Trillingsanalyse — Spectrumdiagnostiek Gids

Wat is trillingsanalyse?

Every rotating machine vibrates. In a healthy machine, vibration is low and stable — its normal "operating signature." As defects develop, vibration changes in predictable ways. By measuring and analyzing these changes, we can identify the root cause, predict failure, and schedule maintenance before catastrophic breakdown. This is the foundation of voorspellend onderhoud.

FFT: De kern van spectrumanalyse

Een trillingssensor (accelerometer) zet mechanische trillingen om in een elektrisch signaal. Dit signaal, weergegeven over een bepaalde tijd, is de golfvorm — een complexe, ogenschijnlijk chaotische curve wanneer er meerdere storingen aanwezig zijn. De FFT (Fast Fourier Transform) ontleedt dit complexe signaal in afzonderlijke sinusvormige componenten, elk met een eigen frequentie en amplitude.

Think of FFT as a prism splitting white light into a rainbow. The complex waveform is "white light" — FFT reveals the individual "colors" (frequencies) hidden inside. The result is the trillingsspectrum — het belangrijkste diagnostische hulpmiddel.

Belangrijke spectrumparameters

• Frequentie (X-as, Hz): Hoe vaak trillingen voorkomen. Direct gekoppeld aan de bron. 1× = assnelheid. 2× = tweemaal de assnelheid.
• Amplitude (Y-as, mm/s RMS): Trillingsintensiteit bij elke frequentie. Hogere pieken = meer energie = ernstiger toestand.
• Harmonischen: Hele veelvouden van de grondtoon: 2× (2e), 3× (3e), 4×, enz. Hun aanwezigheid en relatieve hoogte bevatten diagnostische informatie.
• Fase (°): Faserelatie op verschillende meetpunten. Essentieel voor het onderscheiden van onbalans (in fase) van uitlijnfout (180°).

Trillingsmeeteenheden: verplaatsing, snelheid, versnelling

Vibration can be measured as three different physical parameters. Each emphasizes different frequency ranges, making them suited to different diagnostic tasks. Understanding when to use which parameter is fundamental to effective analysis.

Meetmethode met Balanset-1A

Sensorplaatsing

De kwaliteit van de diagnose hangt volledig af van de kwaliteit van de meting. Trillingskrachten worden via lagers overgebracht, dus sensoren moeten op de lagerhuizen worden gemonteerd – zo dicht mogelijk bij het lager, op de dragende constructie (niet op afdekkingen of koelribben).

• Oppervlaktevoorbereiding: Schoon, vlak en vrij van verfschilfers. De magnetische basis moet vlak aansluiten.
• Radiaal horizontaal (H): Loodrecht op de as, horizontaal vlak. Vaak de hoogste amplitude.
• Radiaal verticaal (V): Loodrecht op de as, verticaal vlak.
• Axiaal (A): Parallel aan de as. Cruciaal voor het detecteren van uitlijningsfouten.

Diagnostische modi van de Balanset-1A

• F8 — Charts → "F5-Spectrum (Hz)" tab: Full FFT spectrum display. The primary diagnostic mode. The other Charts tabs — F2-Overall, F3-1x, F4-Harmonics (1x..Nx), and F6-Orbit — cover overall vibration, 1× tracking, harmonic patterns, and shaft orbit.
• F5 — Vibration Meter: Snelle beoordeling. Vergelijk V1s (totale RMS) met V1o (1×). Als V1s ≈ V1o → onbalans. Als V1s ≫ V1o → andere fouten.
• F6 — Reports: Measurement archive and HTML reports — use it to store baselines.
• F9 — Route Inspection: Guided measurement routes with trend zones per ISO 10816-1 — for regular monitoring rounds.

Faseanalyse — De diagnostische onderscheider

De frequentie vertelt u wat trilt; de fase vertelt u Hoe. Two faults can produce identical spectra (both dominated by 1×) — only phase analysis distinguishes them. Phase is the angular relationship between vibration at different measurement points, measured in degrees (0°–360°).

Fout 1: Onbalans

Oorzaak: Center of mass displaced from rotation axis. Manufacturing tolerances, deposit buildup, erosion, broken blade, lost weight.

