Inzicht in frequentie bij trillingsanalyse
Frequentie is een maatstaf voor hoe vaak een repetitieve gebeurtenis zich voordoet in een bepaalde tijdseenheid — in trillingsanalyse, het kwantificeert hoe snel een object oscilleert. Het is de belangrijkste parameter voor het vaststellen van de grondoorzaak van een machineprobleem. Terwijl amplitude tells you the ernst van een trilling vertelt de frequentie u de bron. Lees een amplitudewaarde af en u weet hoe ernstig het probleem is; lees de frequentie af en u weet wat het probleem is.
1. Definitie: Wat is trillingsfrequentie?
Frequentie beschrijft het tempo van een cyclische beweging — het aantal volledige oscillatiecycli dat een trillend onderdeel per tijdseenheid voltooit. Een rotor die draait op 1.800 rpm voltooit dertig omwentelingen per seconde, waardoor de kracht die hij eenmaal per omwenteling genereert dertig keer per seconde herhaalt. Elke periodieke component die verborgen zit in het trillingspatroon van een machine’s tijdgolfvorm heeft zijn eigen frequentie, en het scheiden van die componenten vormt de basis van al het diagnostisch werk.
Belangrijk is dat frequentie onafhankelijk is van amplitude. Een trilling kan hevig of nauwelijks waarneembaar zijn bij exact dezelfde frequentie; wat verandert wanneer een defect groeit is doorgaans de amplitude, terwijl de frequentie gekoppeld blijft aan het fysische mechanisme dat hem veroorzaakt. Juist die stabiliteit maakt frequentie zo'n betrouwbare vingerafdruk.
2. De diagnostische waarde van frequentie
Het kernprincipe van trillingsdiagnostiek is dat verschillende mechanische en elektrische componenten trillingen genereren op specifieke, voorspelbare frequenties wanneer ze beginnen te falen. Door te bepalen welke frequenties aanwezig zijn in het trillingspatroon van een machine — en hoe sterk elk ervan is — kan een analist het exacte onderdeel aanwijzen dat het probleem veroorzaakt. Dit is nauw vergelijkbaar met hoe een arts een stethoscoop gebruikt om te luisteren naar de specifieke geluiden die op bepaalde aandoeningen wijzen.
Elk potentieel defect heeft een kenmerkende frequentiehandtekening:
- Onevenwicht: een probleem met de gehele roterende assembly, zoals onevenwicht, verschijnt op de frequentie van de rotatie van de as — 1× bedrijfssnelheid.
- Verkeerde uitlijning: een probleem in de koppeling tussen twee assen, zoals verkeerde uitlijning, treedt doorgaans op bij twee keer de draaisnelheid (2×), vaak met een verhoogde 3×.
- Lagerdefecten: een defect aan een rollend-element lager genereert niet-gehele veelvouden van de frequentie, lagerfoutfrequenties bepaald door de geometrie van de loopbaan en ballen en de assnelheid.
- Versnellingsproblemen: ingrijpende tanden creëren energie op de tandwielingrijpfrequentie (GMF) — het aantal tanden vermenigvuldigd met de tandwielsnelheid — dikwijls geflankeerd door zijbanden.
Omdat deze patronen zelden overlappen, kan één goed opgelost spectrum onbalans onderscheiden van uitlijningsproblemen en van een defect lager, zonder de machine ooit te openen.
3. De eenheden van frequentie
Frequentie wordt uitgedrukt in verschillende eenheden, en een praktijkanalist moet er vlot mee kunnen omgaan.
Hertz (Hz)
De internationale (SI-)eenheid. Eén hertz staat gelijk aan één cyclus per seconde. Dit is de standaard in wetenschappelijke en de meeste instrumentele contexten, en het is de eenheid die gebruikt wordt op een FFT-frequentieas.
Cycles Per Minute (CPM)
Veel gebruikt in industrieel onderhoud omdat het direct gerelateerd is aan de rotatiesnelheid, die wordt uitgedrukt in omwentelingen per minuut (RPM). Omdat een minuut 60 seconden bevat, is de omrekening eenvoudigweg CPM = Hz × 60. Een trilling van 30 Hz komt dan overeen met 1.800 CPM — en op een machine die draait op 1.800 rpm bevindt die piek zich precies op de draaisnelheid, wat in CPM vaak gemakkelijker te herkennen is dan in Hz.
Bestellingen
Orden zijn veelvouden van de eigen draaisnelheid van de machine: de draaisnelheid is de 1e orde, tweemaal de draaisnelheid de 2e orde, enzovoort. Het voordeel is dat orden constant blijven terwijl de machine van snelheid verandert — onbalans bevindt zich altijd op de 1e orde, of de as nu op 900 of 3.600 rpm draait, terwijl de frequentie in Hz verschuift. Dit maakt orden onmisbaar voor apparatuur met variabele snelheid en vormt de basis van orderanalyse. A free Harmonische Frequentie Rekenmachine rekent een RPM-waarde in één stap om naar de 1×- tot en met 10×-frequenties, en een omrekenaar voor trillingseenheden verwerkt de Hz–CPM-omrekeningen.
4. Hoe frequentie wordt bepaald
De frequenties verborgen in een trillingssignaal worden geëxtraheerd met de Snelle Fouriertransformatie (FFT). An versnellingsmeter legt de ruwe tijdgolfvorm vast, en het FFT-algoritme ontleedt deze in een frequentiespectrum — een grafiek die elke afzonderlijke frequentie weergeeft waaruit de complexe trilling is opgebouwd, waarbij de hoogte van elke piek aangeeft hoeveel energie zich daar bevindt. De analist vergelijkt vervolgens die pieken met de bovenstaande foutpatronen. In het veld voert een draagbaar tweekanaals instrument zoals de Balans-1a deze FFT ter plekke uit en meet spectra van ongeveer 5 Hz tot 1.000 Hz, zodat de piek op draaisnelheid en de harmonischen direct aan de machine kunnen worden afgelezen, waarbij de tachometerpuls één keer per omwenteling exact aangeeft welke piek de 1× is.
5. De relatie tussen frequentie, snelheid en versnelling
Voor een gegeven niveau van trillingsenergie hangen de amplitudes van verplaatsing, snelheid, En versnelling sterk af van de frequentie, en daarom domineert elke eenheid in een ander frequentiebereik:
- Lage frequenties: verplaatsing is het grootst, waardoor het de natuurlijke eenheid is voor langzame asbeweging.
- Middenfrequenties: snelheid is het grootst en het meest uniform, en daarom beoordelen trillingssterkte normen zoals ISO 20816 (de moderne opvolger van ISO 10816) de algehele machinecondtie op basis van snelheid in mm/s.
- Hoge frequenties: versnelling is het grootst, waardoor het de voorkeurseenheid is voor lager- en tandwieltonen.
De verkeerde eenheid kiezen voor een frequentiebereik kan een reëel defect in de ruisvloer verbergen; de juiste eenheid kiezen zorgt ervoor dat hetzelfde defect direct opvalt in de grafiek. Zo gezien is frequentie de sleutel die het diagnostisch potentieel van trillingsanalyse ontsluit — door een ruw, complex signaal om te zetten in bruikbare onderhoudsinformatie.
