A gyorsulás megértése a rezgésanalízisben
Gyorsulás egy tárgy sebességének időbeli változási sebessége. A rezgéselemzés ez a három alapvető mérési paraméter egyike, amely azt számszerűsíti, hogy milyen gyorsan változik egy rezgő alkatrész sebesség . Míg az elmozdulás megmondja, mekkora utat tesz meg egy alkatrész, a sebesség pedig azt, hogy milyen gyorsan, addig a gyorsulás valójában az alkatrészre ható erők mértéke — ami rendkívül érzékennyé teszi a nagyfrekvenciás eseményekre, például az ütésekre és a mozgás hirtelen változásaira.
1. Definíció: Mi a rezgésgyorsulás?
Matematikailag a gyorsulás a sebesség első idő szerinti deriváltja, illetve az elmozdulás második deriváltja. Egy szinuszosan rezgő test esetén a következő frekvencián: f, a gyorsulás amplitúdója rögzített elmozdulás mellett a frekvencia négyzetével arányos — a frekvencia megkétszerezése a gyorsulást megnégyszerezi. Ez az egyetlen tény megmagyarázza, miért a gyorsulás a gyors, éles események természetes nyelve: minél magasabb egy hiba frekvenciatartalma, annál jobban kitűnik a gyorsulásjelben. Ez az oka annak is, hogy az elemző a gyorsulást választja, amikor a vizsgált jelenségek a kilohertzes tartományban élnek, nem pedig a fordulatszám közelében.
2. Miért fontos a gyorsulásmérés?
A gyorsulás mérése központi jelentőségű egy alapos állapotfelügyelet program szempontjából, mert kiválóan alkalmas olyan hibák felderítésére, amelyeket a finomabb paraméterek figyelmen kívül hagyhatnak. Fontossága néhány kulcstényezőn alapul:
- Nagyfrekvenciás hibafelderítés: a gyorsulás eleve érzékenyebb a nagyfrekvenciás rezgésekre, ami ideális paraméterré teszi a gördülőcsapágyak korai stádiumú károsodásának, a fogaskerék-kapcsolódási problémáknak és a lapátáthaladásból eredő gerjesztésnek a felderítésére, amelyek mindegyike a spektrum felső tartományában sugároz energiát.
- Közvetlen kapcsolat az erővel: Newton második törvénye szerint (Erő = Tömeg × Gyorsulás) a gyorsulás egyenesen arányos a gép belsejében ható dinamikus erőkkel. A gyorsulás leolvasása tehát közvetlen betekintést nyújt azokba az erőkbe, amelyek a feszültséget és a kifáradás alkatrészekben.
- Széles dinamikatartomány: a mérésükre használt gyorsulásérzékelők a frekvenciák és amplitúdók igen széles tartományát fogják át, ami sokoldalúvá teszi őket számos géptípus és fordulatszám esetén.
3. Mértékegységek és mérések
Közös egységek
A rezgésgyorsulást általában a következő két mértékegység egyikében fejezik ki:
- g: a Föld gravitációs gyorsulásához viszonyított mértékegység, ahol 1 g ≈ 9,81 m/s². A g azért népszerű, mert szabványosított, intuitív érzetet ad arról, milyen erősen rázódik egy alkatrész.
- m/s² (vagy mm/s²): az SI-mértékegység, méter per másodperc négyzet, amelyet a hivatalos jelentésekhez és számításokhoz részesítenek előnyben.
Érdemes egyértelműen megadni, hogy egy érték csúcs-, valódi csúcs- vagy RMS, mivel ugyanaz a rezgés háromféleképpen is megadható. A g, az m/s² és az adott frekvencián érvényes sebesség- vagy elmozdulás-egyenértékek közötti átváltást pontosan a mi Rezgésgyorsulás kalkulátor szánt.
Hogyan mérik?
A gyorsulást szinte kizárólag egy gyorsulásmérő — olyan érzékelővel, amely a rezgés mechanikai erejét arányos elektromos jellé alakítja. A piezoelektromos gyorsulásmérő a leggyakoribb típus az ipari állapotfelügyeletben, amelyet robusztussága, pontossága, valamint széles, lapos frekvenciaválasza tesz értékessé. Kimenete közvetlenül elemezhető, vagy elektronikus integráció, helyette sebességként vagy elmozdulásként jelenik meg.
4. Gyakorlati alkalmazások a diagnosztikában
A mindennapi diagnosztikában a gyorsulási adatok pontosan azonosítják a konkrét problémákat:
- Csapágyhibák: a futópályákon, görgőkön és golyókon lévő mikroszkopikus hibák kicsi, nagyfrekvenciás ütésszerű csúcsokat keltenek. A gyorsulásmérés — különösen a burkológörbe-elemzés alkalmazásával történő demodulálással kombinálva — a fő útja annak, hogy ezeket a hibákat a legkorábbi, leginkább kezelhető szakaszukban észleljük, gyakran a csapágyhiba-frekvenciák.