Spectrum: Dominant peak at exactly 1× RPM. Very low harmonics. Radial vibration. The unbalance kracht grows with speed²; vibration amplitude rises with speed, with the exact relationship depending on proximity to resonance. Phase is stable and repeatable.

Statische onbalans (enkelvlaks)

Zuivere 1× piek, sinusvormige golfvorm. Beide lagers in fase. Correctie in één vlak.

Dynamische onbalans (tweesvlaks / koppel)

Ook 1× dominant, maar de lagers zijn ongeveer 180° uit fase. Tweevlakcorrectie vereist.

Fout 2: Asuitlijnfout

Oorzaak: De hartlijnen van gekoppelde assen vallen niet samen. Ze kunnen parallel (verschoven) of onder een hoek (gekanteld) staan, meestal beide.

Parallelle uitlijningsfout (radiaal)

Hoge 1× en 2× in de radiale richting. 2× is vaak ≥ 1×. Faseverschuiving van 180° over de koppeling.

Hoekafwijking — Radiaal

1× and 2× both present in the radial direction — either may dominate, so the radial spectrum alone is not conclusive. The axial measurement decides.

Hoekafwijking — Axiaal

Axial vibration ≥ 50% of radial, typically dominated by 1× with elevated 2× and 3×. 180° phase across coupling in axial. This is the key distinguishing measurement.

Fout 3: Mechanische losheid

Oorzaak: Verlies van structurele stijfheid — losse bouten, scheuren in de fundering, versleten lagerzittingen, te grote spelingen.

Component losheid

"Bos" van harmonischen — 1×, 2×, 3×, 4×… tot 10×+ met afnemende amplitude. Kan 0,5× subharmonischen bevatten.

Structurele losheid

1× en/of 2× dominant. Weinig hogere harmonischen. Sterke verticale trilling.

Fout 4: Defecten aan de wentellagers

Oorzaak: Pittingcorrosie, afbrokkeling, slijtage aan loopvlakken, rollichamen of kooi.

Defect aan de buitenring (BPFO)

Reeks pieken bij BPFO, 2×BPFO, 3×BPFO… Geen 1× zijbanden (stationaire ring). Meest voorkomende lagerfout.

Binnenringdefect (BPFI)

BPFI-harmonischen met ±1× zijbanden (roterende ring, modulatie van de belastingszone). Het zijbandpatroon is de belangrijkste identificatiemethode.

Defect aan het rolelement (BSF)

BSF-harmonischen. Vaak 2×BSF dominant. Niet-synchroon. Vaak gepaard gaande met loopbaanschade.

Kooidefect (FTF)

Sub-synchronous fundamental (FTF ≈ 0.4× shaft speed); its harmonics may extend above 1×. Low frequency. Often accompanies other bearing damage.

Envelopanalyse (demodulatie) — Vroege lagerdetectie

Standard FFT spectrum analysis detects bearing defects from late Stage 2 onward. Before that, bearing impacts are too weak — and too high in frequency — to appear above the noise floor. Envelopanalyse (ook wel demodulatie of hoogfrequente detectie, HFD genoemd) breidt de detectie uit naar veel vroegere stadia.

Hoe het werkt

Wanneer een rolelement een defect raakt, genereert het een korte impactpuls die hoogfrequente structurele resonanties (doorgaans 5–20 kHz) opwekt. Deze resonanties "klinken" kort na elke impact. Envelopanalyse werkt in drie stappen:

1. Banddoorlaatfilter: Isoleer de hoogfrequente resonantieband (bijvoorbeeld 5-15 kHz) waar de schokken nagalmen.
2. Gelijkrichten en omhullende: Extraheer het amplitudemodulatiepatroon — de "envelop" die de pieken van de trilling volgt.
3. FFT van de envelop: Pas de FFT toe op het envelopsignaal. Het resultaat toont de herhalingsfrequentie van impacten — wat gelijk is aan de lagerdefectfrequenties (BPFO, BPFI, BSF, FTF).

