Zrozumienie pasm bocznych w analizie drgań

Definicja: Czym są wstęgi boczne?

Wstęgi boczne są to małe szczyty częstotliwości, które pojawiają się w widmie FFT w równych odstępach po obu stronach większej częstotliwości centralnej, znanej jako częstotliwość nośnaObecność pasm bocznych jest jednoznacznym znakiem modulacja—stan, w którym jedna częstotliwość jest „nakładana” na inną. Odstęp między pasmami bocznymi jest równy częstotliwości sygnału modulującego. Pasma boczne są jednym z najskuteczniejszych i najdokładniejszych narzędzi diagnostycznych w analizie drgań, szczególnie w wykrywaniu usterek przekładni i łożysk.

Jak powstają pasma boczne?

Pasma boczne powstają, gdy amplituda pierwotnego sygnału wibracyjnego (nośnej) zmienia się w czasie pod wpływem drugiego, wolniejszego sygnału (modulatora). Klasycznym przykładem jest uszkodzony ząb przekładni:

• The Częstotliwość zazębienia przekładni (GMF) jest częstotliwością nośną. Jest to wysoka częstotliwość generowana przez normalne zazębianie się zębów koła zębatego.
• Pojedynczy pęknięty ząb na tym kole zębatym generuje uderzenie raz na obrót. Uderzenie to moduluje, czyli zmienia amplitudę, sygnału GMF za każdym razem, gdy uszkodzony ząb wchodzi w zazębienie.
• The prędkość obrotowa przekładni jest częstotliwością modulującą.

W widmie FFT widoczny jest duży pik na częstotliwości GMF (nośnej) z mniejszymi pikami wstęgi bocznej po obu stronach, rozmieszczonymi zgodnie z prędkością obrotową koła zębatego. Ten wzór definitywnie dowodzi istnienia usterki i jej lokalizacji w konkretnym kole zębatym.

Wzór jest następujący: Częstotliwość pasma bocznego = Częstotliwość nośnej ± (n × Częstotliwość modulująca), gdzie n=1, 2, 3…

Kluczowe zastosowania w diagnostyce maszyn

1. Diagnostyka skrzyni biegów

Jest to podstawowe zastosowanie analizy wstęg bocznych.

• Pasma boczne wokół GMF: Jeżeli wokół głównej przekładni zębatej pojawią się pasma boczne rozmieszczone w odstępach odpowiadających prędkości obrotowej koła zębatego, wskazuje to na usterkę tego koła zębatego (np. pęknięty ząb, zużyty ząb lub mimośród).
• Pasma boczne wokół harmonicznych GMF: Poważne błędy często generują pasma boczne wokół 2x i 3x GMF.
• Częstotliwość występowania zębów myśliwskich: W złożonych układach kół zębatych określone, niecałkowite pasma boczne mogą wskazywać błędy, które występują tylko wtedy, gdy stykają się dwa określone zęby różnych kół zębatych.

2. Diagnostyka łożysk tocznych

Pasma boczne są również istotne przy potwierdzaniu usterek łożysk, zwłaszcza usterek bieżni wewnętrznej.

• Wada na wewnętrzny wyścig obraca się i w miarę jak przemieszcza się do i poza strefę obciążenia łożyska, amplituda generowanych przez niego uderzeń będzie się zmieniać.
• Powoduje to modulację amplitudy częstotliwości błędów bieżni wewnętrznej (BPFI).
• Powstałe widmo pokazuje szczyt w BPFI z pasma boczne rozmieszczone w odstępach 1x większych od prędkości obrotowej wału. Zauważenie tego wzoru jest bardzo pewnym wskaźnikiem defektu wewnętrznej rasy.

3. Diagnostyka silnika elektrycznego

Problemy z prętami wirnika w silniku indukcyjnym prądu przemiennego mogą powodować pojawianie się pasm bocznych wokół szczytu prędkości obrotowej 1x. Pasma te są rozmieszczone w odstępach częstotliwość przejść biegunowych, która jest częstotliwością poślizgu silnika pomnożoną przez liczbę biegunów silnika.

Rozważania analityczne

Aby skutecznie wykorzystać analizę pasma bocznego, niezbędne są dane wysokiej jakości:

• Wysoka rozdzielczość: Aby wyraźnie zobaczyć szczyty wstęg bocznych i dokładnie zmierzyć ich odstępy, wymagana jest analiza FFT o wysokiej rozdzielczości (np. 3200 lub 6400 linii). Przy niskiej rozdzielczości wstęgi boczne będą „rozmywane” razem z szczytem nośnej.

– Popularne: Liczba i amplituda wstęg bocznych są dobrym wskaźnikiem stopnia uszkodzenia. Wraz z pogłębianiem się uszkodzenia pojawia się więcej wstęg bocznych, a ich amplituda rośnie.

• Powiększ FFT: Funkcja ta w analizatorze danych umożliwia analitykowi „powiększenie” określonego zakresu częstotliwości z bardzo dużą rozdzielczością w celu potwierdzenia obecności i odstępów między pasmami bocznymi.

Gdy analityk znajdzie wyraźny wzór wstęgi bocznej, stopień pewności diagnozy błędu wzrasta z „możliwej” na „wysoce prawdopodobną”.

← Powrót do indeksu głównego