Az oldalsávok megértése a rezgésanalízisben
Oldalsávok olyan kis frekvenciacsúcsok, amelyek megjelennek egy FFT spektrum egyenlő távolságra egy nagyobb központi csúcs mindkét oldalán, amelyet vivőfrekvencia. Jelenlétük egyértelmű jele annak, hogy moduláció — olyan állapot, amelyben az egyik jel „rányomódik” a másikra — és az oldalsávok közötti távolság megegyezik a moduláló jel frekvenciájával. Mivel ez a távolság közvetlenül a felelős forgó elemre utal, az oldalsávok a leghatékonyabb és legmegbízhatóbb diagnosztikai minták közé tartoznak a rezgéselemzés, különösen a gearbox és hordozó hibajelzés.
1. Mi az a mellékcsík: moduláció a spektrumban
A moduláció a rádiózásból már jól ismert fogalom, és a sebességváltóban is ugyanaz a mechanizmus érvényesül. Egy állandó, magas frekvenciájú hang (a vivő) erősségét egy lassabban ismétlődő jel (a modulátor) változtatja; a spektrumban ez a változás nem homályosítja el a vivő csúcsát, hanem az energiát szimmetrikus mellékcsúcsokra osztja szét. Maga a vivő általában egy kényszerített rezgés amelyet a normál működés során keletkezik, míg a modulátor egy hibás alkatrész forogásonkénti ritmusa. A minta felismerése az, ami megkülönbözteti a biztos diagnózist a találgatástól.
2. A mellékcsatornák keletkezése
Az oldalsávok akkor keletkeznek, amikor egy elsődleges rezgésjel – a vivőjel – amplitúdója egy második, lassabb jel – a modulátor – hatására idővel megváltozik. A klasszikus példa egy hibás fogaskerékfog:
- A Fogaskerék-kapcsolási frekvencia (GMF) ez a hordozóhang. Ez a fogaskerekek fogainak normál egymásba illeszkedése által keletkező magas frekvenciájú hang.
- Ha egy fog megreped azon a fogaskeréken, az forogásonként egyszer ütközést okoz. Valahányszor a hibás fog bekapcsolódik, ez az ütközés modulálja – vagyis megváltoztatja az amplitúdóját – a GMF-jelnek.
- A forgási sebesség A hajtómű frekvenciája tehát a modulációs frekvencia.
Az FFT-spektrumban látható eredmény egy nagy csúcs a GMF-en (a vivőfrekvencián), amelyet a fogaskerék forgási sebességének megfelelő távolságra elhelyezkedő kisebb oldalsáv-csúcsok vesznek körül. Ez a mintázat nem csupán azt bizonyítja, hogy hiba áll fenn, hanem azt is, hogy az éppen az adott fogaskeréken található. Ezt az összefüggést egy egyszerű képlet fejezi ki:
Oldalsávi frekvencia = Vivőfrekvencia ± (n × Modulációs frekvencia), ahol n = 1, 2, 3 …
A hordozóhullám feletti és alatti csúcsok sorozata így egyenletesen elosztott fogazatot alkot, és ha a távolságot hertzben mérjük – majd ezt fordítjuk át fordulatszámra –, az elemző pontosan meg tudja állapítani, melyik tengely működik hibásan.
3. A gépdiagnosztika legfontosabb alkalmazásai
Sebességváltó-diagnosztika
Ez az oldalsáv-analízis elsődleges alkalmazása.
- Oldalsávok a GMF körül: ha a fogaskerék forgási sebességének megfelelő távolságra elhelyezkedő oldalsávok jelennek meg a fogaskerék GMF-je körül, azok a fogaskerék meghibásodására utalnak – repedt fog, kopott fog, vagy különcség.
- Oldalsávok a GMF felharmonikusai körül: A súlyos hibák gyakran a 2× és 3× GMF körüli oldalsávokat is generálnak, így a fésűszerű mintázat mindegyik körül megismétlődik harmonikus.
- Vadászfogak gyakorisága: összetett fogaskerék-készletekben bizonyos nem egész számú oldalsávok a a vadászfogak gyakorisága képes pontosan beazonosítani egy olyan hibát, amely csak akkor jelentkezik, amikor két különböző fogaskeréken lévő fog érintkezésbe kerül egymással.
