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1、風 扇 振 動 檢 測 與 動 平 衡風 扇 振 動 檢 測 與 動 平 衡 校 正 技 術校 正 技 術 明 岳?振動訊號的基本處理?振動量測基本設備?頻譜分析概念?振動診斷基本原則與實例探討?轉子動平衡原理?動平衡國際標準(ISO 1940)?動平衡校正的方法與設備振動從何處發生 機械組件製造公差、組裝時的間隙、零組件間的摩擦 及旋轉不平衡等，均是造成機械振動的原因。但時 也利用振動的性來幫助我們工作。振動的性 當部機器用全部的能量來完成工作，理想機器是完 全不會產生振動。但事實是，機器運轉的循環力經由機 械本身的傳遞而產生另副產品振動。因此機器 部分的能量以振動的形式消散。機器振動時機械
2、本身在 平衡位置附近做來回運動，秒鐘內完成來回運動的次 數稱為頻率頻率，以Hz為單位。來回運動的大小稱為 “振幅振幅”。振動訊號的基本處理 振動訊號的基本構成 振幅 頻率 相位 振動單位轉換與其應用 積分與微分 單位選用原則振幅大小的表達方式以的振幅表達方式來表振動的嚴重程度，峰峰值(peak- to-peak)表示機器振動位移量大小。 峰值(peak)表示機器瞬間承受衝擊的振動量大小。 平均值(average)表示機器在某段時間內的振動量平均值。均方根 值(RMS)最能表示機器在某段時間內所承受的振動能量，即振動 的破壞能力。均方根值與峰值定義對於單頻的正弦訊號而言，RMS值與0-peak，
3、 peak-peak值之間存在以關係： RMS值 X 2 = 0 - peak 值 0-peak 值 X 2 = peak - peak 值均方根值與峰值定義對於非單頻訊號，述關係並不成立均方根值與峰值關係 對於單頻的正弦訊號而言，RMS值與0-peak，peak- peak值之間存在以關係： RMS值 X 2 = 0 - peak 值 0-peak 值 X 2 = peak - peak 值 對於非單頻訊號，述關係並不成立，但般量測儀 器大都以RMS來檢測振動值，並律使用述關係來 求得0-peak或peak-peak值。（或稱為Equivalent 0- peak, Equivalent p
4、eak-peak)振幅檢出器選用 RMS detector 所量得的振動值表某段時間內的振 動能量平均值，振 動能量平均值，用於穩定、週期性的訊號量測。 Peak detector 用於暫態的、突波型的訊號檢測。 只在訊號是標準正弦波的條件，兩者之間RMS與 PEAK 檢出器的量測值之間才可互相換算RMSPEAK撞擊訊號Peak-Peak齒輪斷裂造成週期 性突波根據不同的振動訊號性， 選用不同的振幅檢出器適用RMS Detector適用Peak Detector振 動 頻 率 單位時間內的振動次數，稱為振動頻率 由於每種不同的現象會產生不同頻率的振動，所以 頻率的分析成為進步了解其物理現象的重
5、要工具。根據傅麗葉定理，每種波型都可以分解成系列正弦波的組合振 動 頻 率振 動 頻 率 利用FFT頻譜分析儀， 將複雜的波形轉換 成頻譜，以便進 步了解振動的構成 原因 頻譜分析儀振動計對心不良軸承異常轉子不平衡軸彎曲合成分解振動計實際所測得的振動波形頻譜分析軸彎曲轉子不平衡軸承異常對心不良頻率振 幅振 動 相 位 振動相位是指振動訊號相對於某參考訊號之間 的角度而言。 振動相位差是指兩種振動訊號之間的角度差。0振動訊號與光纖參考訊號落後90 何時需量相位? 高階振動診斷 動平衡校正 模態測試或ODS測試振動相位應用實例 振動相位表達出彼此之間的相對運動關係相位差接近180表示 反向運動彼此
6、之間可能 鬆動的情形，反之， 其相位差應接近0 如何量取相位? 壹、使用單通道頻譜分析儀+外部觸發訊號量LINEAR SPECTRUM 貳、使用雙通道頻譜分析儀量FRF (量相位差) 參、使用同步閃頻儀振動的量測單位振動的量測單位種，位移(displacement)，速度(velocity)， 加速度(acceleration)。對於、高頻振動信號的頻譜分析般用 速度與加速度作量測，較低頻的振動信號及機械元件的相對振動 間隙則用位移作量測。 * *位移(D)位移(D)常用表示法: P-P 常用單位:mm,um,inch,mils * * * *速度速度速度速度( ( ( (V=V=V=V=dD
7、dDdDdD/ / / /dtdtdtdt) ) ) )常用表示法: 0-P,RMS 常用單位:mm/s,inch/s * *加速度(A=dV/dt)加速度(A=dV/dt)常用表示法: RMS 常用單位:m/s,g (g=9.81m/s)同振動訊號以不同單位表示之頻譜圖 位移單位對低頻訊號放大作用，反之，加速度則放 大高頻部份振動量測位置選擇在簡易或精密診斷，每次測點必須固定，振動計 固定在回轉機械必需要選在正確的位置，以愈接 近軸承愈好，目的是在獲得軸承座最短路徑傳遞值， 盡量避免結構部分所帶來的影響。量測軸相對於 軸承座的振動量測軸承座的絕對振動轉動力加到軸承的力垂直方向(Vertica
8、l)水平方向軸向(axial)(Horizontal)加速規軸向振動量測 建議位置水平或垂直向振動 建議量測位置不好的位置不好的位置“總振動量”量測參考標準ISO 10816-1:1995振動範圍 R.m.s. vibration velocity(mm/s) 0.28 0.45 0.71 1.12 1.8 2.8 4.5 7.1 11.2 18 28 45不同等級機器的區域邊界Class IClass IIClass IIIClass IVA B B B BC C表B.1典型的振動區域邊界(Typical zone boundary limits)C CDDDDAAA註:1Class I :
