Forståelse af sidebånd i vibrationsanalyse

Definition: Hvad er sidebånd?

Sidebånd er små frekvenstoppe, der optræder i et FFT-spektrum med lige store intervaller på hver side af en større central frekvens, kendt som bærefrekvensTilstedeværelsen af sidebånd er et definitivt tegn på modulering—en tilstand, hvor én frekvens "præges" på en anden. Afstanden mellem sidebåndene er lig med frekvensen af det modulerende signal. Sidebånd er et af de mest kraftfulde og definitive diagnostiske værktøjer inden for vibrationsanalyse, især til detektering af gearkasse- og lejefejl.

Hvordan genereres sidebånd?

Sidebånd opstår, når et primært vibrationssignal (bærersignalet) får sin amplitude ændret over tid af et andet, langsommere signal (modulatoren). Et klassisk eksempel er en defekt tand:

• Den Gear Mesh Frequency (GMF) er bærefrekvensen. Dette er en høj frekvens, der genereres af den normale indgribning af tandhjulene.
• En enkelt revnet tand på det gear vil skabe et slag én gang per omdrejning. Dette slag modulerer eller ændrer amplituden af GMF-signalet, hver gang den defekte tand kommer i indgreb.
• Den rotationshastighed af gearet er den modulerende frekvens.

Resultatet i FFT-spektret er en stor top ved GMF (bærersignalet) med mindre sidebåndstoppe på hver side, fordelt med gearets rotationshastighed. Dette mønster beviser definitivt, at der eksisterer en fejl, og at den er placeret på det specifikke gear.

Formlen er: Sidebåndsfrekvens = Bærefrekvens ± (n × Modulationsfrekvens), hvor n=1, 2, 3…

Nøgleapplikationer inden for maskindiagnostik

1. Gearkassediagnostik

Dette er den primære anvendelse til sidebåndsanalyse.

• Sidebånd omkring GMF: Hvis sidebånd med en afstand på et tandhjuls driftshastighed optræder omkring dets GMF, indikerer det en fejl på det pågældende tandhjul (f.eks. en revnet tand, en slidt tand eller excentricitet).
• Sidebånd omkring harmoniske af GMF: Alvorlige forkastninger vil ofte også generere sidebånd omkring 2x og 3x GMF.
• Jagttandfrekvens: I komplekse tandhjulssæt kan specifikke ikke-heltallige sidebånd identificere fejl, der kun opstår, når to specifikke tænder på forskellige tandhjul kommer i kontakt.

2. Diagnostik af rullelejer

Sidebånd er også afgørende for at bekræfte lejefejl, især defekter i den indre løbering.

• En defekt på indre race roterer, og når den bevæger sig ind og ud af lejets belastningszone, vil amplituden af de stød, den genererer, ændre sig.
• Dette forårsager amplitudemodulation af den indre løbefejlfrekvens (BPFI).
• Det resulterende spektrum viser en top ved BPFI med sidebånd fordelt med 1x akslens rotationshastighedAt se dette mønster er en meget højkonfidensiel indikator for en indre racedefekt.

3. Diagnostik af elektriske motorer

Problemer med rotorstængerne i en AC-induktionsmotor kan forårsage sidebånd omkring 1x driftshastighedstoppen. Disse sidebånd er placeret med afstanden polpassfrekvens, som er motorens slipfrekvens ganget med antallet af motorpoler.

Analyseovervejelser

For effektivt at kunne bruge sidebåndsanalyse er data af høj kvalitet afgørende:

• Høj opløsning: En FFT med høj opløsning (f.eks. 3200 eller 6400 linjer) er nødvendig for tydeligt at kunne se sidebåndstoppene og nøjagtigt måle deres afstand. Ved lav opløsning vil sidebåndene blive "udtværet" sammen med bærebølgetoppen.

– Trending: Antallet og amplituden af sidebåndene er en god indikator for forkastningens alvorlighed. Efterhånden som en forkastning forværres, vil der opstå flere sidebånd, og deres amplitude vil stige.

• Zoom-FFT: Denne funktion på en dataanalysator giver analytikeren mulighed for at "zoome ind" på et specifikt frekvensområde med meget høj opløsning for at bekræfte tilstedeværelsen og afstanden mellem sidebånd.

Når en analytiker finder et tydeligt sidebåndsmønster, øger det tilliden til en fejldiagnose fra "mulig" til "meget sandsynlig".

← Tilbage til hovedindekset