진동 분석은 기계의 기술적 상태를 진단하는 핵심 기술입니다. 다양한 기계 결함은 진동 주파수 스펙트럼에서 특징적인 패턴을 생성합니다. 기계 진동의 주파수 스펙트럼을 조사하면(일반적으로 FFT 분석을 통해) 특정 결함 유형을 식별할 수 있습니다. 아래 표에는 일반적인 결함 범주(불균형, 정렬 불량, 느슨함, 베어링 결함, 기어 결함)가 제시되어 있습니다. 각 표는 결함의 하위 유형을 간략하게 설명하고, 일반적인 진동 스펙트럼, 관찰된 스펙트럼 구성 요소, 주요 식별 특징, 그리고 SVG 형식으로 포함된 예시 스펙트럼 그래프를 보여줍니다. 모든 주파수 기준은 회전 속도의 배수를 사용합니다(예: "1×" = 회전당 1회 주파수).
불균형
| 결함 유형 | 스펙트럼 설명 | 스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명 | 주요 특징 | SVG 그래프 |
|---|---|---|---|---|
| 정적 불균형 (단면) | 스펙트럼은 기본 작동 속도(1× RPM)에서 단일 피크가 지배적입니다. 진동은 사인파이며, 다른 주파수에서는 에너지가 최소화됩니다. | 주로 강한 1배 회전 주파수 성분. 고조파가 거의 없거나 전혀 없음(순수 1배음):. | 모든 반경 방향에서 큰 1배 진폭: 두 베어링의 진동이 동상(양쪽 끝 사이에 위상차 없음):. 동일 베어링에서 수평 및 수직 측정값 사이에 약 90° 위상 편이가 종종 관찰됩니다:. | |
| 동적 불균형 (2평면/커플) | 스펙트럼은 정적 불균형과 유사하게, 1회전당 1회 진동하는 주요 주파수(1×) 피크를 보여줍니다. 진동은 회전 속도에서 발생하며, 불균형만이 유일한 문제라면 유의미한 고주파 성분은 없습니다. | 주요 1× RPM 성분(종종 로터의 "흔들림" 또는 흔들림 발생): 다른 결함이 없는 한 일반적으로 고조파는 발생하지 않습니다. | 각 베어링의 1× 진동은 위상이 틀리다 – 로터 양 끝단의 진동 사이에 약 180° 위상차가 있습니다. (커플 불균형을 나타냄). 이러한 위상 관계를 갖는 강한 1× 피크는 동적 불균형의 특징입니다. |
정렬 불량
| 결함 유형 | 스펙트럼 설명 | 스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명 | 주요 특징 | SVG 그래프 |
|---|---|---|---|---|
| 평행 오정렬 (오프셋 샤프트) | 진동 스펙트럼은 기본파(1×)와 그 고조파인 2× 및 3× 주행 속도에서 특히 반경 방향으로 높은 에너지를 나타냅니다. 일반적으로 1× 성분이 우세하며, 정렬 불량이 나타나고, 2× 성분이 눈에 띄게 동반됩니다. | 1배, 2배, 3배 축 회전 주파수에서 유의미한 피크가 나타납니다. 이는 주로 축에 수직인 반경 방향 진동 측정에서 나타납니다. | 반경 방향으로 높은 1배 및 2배 진동이 나타나는 것이 지표입니다. 커플링의 반대편에서 반경 방향 진동 측정값 사이에 180° 위상차가 종종 관찰되는데, 이는 순수한 불균형과 구별됩니다. | |
| 각도 정렬 불량 (경사 샤프트) | 주파수 스펙트럼은 샤프트 속도의 강한 고조파를 보여주며, 특히 1× 외에도 2× 주행 속도 성분이 두드러집니다. 1×, 2×(그리고 종종 3×)에서 진동이 나타나고 축 방향(샤프트 방향) 진동이 상당합니다. | 작동 속도의 1배 및 2배(때로는 3배)에서 눈에 띄는 피크가 나타납니다. 2배 성분은 종종 1배 성분과 같거나 더 큽니다. 이러한 주파수는 축 진동 스펙트럼(기계 축을 따라)에서 두드러집니다. | 1×에 비해 상대적으로 높은 2차 고조파(2×) 진폭과 강한 축 진동이 결합되어 있습니다. 커플링 양쪽의 축 방향 측정값은 180° 위상 차이를 보이는데, 이는 각도 정렬 불량의 특징입니다. |
설사
| 결함 유형 | 스펙트럼 설명 | 스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명 | 주요 특징 | SVG 그래프 |
|---|---|---|---|---|
