振動解析におけるサイドバンドの理解

定義: サイドバンドとは何ですか?

サイドバンド FFTスペクトルにおいて、中心周波数の両側に等間隔で現れる小さな周波数ピークのことである。 搬送周波数サイドバンドの存在は、 変調—ある周波数が別の周波数に「刻印」されている状態。サイドバンドの間隔は、変調信号の周波数に等しくなります。サイドバンドは、振動解析、特にギアボックスやベアリングの故障検出において、最も強力かつ確実な診断ツールの一つです。

サイドバンドはどのように生成されるのでしょうか?

サイドバンドは、一次振動信号（搬送波）の振幅が、より遅い二次振動信号（変調器）によって時間とともに変化するときに発生します。典型的な例としては、歯車の歯の欠陥が挙げられます。

• について ギアメッシュ周波数（GMF） 搬送周波数です。これは、ギアの歯の正常な噛み合いによって生成される高周波です。
• 歯車の歯が1本でも欠けると、1回転ごとに衝撃が発生します。この衝撃により、欠陥のある歯が噛み合うたびにGMF信号の振幅が変調（変化）します。
• について 回転速度 ギアの変調周波数です。

FFTスペクトルの結果は、GMF（キャリア）に大きなピークが現れ、その両側にギアの回転速度間隔で小さなサイドバンドピークが現れるというものです。このパターンは、故障が存在し、その故障が特定のギアに発生していることを明確に証明します。

式は次のとおりです。 サイドバンド周波数 = 搬送周波数 ± (n × 変調周波数)ここで、n=1、2、3…

機械診断における主なアプリケーション

1. ギアボックス診断

これはサイドバンド解析の主な用途です。

• GMF 周辺のサイドバンド: ギアの回転速度と同じ間隔でサイドバンドが GMF の周囲に現れる場合、そのギアに障害があることを示します (例: 歯の割れ、歯の摩耗、偏心)。
• GMFの高調波周辺のサイドバンド: 重大な障害が発生すると、2 倍および 3 倍の GMF の周囲にもサイドバンドが生成されることがよくあります。
• 狩猟歯の頻度: 複雑なギア セットでは、特定の非整数サイドバンドにより、異なるギアの特定の 2 つの歯が接触した場合にのみ発生する障害を正確に特定できます。

2. 転がり軸受診断

サイドバンドは、ベアリングの故障、特に内輪の欠陥を確認するためにも重要です。

• 欠陥 内なる人種 回転しており、ベアリングの荷重ゾーンに出入りすると、発生する衝撃の振幅が変化します。
• これにより、内輪故障周波数 (BPFI) の振幅変調が発生します。
• 得られたスペクトルはBPFIでピークを示し、 シャフトの回転速度の1倍の間隔で配置されたサイドバンドこのパターンが見られることは、内部レースの欠陥を非常に確実に示す指標です。

3. 電動モーターの診断

交流誘導電動機のローターバーに問題が発生すると、1倍速運転時のピーク付近にサイドバンドが現れることがあります。これらのサイドバンドは、 極通過周波数これは、モーターのスリップ周波数にモーターの極数を掛けた値です。

分析の考慮事項

サイドバンド解析を効果的に使用するには、高品質のデータが不可欠です。

• 高解像度: サイドバンドのピークを明瞭に観察し、その間隔を正確に測定するには、高解像度のFFT（例えば3200または6400ライン）が必要です。解像度が低いと、サイドバンドはキャリアピークと混ざって「ぼやけて」しまいます。

– トレンド: サイドバンドの数と振幅は、断層の深刻さを示す良い指標です。断層が悪化するにつれて、サイドバンドの出現数が増加し、振幅も増大します。

• ズームFFT: データ アナライザーのこの機能を使用すると、アナリストは特定の周波数範囲を非常に高い解像度で「ズームイン」して、サイドバンドの存在と間隔を確認できます。

アナリストが明確なサイドバンド パターンを発見すると、障害診断の信頼性が「可能性あり」から「非常に高い確率」に上がります。

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