/2 RPM N 1 Bd / Pd cos 轴承外环轨道损坏频率Ball Pass Frequency Outer Race ，BPFO： BPFO= 1/2 RPM N 1 + Bd / Pd cos 轴承保持器损坏频率Fundamental Train Frequency ，FTF： FTF= 1/2 RPM 1 Bd / Pd cos 其中 RPM : 轴之转速N : 轴承滚动体之数目 Pd : 轴承节径 Bd : 轴承滚动体直径 : 滚动体之接触角 BPFI通常为转速N 60% BPFO通常为转速N 40% FTF通常为转速0.40.
10、6 BSF通常为转速之24倍 轴承组件损坏大部份均会产生HARMONIC并伴随着转速之旁波 标准之组件损坏顺序为BPFO BPFI BSF FTF6转轴磨擦状况诊断 当旋转件与固定件磨擦时，其频谱与松动相似 通常会激发转速的整数分数的次简谐振动频率1/2，1/3，1/4 7叶片状况诊断 叶片频率BPF =叶片数转速，此为泵浦,风车和压缩机的固有频率 但假设设计不当,扩散片磨损,管路陡弯,扰流阻碍或者转轴偏心，皆会引起高BPF 8扰流状况诊断 当空气在进出风车，压力或者速度产生忽然之变化时，会引起扰流现象 扰流通常会产生随机，低频的振动，范围约在 130 Hz间 9孔蚀状况诊断 当泵浦入口压力缺
11、乏时，易产生孔蚀气穴现象 孔蚀通常会产生随机，高频且宽频域的振动，会对泵浦内部机件造成腐蚀 10齿轮状况诊断 齿轮啮合频率GMF=齿数转速 GMF为齿轮机构固有之频率，其大小代表负荷之多寡，而非磨耗 11齿磨耗，偏心或者两轴不平行 齿轮自然频率会被激发出来f n GMF会变大，并伴随着磨耗齿轮转速之旁波side band 磨耗增加，旁波亦会增多加大 偏心或者两轴不平行时，会有2倍GMF出现 12皮带传动问题诊断 皮带频率=3.124皮带轮直径转速/皮带长度 皮带发生磨破，松动，或者配合错误，常会引发1,2,3,4的皮带频率 13皮带或者皮带轮不对心问题诊断 皮带轮不对心时，会在1转速显现高振动
12、 轴向尤其明显 被传动件之转速频率会发如今传动件频谱上 14皮带轮偏心问题诊断 和不平衡问题一样，振幅主要发生于径向之一倍频 15马达定子问题诊断 定子偏心会产生气隙不均而引起振动 气隙不均会产生部分发热而使马达轴弯曲，故振动会随操纵时间而变大 会在2倍线频率120 Hz产生高振动 16马达转子偏心问题诊断 转子偏心会产生2倍线频率，并伴随着极通频率FP=P迟滞频率 FP会在低频区出现约0.32.0 Hz 17转子棒松动问题诊断 转子棒通过频率RBPF=转子棒数转速 转子棒松动时会产生RBPF及2RBPF，并伴随着 2FL120 Hz之旁波 18相位问题诊断 联接器的松动或者损坏会产生相位问题 会引发2倍线频率之大振动 并伴随着1/3 FL20 Hz的旁波 19同步马达问题诊断 线通频率CPF=定子线圈数转速 定子线圈松动时，会产生CPF高振动 并伴随着转速之旁波 20直流马达问题诊断 磁场绕组破损，不良的SCR，联接器松动会产生6倍线频率360 Hz之高振动