درک شتاب در تحلیل ارتعاشات

تعریف: شتاب ارتعاش چیست؟

شتاب نرخ تغییر سرعت یک جسم نسبت به زمان است. در زمینه تحلیل ارتعاش، این یک اندازه‌گیری اساسی است که سرعت تغییر سرعت یک جزء مرتعش را کمّی می‌کند. در حالی که جابجایی میزان حرکت یک قطعه و سرعت سرعت حرکت آن را اندازه‌گیری می‌کند، شتاب بر نیروهایی که بر قطعه عمل می‌کنند تمرکز دارد و آن را به ویژه نسبت به رویدادهای با فرکانس بالا مانند ضربات و تغییرات ناگهانی در حرکت حساس می‌کند.

چرا اندازه‌گیری شتاب مهم است؟

اندازه‌گیری شتاب برای یک برنامه جامع پایش وضعیت بسیار مهم است زیرا در تشخیص انواع خاصی از عیوب ماشین که سایر اندازه‌گیری‌ها ممکن است از قلم بیندازند، بسیار عالی عمل می‌کند. اهمیت آن از چندین عامل کلیدی ناشی می‌شود:

• تشخیص خطای فرکانس بالا: شتاب ذاتاً به ارتعاشات فرکانس بالا حساس‌تر است. این امر آن را به پارامتر ایده‌آلی برای تشخیص عیوب اولیه در یاتاقان‌های غلتشی، مشکلات شبکه چرخ‌دنده‌ها و فرکانس‌های عبور پره تبدیل می‌کند، زیرا این پدیده‌ها معمولاً ارتعاش فرکانس بالا ایجاد می‌کنند.
• ارتباط مستقیم با نیرو: طبق قانون دوم نیوتن (نیرو = جرم × شتاب)، شتاب با نیروهای دینامیکی وارد بر یک ماشین نسبت مستقیم دارد. اندازه‌گیری شتاب، بینش مستقیمی از نیروهایی که باعث ایجاد تنش و خستگی در اجزا می‌شوند، ارائه می‌دهد.
• محدوده دینامیکی گسترده: شتاب‌سنج‌ها، حسگرهایی که برای اندازه‌گیری شتاب استفاده می‌شوند، می‌توانند طیف بسیار وسیعی از فرکانس‌ها و دامنه‌ها را پوشش دهند و همین امر آنها را برای نظارت بر انواع مختلف ماشین‌آلات متنوع می‌کند.

واحدها و اندازه‌گیری

واحدهای رایج

شتاب ارتعاش معمولاً با یکی از دو واحد زیر بیان می‌شود:

• گرم: یک واحد بدون بعد که نشان دهنده شتاب ناشی از گرانش زمین است. 1 گرم تقریباً برابر با 9.81 متر بر مجذور ثانیه است. استفاده از 'g' رایج است زیرا یک معیار استاندارد و مرتبط از شدت ارتعاش ارائه می‌دهد.
• متر بر ثانیه (یا میلی‌متر بر ثانیه): واحد استاندارد SI برای شتاب (متر بر مجذور ثانیه).

چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟

شتاب تقریباً منحصراً با استفاده از ... اندازه‌گیری می‌شود. شتاب سنجاین یک مبدل است که نیروی مکانیکی ارتعاش را به یک سیگنال الکتریکی متناسب تبدیل می‌کند. شتاب‌سنج‌های پیزوالکتریک به دلیل استحکام، دقت و پاسخ فرکانسی وسیع، رایج‌ترین نوع مورد استفاده در پایش وضعیت صنعتی هستند.

کاربردهای عملی در تشخیص

در تشخیص، از داده‌های شتاب برای شناسایی مشکلات خاص استفاده می‌شود:

• خطاهای بلبرینگ: ضربات ناشی از نقص‌های میکروسکوپی روی حلقه‌های یاتاقان، غلتک‌ها یا ساچمه‌ها، باعث ایجاد جهش‌های کوچک و با فرکانس بالا می‌شوند. اندازه‌گیری‌های شتاب، به ویژه هنگامی که با تکنیک‌هایی مانند ... ترکیب می‌شوند. تحلیل پوششی، روش اصلی برای تشخیص این خطاها در مراحل اولیه آنها هستند.
• تحلیل گیربکس: ارتعاشات فرکانس بالای ناشی از درگیری دندانه‌های چرخ‌دنده، و همچنین ضربات ناشی از ترک یا شکستگی دندانه‌ها، به وضوح در طیف شتاب قابل مشاهده هستند.
• ماشین آلات پرسرعت: برای تجهیزاتی مانند توربین‌ها و کمپرسورهای پرسرعت، شتاب اغلب معیار ترجیحی برای اندازه‌گیری کلی ارتعاش است، زیرا فرکانس‌های غالب در محدوده‌ای قرار می‌گیرند که شتاب حساس‌ترین پارامتر است.

رابطه با سرعت و جابجایی

جابجایی، سرعت و شتاب از طریق انتگرال‌گیری و مشتق‌گیری به صورت ریاضی به هم مرتبط هستند. برای یک ارتعاش سینوسی ساده:

• سرعت، انتگرال شتاب است.
• جابجایی انتگرال سرعت است.

این بدان معناست که برای همان مقدار انرژی ارتعاشی، دامنه‌های شتاب در فرکانس‌های بالا به طور طبیعی بالاتر خواهند بود، در حالی که دامنه‌های جابجایی در فرکانس‌های پایین بیشتر خواهند بود. به همین دلیل است که تحلیلگران پارامتر اندازه‌گیری را انتخاب می‌کنند که به بهترین وجه با محدوده فرکانسی عیب مورد انتظار مطابقت داشته باشد.

← بازگشت به فهرست اصلی