Gerelateerde parameters

• Spike-energie (SE): Algemene meting van de hoogfrequente impactenergie. Scalaire trendwaarde. Goed voor "go/no-go"-screening.
• gSE / HFD / PeakVue: Leverancierspecifieke namen voor parameters die zijn afgeleid van enveloppen. Allemaal gebaseerd op hetzelfde principe.
• Versnellingsomhullende: The Balanset-1A measures in velocity (mm/s). For full envelope analysis, a dedicated analyzer with acceleration input and band-pass filtering capability is ideal. However, the Balanset-1A's FFT can still detect discrete bearing defect frequencies effectively in the standard velocity spectrum from late Stage 2 onward.

Fout 5: Defecten aan de tandwielen

Oorzaak: Versleten, gecorrodeerde of gebroken tanden. Excentriciteit van het tandwiel. GMF = aantal tanden × as-toerental / 60.

Tandwielexcentriciteit

GMF met zijbanden bij ±1× assnelheid. De 1× van de tandwieloverbrenging kan ook verhoogd worden.

Slijtage/beschadiging van de tandwieltanden

Meerdere GMF-harmonischen met dichte zijbanden. De ernst neemt toe met het aantal zijbanden en de amplitude.

Fault 6: Electrical Faults (Motors)

Elektromagnetische storingen veroorzaken trillingen bij 2× netfrequentie (100 Hz op 50 Hz-netten, 120 Hz op 60 Hz). Kritische test: trilling verdwijnt. direct Wanneer de stroom uitvalt. Mechanische defecten nemen geleidelijk af.

• Excentriciteit van de stator: 2× netfrequentie, constante amplitude.
• Defecten aan de rotorstaaf: Sidebands around 1× running speed spaced at the pole-pass frequency (slip × number of poles — typically 0.5–2 Hz, so fine frequency resolution is needed to separate them). A rotor bar pass frequency (number of bars × shaft speed) with 2× line frequency sidebands may also appear.
• Zachte voet: De trilling verandert wanneer de afzonderlijke motorvoeten worden losgedraaid.

Fout 7: Problemen met de riemaandrijving

Oorzaak: Versleten, verkeerd uitgelijnde of onjuist gespannen riemen. Riemoverbrengingen genereren trillingen bij de riempassagefrequentie, wat doorgaans een subsynchrone frequentie is (lager dan 1× assnelheid) omdat de riem langer is dan de omtrek van de poelie.

Veelvoorkomende riemkenmerken

• Slijtage/defect aan de riem: Pieken bij riemfrequentie (f_riem) en zijn harmonischen (2×, 3×, 4× f_riem). The fundamental appears below 1× shaft speed — a sub-synchronous peak is the key indicator; higher harmonics can extend above 1×.
• Verkeerde riemuitlijning: Verhoogde axiale trillingen bij 1× en 2× assnelheid. Vergelijkbaar met asuitlijningsproblemen, maar beperkt tot machines met riemaandrijving.
• Onjuiste spanning: Hoge trillingen (1×) die sterk veranderen bij aanpassing van de riemspanning. Te strakke riemen verhogen de lagerbelasting; losse riemen veroorzaken klapperen en pieken in de riemfrequentie.
• Resonantie: De eigenfrequentie van de riem (riemflutter) kan worden opgewekt als de resonantie van de riemspanwijdte samenvalt met de bedrijfssnelheid. Dit is zichtbaar als een brede piek bij de eigenfrequentie van de riem.

Fout 8: Cavitatie van de pomp

Oorzaak: Dampbellen ontstaan en imploderen heftig wanneer de plaatselijke druk onder de dampdruk van de vloeistof daalt – meestal bij de aanzuiging van de pomp. Elke implosie van een bel veroorzaakt een micro-impact. Duizenden implosies per seconde genereren een karakteristieke breedbandruis.

Spectrale signatuur

• Broadband energy: Unlike mechanical faults (which produce discrete peaks), cavitation generates a raised, irregular noise floor spread across a broad frequency band — in the chart below, from roughly 200 Hz up to the edge of the displayed range. The spectrum looks like a "hump" or elevated plateau rather than sharp peaks.
• Willekeurig, niet-periodiek: Geen harmonischen, geen verband met de asrotatiesnelheid. Het geluid klinkt als "grind" of "gekraak" — zelfs zonder instrumenten hoorbaar.
• Laagfrequente effecten: Ernstige cavitatie kan ook instabiliteit bij 1× en breedbandige laagfrequente ruis door turbulentie in de stroming veroorzaken.

