결함 탐지를 위한 진동 분석의 첨도

정의: 첨도란 무엇인가?

첨도 확률 분포의 모양을 나타내는 통계적 매개변수입니다. 진동 분석에서 시간 파형 신호에 적용하여 "피크성" 또는 "충격성"을 측정합니다. 첨도가 높은 신호는 날카롭고 뚜렷한 피크 또는 충격이 특징이며, 첨도가 낮은 신호는 더 평평하거나 둥글게 나타납니다. 첨도는 전체 에너지(RMS 값)가 크게 변하지 않았더라도 진동 신호의 기본 특성 변화를 나타낼 수 있는 단일 수치 값을 제공합니다.

첨도의 진단적 가치

상태 모니터링에서 첨도의 주요 가치는 높은 민감도입니다. 초기 단계, 충동적 단층많은 기계적 결함은 미세한 균열이나 스폴(spal)로 시작됩니다. 이러한 결함들이 서로 접촉하면서 짧은 시간 동안 발생하는 고주파 충격이 발생합니다. 이러한 충격은 진동 시간 파형에 급격한 피크를 발생시켜, 결함이 기계의 전체 RMS 진동 레벨에 영향을 미칠 만큼 커지기 훨씬 전에 첨도 값을 급격히 증가시킵니다.

따라서 첨도는 다음과 같은 경우에 매우 유용한 도구입니다.

• 조기 베어링 결함 감지: 이는 베어링 레이스나 롤링 요소의 스폴 발생 징후를 가장 먼저 감지하는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다.
• 기어 톱니 결함 감지: 금이 가거나 부러진 기어 이빨은 회전당 한 번씩 뚜렷한 충격을 발생시키는데, 이는 첨도 값이 상승하는 것을 통해 쉽게 감지할 수 있습니다.
• 간헐적인 마찰이나 충격 감지: 이러한 측정을 통해 기계 내에서 발생하는 불균일하고 영향을 미치는 사건을 강조할 수 있습니다.

첨도 값 해석

첨도는 정규화된 값입니다. 정상 기기의 무작위 배경 진동을 나타내는 완벽한 가우시안(정규) 분포의 경우, 첨도 값은 **3.0**입니다. 이 값과의 편차는 진단적으로 유의미합니다.

• 첨도 ≈ 3.0: 진동이 무작위적이고 가우시안 형태이며, 정상적이고 건강한 작동을 나타냅니다.
• 첨도 > 3.0: 신호가 정상보다 더 "뾰족해지거나" 충동적으로 변하고 있음을 나타냅니다. 첨도 값이 상승하는 것은 충격 발생의 명확한 경고 신호입니다. 베어링이나 기어에 심각한 결함이 있는 경우 5, 10 또는 그 이상의 값이 나타나는 것이 일반적입니다.
• 첨도 < 3.0: 신호가 정규 분포보다 더 평평함을 나타냅니다. 이는 특정 유형의 마찰이나 신호가 매우 깨끗한 사인파 진동에 의해 지배될 때 발생할 수 있습니다.

베어링 단층의 첨도 수명주기

베어링 결함을 발생부터 고장까지 추적할 때 첨도 값은 종종 예측 가능한 패턴을 따릅니다.

1. 건강 단계: 첨도는 안정적이며 3.0에 가깝습니다.
2. 초기 단층 단계: 미세한 결함이 형성됩니다. 날카롭고 뚜렷한 충격이 발생하여 첨도가 크게 상승합니다(예: 5.0 이상). 전체 RMS 진동은 여전히 낮을 수 있습니다. 이때가 결함을 감지하기에 가장 좋은 시점입니다.
3. 개발된 단층 단계: 결함이 커지고 확산됨에 따라 충격은 더 빈번해지고 덜 뚜렷해집니다. 신호는 훨씬 더 높은 에너지 준위에서 다시 무작위 잡음처럼 보이기 시작합니다. 결과적으로 첨도 값은 *감소*하여 3.0으로 돌아가는 반면, RMS 진동 준위는 이제 급격히 상승하기 시작합니다.
4. 후기/실패 단계: 베어링이 심하게 손상되었고 진동이 심하며 종종 불규칙합니다. 첨도는 3.0에 가깝지만, RMS 값은 현재 위험 수준입니다.

이 수명 주기는 첨도가 왜 그렇게 중요한지 보여줍니다. 탐지에 가장 적합한 시점은 첨도가 상승하는 초기 단계입니다. RMS에만 의존하면 결함이 심각해질 때까지 탐지되지 않습니다.

제한 사항

첨도는 강력하지만 스펙트럼 및 파형 분석과 같은 다른 기법과 함께 사용해야 합니다. 첨도는 기계와 관련 없는 무작위적인 충격에 민감할 수 있으므로 추세 지표로 사용하는 것이 가장 좋습니다. 시간 경과에 따라 첨도가 지속적으로 상승하는 것은 단일 높은 수치보다 훨씬 더 신뢰할 수 있는 지표입니다.

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