9、小型機器(75kW，安 裝在剛性和重型基 礎的大型機器，其第個自然率高於 機器轉速) Class IV :渦輪機器(安裝在軟性基礎的大型機器 ，其第個自然頻率低於機器轉速。 2.Zone A :新機器。 Zone B:可長期運作之機器。 Zone C:僅可在改善措施執行前暫時運作。 Zone D:嚴重危機器。 整理自ISO 10816:1995振動量測的基本設備1. 傳感器(Transducer) 將振動的現象轉換為電子訊號 ?速度規(Velocity transducer) ?壓電式加速度計(Piezo Type Accelerometer) ?電容式加速度計(Capacity Type A
10、ccelerometer) ?窩電流式位移計(Eddy Current Proximeter) ?電容式位移計(Capacity Proximeter) 2.振動計(Vibration Meter) 3.頻譜分析儀(Signal Analyzer)速度規(Velocity Transducer) 最古老的振動傳感器之 目前尚在使用的應用：震、動平衡機、電廠機械 點：容易製作、感度高、不需電源供應 缺點：體積、重量大、頻寬響應不良（101kHz)壓電式加速度計 目前最廣為使用的種傳感器 壓電材料：極化過的陶瓷、石英，受應力作用時會電 荷輸出+ + + + +- - - - -Kistler 剪力
11、型加速規剖面圖壓電式加速度計 兩種主要類型： 電荷型：合高溫用 電壓型：合般用 點： 頻寬高（約到25kHz） 質量、體積小（1 gm 以） 價格合宜 安裝容易 缺點：低頻響應先的限制電容式加速度計 近幾年推出的新產品 針對低頻（DC2kHz)與高感度的需求 應用：震、建築物微振、電梯、汽車渦電流式位移計 廣為使用於各種油膜軸承 量測範圍約10 um1mm 量測表面導磁性會影響感度電容式位移計精密位移量測用（解析度達 nm級） 不受量測表面導磁性影響電容式位移計應用例00.050.10.150.20.250.30.35-2-10123real( um )sec.Channel 1 (y(t)C
12、hannel 1:um05010015020025030035040045050000.10.20.30.40.5rms( um )x:linear HertzChannel 1 (aspec)Channel 1:umDVD Spindle Dynamic Runout Measure電容式位移計應用例M/C Spindle 動態迴轉精度量測14000rpm Average Error:1.73um Async. Error :3.32um電容式位移計應用例1750Hz氣 體 軸 承 的 主 軸 迴 轉 精 度 轉速41.67Hz3000rpm Average Error:.0.44um As
13、ync. Error :0.38um2500rpm Average Error:.1.34um Async. Error :1.78um渦電流位移計與電容式位移計之比較振 動 計GT-3300 Series可量測位移,速度及加速度振動量可以RMS,O-P,P-P表示具最大值保持功能(Peak Hold)具Average功能可外接耳機,聽異音分 析 儀振動計 噪音計 FFT 頻譜分析儀 1/3 Octave 頻譜分析儀分析儀SigLab Dynamic Signal Analysis SystemStructure Dynamics Noise and Vibration Rotating Ma
14、chinery Analysis Control System Design Audio System Test Modal Analysis振 動 計 與 頻 譜 分 析 儀振動計: 總振動量量測 根據:ISO 2954 加速度:10Hz PHF 速度:101k Hz BPF 位移: :101k Hz BPF 應用範圍:機械總振動量量測 設備預知保養等頻譜分析儀:將振動量分解成各頻率的分量 應用範圍:振動分析診斷 模態測試分析等訊 號 分 析Actual Signal Frequency Components 假像(Aliasing)Aliasing Effects of an Improp
15、er Sampling RateSignal Frequency Components and Aliases For Sampling Rate=100Hz ? 預防方法:1.使取樣頻率量測頻寬之最高頻率的2倍(Nyquist Frequency)以2.在量測頻寬之最高頻率外再加個低通率波器(反假像濾波). 漏失(Leakage)解決方法:在時間週期裡加頻窗(Window) 頻窗 (Window) Hanning Window Flat Top Window Force Window Exponential Window常見的Window頻譜分析儀常見的基本設定1.頻寬(Bandwidth)2.條數3.Window4.Display Unit (Rms,Peak)5.Log/Linear Display6.Trigger/Free Run7.Sensitivity頻率解析度?f=頻寬/條數 Record Time ?t=1/ ?f振 動 診 斷 基 本 原 則頻譜分析儀振動計對心不良軸承異常轉子不平衡軸彎曲合成分解振動計實際所測得的振動波形頻譜分析軸彎曲轉子不平衡軸承異常對心不良頻率振 幅Electric(shorted stator ; broken or eccentric rotor)N x powerlineRolling Element Bearing,Ge