Fout 9: Oliewerveling en olieslag (glijlagers)

Oorzaak: Fluid-film instability in journal (sleeve) bearings. The oil film wedge forces the shaft to orbit within the bearing clearance at a sub-synchronous frequency. This is distinct from rolling element bearing defects and occurs only in plain/journal bearings. Shaft orbit display — the F8 — Charts → F6-Orbit tab on the Balanset-1A — is the classic way to watch journal-bearing behavior.

Oliewerveling

• Frequentie: Ongeveer 0,42× tot 0,48× assnelheid (vaak aangegeven als ~0,43×). Dit is een subsynchrone piek die de assnelheid volgt — als het toerental toeneemt, neemt de wervelfrequentie evenredig toe.
• Spectrum: Een enkele piek bij ~0,43× die verschuift met de snelheid. De amplitude kan matig zijn.
• Toestand: Voorloper van een oliezweep. Meestal niet direct destructief, maar duidt op instabiliteit.

Oil Whip

• Frequentie: Vergrendelt op de eerste van de rotor natuurlijke frequentie (kritische snelheid). In tegenstelling tot werveling volgt het de asrotatiesnelheid NIET — de frequentie blijft constant naarmate het toerental verandert.
• Spectrum: Een grote, subsynchrone piek bij de eerste kritische snelheid van de rotor. De amplitude kan zeer hoog zijn en destructief.
• Toestand: Gevaarlijk. Direct ingrijpen is noodzakelijk. Kan leiden tot totale uitval van de lagers en schade aan de as.

ISO 10816 Vibration Severity — Classification Table

ISO 10816-1 (the general part of the ISO 10816 series, superseded by ISO 20816 but still widely referenced) defines vibration severity zones for four machine classes. Vibration is measured as velocity in mm/s RMS on bearing housings. The table below shows all zone boundaries for all four classes — use it as a quick reference when evaluating measurements. Note that ISO 10816-3 (now ISO 20816-3), which covers industrial machines above 15 kW running at 120–15,000 RPM, uses a different scheme — two machine groups with rigid or flexible support classes — rather than the Classes I–IV shown here.

Van meten naar monitoren

Trendanalyse

Een enkel spectrum is een momentopname. De kracht van trillingsanalyse ligt in trendanalyse — het bijhouden van veranderingen in de loop van de tijd.

• Stel een basislijn vast: Measure new or known-good equipment. Save spectra — the Balanset-1A's F6 — Reports archive stores measurements and HTML reports.
• Stel intervallen vast: Kritiek: wekelijks. Standaard: maandelijks. Aanvullend: driemaandelijks.
• Zorg voor herhaalbaarheid: Dezelfde punten, dezelfde richtingen, dezelfde bedrijfsomstandigheden.
• Wijzigingen bijhouden: Een verdubbeling ten opzichte van de basislijn is significant, zelfs in ISO-zone A.
• Use measurement routes: The Balanset-1A's F9 — Route Inspection guides repeatable measurement rounds and trends readings against ISO 10816-1 zones.

Beslissingsalgoritme

1. Neem een kwalitatief spectrum op (F8-grafieken, radiaal + axiaal).
2. Identificeer de hoogste piek — dit is het dominante probleem.
3. Overeenkomst met fouttype:
   • 1× domineert → Onbalans → Balanceren met Balanset-1A.
   • 2× domineert + hoge axiale → Uitlijnafwijking → Lijn de assen opnieuw uit.
   • Veel harmonischen → Losheid → Controleren en vastdraaien.
   • Niet-synchrone pieken → Lager → Vervanging plannen.
   • GMF + zijbanden → Versnellingsbak → Oliepeil controleren, versnellingsbak inspecteren.
4. Pak eerst de belangrijkste oorzaak aan; secundaire symptomen verdwijnen dan vaak vanzelf.

← Back to Solutions