Pochopení postranních pásem ve vibrační analýze

Definice: Co jsou postranní pásma?

Postranní pásma jsou malé frekvenční vrcholy, které se objevují ve spektru FFT ve stejných intervalech na obou stranách větší centrální frekvence, známé jako nosná frekvencePřítomnost postranních pásem je jednoznačným znakem modulace—stav, kdy je jedna frekvence „vtiskována“ na jinou. Rozteč postranních pásem se rovná frekvenci modulačního signálu. Postranní pásma jsou jedním z nejúčinnějších a nejpřesnějších diagnostických nástrojů v analýze vibrací, zejména pro detekci poruch převodovek a ložisek.

Jak se generují postranní pásma?

Postranní pásma vznikají, když se amplituda primárního vibračního signálu (nosné vlny) v průběhu času mění vlivem druhého, pomalejšího signálu (modulátoru). Klasickým příkladem je vadný zub ozubeného kola:

• Na stránkách Frekvence záběru ozubených kol (GMF) je nosná frekvence. Jedná se o vysokou frekvenci generovanou normálním záběrem zubů ozubeného kola.
• Jediný prasklý zub na tomto ozubeném kole vytvoří náraz s jednou otáčkou. Tento náraz moduluje nebo mění amplitudu signálu GMF pokaždé, když se vadný zub dostane do záběru.
• Na stránkách rychlost otáčení převodového stupně je modulační frekvence.

Výsledkem ve spektru FFT je velký vrchol na GMF (nosné vlně) s menšími vrcholy postranního pásma na obou stranách, rozmístěnými v rozmezí rychlosti otáčení ozubeného kola. Tento vzorec definitivně dokazuje, že chyba existuje a že se nachází na daném ozubeném kole.

Vzorec je: Postranní frekvence = nosná frekvence ± (n × modulační frekvence), kde n=1, 2, 3…

Klíčové aplikace v diagnostice strojů

1. Diagnostika převodovky

Toto je primární aplikace pro analýzu postranních pásem.

• Postranní pásma kolem GMF: Pokud se kolem GMF ozubeného kola objeví boční pásy rozmístěné podle rychlosti jeho chodu, signalizuje to závadu na tomto ozubeném kole (např. prasklý zub, opotřebovaný zub nebo excentricita).
• Postranní pásma kolem harmonických GMF: Závažné poruchy často generují postranní pásma i kolem 2x a 3x GMF.
• Frekvence loveckých zubů: U složitých ozubených kol mohou specifické neceločíselné boční pásy přesně určit závady, ke kterým dochází pouze tehdy, když se do sebe dostanou dva specifické zuby na různých ozubených kolech.

2. Diagnostika valivých ložisek

Boční pásy jsou také důležité pro potvrzení vad ložisek, zejména vad vnitřního kroužku.

• Závada na vnitřní závod se otáčí a jak se pohybuje dovnitř a ven z zóny zatížení ložiska, mění se amplituda rázů, které generuje.
• To způsobuje amplitudovou modulaci frekvence poruchy vnitřního závodu (BPFI).
• Výsledné spektrum ukazuje vrchol na BPFI s boční pásy rozmístěné v rozteči 1x otáček hřídelePozorování tohoto vzorce je velmi spolehlivým indikátorem defektu vnitřní rasy.

3. Diagnostika elektromotorů

Problémy s rotorovými tyčemi v asynchronním motoru na střídavý proud mohou způsobit výskyt postranních pásem kolem špičky provozní rychlosti 1x. Tato postranní pásma jsou rozmístěna v frekvence průchodu pólem, což je skluzová frekvence motoru vynásobená počtem pólů motoru.

Analytické aspekty

Pro efektivní využití analýzy postranních pásem jsou nezbytná vysoce kvalitní data:

• Vysoké rozlišení: Pro jasné zobrazení vrcholů postranních pásem a přesné měření jejich vzdálenosti je zapotřebí FFT s vysokým rozlišením (např. 3200 nebo 6400 řádků). Při nízkém rozlišení budou postranní pásma „rozmazaná“ spolu s vrcholem nosné vlny.

– Trendy: Počet a amplituda postranních pásem jsou dobrým ukazatelem závažnosti poruchy. S postupující poruchou se objevuje více postranních pásem a jejich amplituda se zvyšuje.

• Rychlá přepínání funkcí (FFT) pro zoom: Tato funkce na analyzátoru dat umožňuje analytikovi „přiblížit“ specifický frekvenční rozsah s velmi vysokým rozlišením a potvrdit tak přítomnost a rozestupy postranních pásem.

Když analytik zjistí jasný vzorec postranního pásma, zvýší se tím spolehlivost diagnózy chyby z „možné“ na „vysoce pravděpodobnou“.

← Zpět na hlavní index