Görgős csapágyak diagnosztikája
Az oldalsávok szintén kulcsfontosságúak a megerősítéshez bearing faults, különösen a fajon belüli rendellenességek:
- Egy hiba a belső verseny a tengellyel együtt forog, és ahogy a csapágy terhelési zónájába belép, illetve onnan kilép, az általa keltett ütések amplitúdója növekszik, majd csökken.
- Ez a belső kör hibafrekvenciájának amplitúdómodulációját eredményezi, BPFI.
- A kapott spektrum egy csúcsot mutat BPFI-nél, ahol a tengely forgási sebességének egyszeresével elosztott oldalsávok. Ez a mintázat rendkívül megbízható jelzője a fajon belüli hibának – és ez az egyik oka burkológörbe-elemzés olyan hatékonyan képes ezeket a jeleket demodulálni.
Elektromotor-diagnosztika
Az AC indukciós motor rotorrudaival kapcsolatos problémák miatt oldalsávok jelenhetnek meg az egyszeres üzemi sebesség csúcsa körül. Ezek az oldalsávok a pólusáthaladási frekvencia - a csúszási frekvencia a motor teljesítményének és a motor pólusszámának szorzatát – és a törött rotorrudak.
4. Az elemzéssel kapcsolatos szempontok
Az oldalsáv-elemzés hatékony használatához elengedhetetlen a kiváló minőségű adat:
- Nagy felbontás: A mellékcsúcsok egyértelmű megfigyeléséhez és távolságuk pontos méréséhez nagy felbontású FFT-re (például 3200 vagy 6400 vonal) van szükség. Alacsony felbontás esetén a mellékcsúcsok „összefolynak” a vivőcsúccsal. A vonalszám, a mérési tartomány és a felbontás közötti összefüggés ellenőrizhető egy FFT felbontás-kalkulátor.
- Trendek: az oldalsávok száma és amplitúdója jó mutatója a hiba súlyosságának. Ahogy a hiba súlyosbodik, egyre több oldalsáv jelenik meg, és amplitúdójuk is növekszik, ezért az idő függvényében történő rögzítésük trendelemzés nyomon követi a romlást.
- Nagyítás FFT: a Zoom FFT Az analizátor ezen funkciója lehetővé teszi az elemző számára, hogy egy szűk frekvenciatartományt nagyon nagy felbontással nagyítson fel, így megerősítve az oldalsávok jelenlétét és egymástól való távolságát.
5. A térközök értelmezése: a mintától a diagnózisig
Az oldalsávcsalád diagnosztikai ereje az aritmetikájában rejlik. Mivel a fogak közötti távolság megegyezik a moduláló frekvenciával, az elemző a fogazatból visszavezetve azonosíthatja a hibás elemet: az 1× tengelyfordulatszámnál mért távolság a tengelyre utal; a csúszással összefüggő pólusátlépési frekvenciánál mért távolság a motor elektromos állapotára utal; a nem egész számú távolság pedig egy konkrét fogpárra utal. A fogaskerék-behatolási frekvencia és annak várható oldalsávszerkezetének előzetes mérése – például egy erre a célra kifejlesztett fogaskerekek fogazási frekvenciájának számítója — lehetővé teszi az elemző számára, hogy még a spektrum megnyitása előtt pontosan meghatározza, hol keresse a megoldást.
A terepen ezeket a mintázatokat egy hordozható spektrumelemzővel rögzítik, amelyet gépről gépre visznek. Egy ilyen műszer, mint például a Balanset-1A elég nagy felbontással méri a működő gép rezgésspektrumát ahhoz, hogy felismerje a fogaskerék-érintkezési vagy csapágyhibák frekvenciája körüli oldalsáv-sorozatot, így a mérnök a helyszínen megerősítheti a diagnózist; és ha ugyanaz a vizsgálat azt mutatja, hogy a fő probléma egyszerű kiegyensúlyozatlanság nem pedig egy fog- vagy pályahiba miatt, hanem a műszer egyenesen helyszíni kiegyensúlyozás to correct it.
Ha egy elemző egyértelmű, szimmetrikus oldalsáv-mintázatot talál a várt távolságban, akkor a diagnózis a „lehetséges” kategóriából a „nagy valószínűséggel” kategóriába emelkedik – éppen ezért tekintik az oldalsávokat a területen az egyik legmegbízhatóbb azonosító jelnek.