| 기계적 느슨함 (구성요소 느슨함) | 스펙트럼은 주행 속도의 고조파가 풍부합니다. 1×의 정수배(1×부터 ~10×와 같은 높은 차수까지)가 상당한 진폭으로 광범위하게 나타납니다. 심화되면 아고조파 주파수(예: 0.5×)도 나타날 수 있습니다. | 여러 개의 주행 속도 고조파가 지배적입니다(1×, 2×, 3× … 최대 약 10×). 때때로 반복적인 충격으로 인해 1/2×, 3/2× 등의 분수(반차) 주파수 성분이 나타날 수 있습니다. | 스펙트럼에서 특징적인 "고조파 계열" 피크가 나타납니다. 회전 주파수의 정수배에 위치한 수많은 등간격 피크가 나타납니다. 이는 부품이 느슨하거나 제대로 장착되지 않아 반복적인 충격을 유발함을 나타냅니다. 많은 고조파(그리고 반차수 부고조파)가 존재하는 것이 조표입니다. | |
| 구조적 느슨함 (베이스/마운팅 느슨함) | 진동 스펙트럼은 종종 주행 속도의 1배 또는 2배에 의해 지배됩니다. 일반적으로 1× RPM 및/또는 2× RPM에서 피크가 스펙트럼에 나타납니다. 2×를 넘는 고조파는 일반적으로 이러한 기본파에 비해 진폭이 훨씬 낮습니다. | 주로 샤프트 속도의 1배 및 2배에서 주파수 성분을 나타냅니다. 다른 고조파(3배, 4배 등)는 일반적으로 없거나 미미합니다. 느슨함의 특성(예: 회전당 충격 1회 또는 2회)에 따라 1배 또는 2배 성분이 우세할 수 있습니다. | 스펙트럼의 나머지 부분에 비해 현저히 높은 1× 또는 2× 피크(또는 둘 다)는 지지대나 구조물의 느슨함을 나타냅니다. 기계가 느슨하게 설치되면 수직 방향으로 진동이 더 강해지는 경우가 많습니다. 고조파가 거의 없는 한두 개의 지배적인 저차 피크는 구조물이나 기초의 느슨함을 나타냅니다. |
베어링 결함
| 결함 유형 | 스펙트럼 설명 | 스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명 | 주요 특징 | SVG 그래프 |
|---|---|---|---|---|
| 외부 레이스 결함 | 진동 스펙트럼은 외륜 결함 주파수와 그 고조파에 해당하는 일련의 피크를 나타냅니다. 이 피크는 일반적으로 더 높은 주파수(축 회전수의 정수배가 아닌)에 나타나며, 구름 요소가 외륜 결함 위를 지날 때마다 나타납니다. | 외륜 볼 패스 주파수(BPFO)의 여러 고조파가 존재합니다. 일반적으로 외륜 결함이 뚜렷한 경우 스펙트럼에서 BPFO의 8~10개 고조파가 관찰될 수 있습니다. 이러한 피크 사이의 간격은 BPFO(베어링 형상 및 속도에 의해 결정되는 특성 주파수)와 같습니다. | BPFO와 그 연속적인 고조파에서 뚜렷한 피크 열이 나타나는 것이 특징입니다. 균일한 간격으로 배열된 수많은 고주파 피크(BPFO, 2×BPFO, 3×BPFO 등)가 나타나는 것은 외륜 베어링 결함을 분명히 시사합니다. | |
| 내적 인종 결함 | 내륜 단층의 스펙트럼은 내륜 단층 주파수와 그 고조파에서 여러 개의 뚜렷한 피크를 보여줍니다. 또한, 이러한 각 단층 주파수 피크는 일반적으로 주행 속도(1×) 주파수 간격으로 측파대 피크를 동반합니다. | 내부 레이스 볼 패스 주파수(BPFI)의 여러 고조파를 포함하며, 대개 8~10개 정도의 고조파를 포함합니다. 특징적으로 이러한 BPFI 피크는 ±1× RPM의 측파대에 의해 변조됩니다. 즉, 각 BPFI 고조파 옆에는 샤프트 회전 주파수와 같은 양만큼 주 피크와 분리된 더 작은 측파 피크가 나타납니다. | 확실한 징후는 측파대 패턴을 가진 내륜 결함 주파수(BPFI) 고조파의 존재입니다. BPFI 고조파 주변에 축 속도 간격으로 배치된 측파대는 내륜 결함이 회전당 한 번씩 부하되고 있음을 나타내며, 외륜이 아닌 내륜에 문제가 있음을 나타냅니다. | |
| 롤링 요소 결함 (볼/롤러) | 구름 요소(볼 또는 롤러) 결함은 구름 요소 회전 주파수와 그 고조파에서 진동을 발생시킵니다. 스펙트럼은 샤프트 속도의 정수 배가 아닌 볼/롤러 회전 주파수(BSF)의 배수인 일련의 피크를 보여줍니다. 이러한 고조파 피크 중 하나는 종종 다른 피크보다 상당히 크며, 이는 얼마나 많은 구름 요소가 손상되었는지를 나타냅니다. | 기본 롤링 요소 결함 주파수(BSF)와 그 고조파에서 피크가 나타납니다. 예를 들어, BSF, 2×BSF, 3×BSF 등이 나타납니다. 특히, 이러한 피크의 진폭 패턴은 손상된 요소의 수를 나타낼 수 있습니다. 예를 들어, 2차 고조파가 가장 큰 경우 두 개의 볼/롤러에 스폴이 발생했음을 나타낼 수 있습니다. 롤링 요소 손상은 일반적으로 레이스 손상으로 이어지므로, 레이스 단층 주파수에서 진동이 동반되는 경우가 많습니다. | 샤프트 회전 주파수가 아닌 BSF(베어링 요소 회전 주파수)만큼 간격을 둔 일련의 피크가 나타나면 구름 요소 결함을 나타냅니다. BSF의 N차 고조파 진폭이 특히 높은 경우, 이는 종종 N개의 요소가 손상되었음을 의미합니다(예: 매우 높은 2×BSF 피크는 결함이 있는 두 개의 볼을 나타낼 수 있음). | |