- Hajtóműelemzés: a fogkapcsolódásból eredő nagyfrekvenciás tartalom, valamint a repedt vagy kicsorbult fogak okozta ütések tisztán megjelennek a gyorsulási spektrumban, gyakran éppen a fogaskerék-kapcsolódási frekvencia és annak oldalsávjait.
- Nagy fordulatszámú gépek: turbinák és nagy fordulatszámú kompresszorok esetén a domináns frekvenciák abban a sávban helyezkednek el, ahol a gyorsulás a legérzékenyebb, ezért gyakran ez az előnyben részesített átfogó mérés.
Éppen ez a sokoldalúság teszi lehetővé, hogy egy hordozható, kétcsatornás műszer, mint a Balanset-1A egyszerre szolgáljon kiegyensúlyozó és diagnosztikai eszközként: érzékelőitől gyorsulást rögzít, sebességgé integrálja a súlyosság ellenőrzéséhez a ISO 20816 szerint (amely az ISO 10816 korszerű utódja), és ugyanazokat a csatornákat használja az 1× amplitúdó és fázis mérésére a helyszíni kiegyensúlyozáshoz.
5. Kapcsolat a sebességgel és az elmozdulással
Az elmozdulás, a sebesség és a gyorsulás matematikailag integrálással és differenciálással kapcsolódik össze. Egyszerű szinuszos rezgés esetén a sebesség a gyorsulás integrálja, az elmozdulás pedig a sebesség integrálja; fordítva, differenciálás a másik irányba mozog. A gyakorlati következmény az, hogy azonos rezgési energia mellett a gyorsulási amplitúdók természetszerűleg nagy frekvenciákon a legnagyobbak, míg az elmozdulási amplitúdók alacsony frekvenciákon dominálnak — a sebesség pedig a kettő között helyezkedik el, és a középső sávban viszonylag egyenletes marad. Pontosan ezért választják ki az elemzők a várható hiba frekvenciatartományához legjobban illeszkedő paramétert: elmozdulást a lassú tengelymozgáshoz, sebességet az általános gépállapot-vizsgálathoz, és gyorsulást a csapágyak és fogaskerekek gyors, erő által vezérelt eseményeihez.
6. Mit mutat a Balanset-1A a gyorsulásról
A Balanset-1A MEMS gyorsulásérzékelőkkel érzékeli a rezgést, és a rezgési sebességet mm/s RMS értékben adja meg; a spektrum sebesség- vagy gyorsulásnézetben tekinthető meg. A két nézet összehasonlítása gyors ellenőrzés arra, hol található a rezgési energia, mielőtt a kiegyensúlyozás mellett dönt.
- Mindkét érzékelőt radiális irányban, a csapágyház merev részére szerelje fel úgy, hogy a mágnes teljes felülete érintkezzen. Ne helyezze őket védőburkolatra, fedélre vagy homlokfelületre. Az érzékelőket csak leállított és lezárt (lockout) gépen szerelje fel és helyezze át.
- Nyissa meg a Vibration Metert (F5), és maradjon a Wave Spectrum fülön. Hasonlítsa össze a V1s és V1o értékeket. Ha az 1× komponens közel van az összértékhez, a rezgés főként kiegyensúlyozatlanság. Ha jóval kisebb, az energia nagy része harmonikusokban és zajban van.
- Állítsa át a diagram alatti Spectrum választót Velocity értékről Acceleration (m/s2) értékre. A gyorsulás nagyobb súlyt ad a magasabb frekvenciáknak, ezért a 2×, 3× és magasabb csúcsok az 1×-hez képest megnőnek. Azonos sebesség mellett a 3× háromszoros gyorsulást mutat az 1×-hez képest: 3000 ford./perc esetén 1 mm/s RMS körülbelül 0,31 m/s2 az 1× (50 Hz) összetevőnél és 0,94 m/s2 a 3× (150 Hz) összetevőnél. Vigye a kurzort egy csúcs fölé, hogy a diagram címében leolvashassa a frekvenciáját és amplitúdóját.
- A súlyosságot a sebességértékek alapján ítélje meg, mert az ISO rezgési zónák mm/s-ban vannak megadva. A V1s és V2s zónák szerinti színezéséhez válasszon ki egy Vibration evaluation standard értéket a főablak F4 - Settings lapján.
- Ha a sebességnézetben az 1× a legnagyobb csúcs, és a V1o közel van a V1s-hez, folytassa a kiegyensúlyozással. Ha a sebességnézetben a 2× vagy 3× csúcsok elérik az 1× nagyságát, először ellenőrizze a tengelyirányt, a csapágyakat és a rögzítést, és csak utána egyensúlyozzon. Az a csúcs, amely csak a gyorsulásnézetben nagy, a frekvenciája miatt van felnagyítva; cselekvés előtt ellenőrizze a sebességnézetben.
