Comprensione delle bande laterali nell'analisi delle vibrazioni

Definizione: cosa sono le bande laterali?

Bande laterali sono piccoli picchi di frequenza che appaiono in uno spettro FFT a intervalli uguali su entrambi i lati di una frequenza centrale più grande, nota come frequenza portanteLa presenza di bande laterali è un segno definitivo di modulazione—una condizione in cui una frequenza viene "impressa" su un'altra. La spaziatura delle bande laterali è uguale alla frequenza del segnale modulante. Le bande laterali sono uno degli strumenti diagnostici più potenti e definitivi nell'analisi delle vibrazioni, in particolare per il rilevamento di guasti a riduttori e cuscinetti.

Come vengono generate le bande laterali?

Le bande laterali si creano quando un segnale di vibrazione primario (la portante) subisce una variazione di ampiezza nel tempo da parte di un secondo segnale, più lento (il modulatore). Un esempio classico è un dente di ingranaggio difettoso:

• Il Frequenza di accoppiamento degli ingranaggi (GMF) è la frequenza portante. Si tratta di un'alta frequenza generata dal normale accoppiamento dei denti degli ingranaggi.
• Un singolo dente rotto su quell'ingranaggio creerà un impatto una volta per giro. Questo impatto modula, o modifica l'ampiezza, del segnale GMF ogni volta che il dente difettoso entra in presa.
• Il velocità di rotazione dell'ingranaggio è la frequenza modulante.

Il risultato nello spettro FFT è un picco ampio in corrispondenza della GMF (la portante) con picchi laterali più piccoli su entrambi i lati, distanziati alla velocità di rotazione dell'ingranaggio. Questo andamento dimostra definitivamente l'esistenza di un guasto e che è localizzato su quello specifico ingranaggio.

La formula è: Frequenza della banda laterale = Frequenza portante ± (n × Frequenza modulante), dove n=1, 2, 3…

Applicazioni chiave nella diagnostica delle macchine

1. Diagnostica del cambio

Questa è l'applicazione principale dell'analisi delle bande laterali.

• Bande laterali attorno al GMF: Se attorno al suo GMF compaiono bande laterali distanziate alla velocità di marcia di un ingranaggio, ciò indica un guasto su quell'ingranaggio (ad esempio, un dente rotto, un dente usurato o un'eccentricità).
• Bande laterali attorno alle armoniche di GMF: Anche i guasti gravi generano spesso bande laterali attorno ai valori GMF 2x e 3x.
• Frequenza dei denti da caccia: Nei set di ingranaggi complessi, specifiche bande laterali non intere possono individuare guasti che si verificano solo quando due denti specifici su ingranaggi diversi entrano in contatto.

2. Diagnostica dei cuscinetti volventi

Le bande laterali sono fondamentali anche per confermare i guasti dei cuscinetti, in particolare quelli delle piste interne.

• Un difetto sul razza interiore ruota e, man mano che entra ed esce dalla zona di carico del cuscinetto, l'ampiezza degli impatti che genera cambia.
• Ciò provoca la modulazione di ampiezza della frequenza di guasto della pista interna (BPFI).
• Lo spettro risultante mostra un picco a BPFI con bande laterali distanziate a 1x la velocità di rotazione dell'alberoOsservare questo schema è un indicatore di altissima affidabilità di un difetto razziale interno.

3. Diagnostica del motore elettrico

Problemi con le barre del rotore in un motore a induzione CA possono causare la comparsa di bande laterali attorno al picco di velocità di funzionamento 1x. Queste bande laterali sono distanziate a frequenza di passaggio del polo, che è la frequenza di scorrimento del motore moltiplicata per il numero di poli del motore.

Considerazioni sull'analisi

Per utilizzare in modo efficace l'analisi delle bande laterali, è essenziale disporre di dati di alta qualità:

• Alta risoluzione: È necessaria una FFT ad alta risoluzione (ad esempio, 3200 o 6400 linee) per poter vedere chiaramente i picchi delle bande laterali e misurarne accuratamente la spaziatura. Con una bassa risoluzione, le bande laterali risulteranno "spalmate" insieme al picco della portante.

– Tendenze: Il numero e l'ampiezza delle bande laterali sono un buon indicatore della gravità della faglia. Man mano che la faglia peggiora, appariranno più bande laterali e la loro ampiezza aumenterà.

• Zoom FFT: Questa funzione su un analizzatore di dati consente all'analista di "ingrandire" una gamma di frequenze specifica con una risoluzione molto elevata per confermare la presenza e la spaziatura delle bande laterali.

Quando un analista individua un chiaro schema di banda laterale, l'affidabilità della diagnosi di un guasto passa da "possibile" ad "altamente probabile".

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