| 케이지 결함 (베어링 케이지 / FTF) | 롤링 베어링의 케이지(분리기) 결함은 케이지 회전 주파수(기본열차 주파수, FTF)와 그 고조파에서 진동을 발생시킵니다. 이러한 주파수는 일반적으로 축 속도보다 낮은 준동기 주파수입니다. 스펙트럼은 FTF, 2×FTF, 3×FTF 등에서 피크를 나타내며, 변조로 인해 다른 베어링 주파수와 상호 작용하는 경우가 많습니다. | 케이지의 회전 주파수(FTF)와 그 정수배에 해당하는 저주파 피크. 예를 들어, FTF가 샤프트 속도의 0.4배라면, ~0.4배, ~0.8배, ~1.2배 등의 피크가 나타날 수 있습니다. 많은 경우 케이지 결함은 레이스 결함과 공존하기 때문에 FTF가 레이스 결함 신호를 변조하여 합/차 주파수(레이스 주파수 주변의 측파대)를 생성할 수 있습니다. | 베어링 케이지 회전 속도(FTF)와 일치하는 하나 이상의 아고조파 피크(1배 미만)는 케이지 문제를 나타냅니다. 이는 다른 베어링 결함 징후와 함께 나타나는 경우가 많습니다. 주요 특징은 스펙트럼에 FTF와 그 고조파가 나타나는 것인데, 케이지에 결함이 없는 한 이는 흔하지 않습니다. |
기어 결함
| 결함 유형 | 스펙트럼 설명 | 스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명 | 주요 특징 | SVG 그래프 |
|---|---|---|---|---|
| 기어 편심 / 굽은 샤프트 | 이 결함은 기어 맞물림 진동의 변조를 유발합니다. 스펙트럼에서 기어 맞물림 주파수(GMF) 피크는 기어 축 회전 주파수(기어 RPM의 1배) 간격으로 배치된 측파대 피크로 둘러싸여 있습니다. 편심으로 인한 불균형 효과로 인해 기어 자체의 회전 속도 1배 진동도 커지는 경우가 많습니다. | 기어 맞물림 주파수와 그 하위 고조파(예: GMF의 1배, 2배, 3배)에서 진폭이 눈에 띄게 증가합니다. GMF 주변(그리고 때로는 고조파 주변)에서 영향을 받는 기어 회전 속도의 1배 간격으로 선명한 측파대가 나타납니다. 이러한 측파대의 존재는 기어 회전에 의한 맞물림 주파수의 진폭 변조를 나타냅니다. | 1×기어 주파수에서 뚜렷한 측파대를 갖는 기어 맞물림 주파수가 특징적인 특징입니다. 이 측파대 패턴(최대기울기 주파수(GMF)를 중심으로 회전 속도에 따라 균일한 간격으로 나타나는 피크)은 기어 편심 또는 기어 축의 휘어짐을 강력하게 나타냅니다. 또한, 기어의 기본 진동(1×기어 주파수)이 정상보다 높을 수 있습니다. | |
| 기어 이빨 마모 또는 손상 | 기어 톱니 결함(예: 톱니 마모 또는 파손)은 기어 맞물림 주파수와 그 고조파에서 진동을 증가시킵니다. 스펙트럼은 종종 높은 진폭의 여러 GMF 피크(1×GMF, 2×GMF 등)를 나타냅니다. 또한, 이러한 GMF 피크 주변에는 샤프트 회전 주파수만큼 간격을 둔 수많은 측파대 주파수가 나타납니다. 경우에 따라 측파대를 가진 기어 고유 진동수(공진)의 가진도 관찰될 수 있습니다. | 기어 맞물림 주파수(기어 맞물림 주파수)와 그 고조파(예: 2×GMF)에서 피크가 증가합니다. 각 주요 GMF 고조파 주변에는 1× 회전 속도만큼 떨어진 측파대 피크가 있습니다. 1×, 2×, 3× GMF 성분 주변의 측파대 개수와 크기는 기어 손상의 심각도에 따라 증가하는 경향이 있습니다. 심각한 경우에는 기어의 공진 주파수에 해당하는 추가 피크(자체 측파대 포함)가 나타날 수 있습니다. | 고진폭 기어 메시 주파수 고조파와 조밀한 측파대 패턴이 특징입니다. 이는 마모 또는 이 파손으로 인한 불규칙적인 톱니 통과를 나타냅니다. 심하게 마모되거나 손상된 기어는 메시 주파수 피크 주변에 광범위한 측파대(기어 속도의 1배 간격)를 보이며, 이는 정상 기어(기어 속도에 더 깨끗한 스펙트럼이 집중됨)와 구별됩니다. |
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