Förstå sidband i vibrationsanalys

Definition: Vad är sidband?

Sidband är små frekvenstoppar som uppträder i ett FFT-spektrum med lika stora intervall på vardera sidan om en större centralfrekvens, känd som bärfrekvensFörekomsten av sidband är ett definitivt tecken på modulation—ett tillstånd där en frekvens "präglas" på en annan. Avståndet mellan sidbanden är lika med frekvensen för den modulerande signalen. Sidband är ett av de mest kraftfulla och definitiva diagnostiska verktygen inom vibrationsanalys, särskilt för detektering av växellådor och lagerfel.

Hur genereras sidband?

Sidband skapas när en primär vibrationssignal (bärvågen) får sin amplitud ändrad över tid av en andra, långsammare signal (modulatorn). Ett klassiskt exempel är en felaktig kugghjulstand:

• Den Kugghjulsnätfrekvens (GMF) är bärfrekvensen. Detta är en hög frekvens som genereras av kugghjulets normala ingrepp.
• En enda sprucken tand på det kugghjulet skapar en stöt per varv. Denna stöt modulerar, eller ändrar amplituden på, GMF-signalen varje gång den felaktiga tanden kommer i ingrepp.
• Den rotationshastighet av växeln är moduleringsfrekvensen.

Resultatet i FFT-spektrumet är en stor topp vid GMF (bärvågen) med mindre sidbandstoppar på vardera sidan, fördelade med kugghjulets rotationshastighet. Detta mönster bevisar definitivt att ett fel existerar och att det är beläget på just det kugghjulet.

Formeln är: Sidbandsfrekvens = Bärvågsfrekvens ± (n × Moduleringsfrekvens), där n=1, 2, 3…

Viktiga tillämpningar inom maskindiagnostik

1. Växellådsdiagnostik

Detta är den primära tillämpningen för sidbandsanalys.

• Sidband runt GMF: Om sidband med avstånd från ett kugghjuls driftshastighet uppträder runt dess GMF, indikerar det ett fel på det kugghjulet (t.ex. en sprucken tand, en sliten tand eller excentricitet).
• Sidband runt övertoner i GMF: Svåra förkastningar genererar ofta även sidband runt 2x och 3x GMF.
• Jakttandfrekvens: I komplexa kugghjulsuppsättningar kan specifika sidband som inte är heltal identifiera fel som bara uppstår när två specifika tänder på olika kugghjul kommer i kontakt med varandra.

2. Diagnostik av rullager

Sidband är också avgörande för att bekräfta lagerfel, särskilt defekter i den inre lagerbanan.

• En defekt på inre ras roterar, och när den rör sig in och ut ur lagrets belastningszon kommer amplituden på de stötar den genererar att förändras.
• Detta orsakar amplitudmodulering av den inre lagerbanan (BPFI).
• Det resulterande spektrumet visar en topp vid BPFI med sidband med 1x axelns rotationshastighetAtt se detta mönster är en mycket säker indikator på en inre rasdefekt.

3. Diagnostik av elmotorer

Problem med rotorstängerna i en AC-induktionsmotor kan orsaka att sidband uppstår runt 1x-varvtalets topp. Dessa sidband är placerade vid polpassfrekvens, vilket är motorns slirfrekvens multiplicerad med antalet motorpoler.

Analysöverväganden

För att effektivt använda sidbandsanalys är högkvalitativa data avgörande:

• Hög upplösning: En högupplöst FFT (t.ex. 3200 eller 6400 linjer) krävs för att tydligt kunna se sidbandstopparna och noggrant mäta deras avstånd. Med låg upplösning kommer sidbanden att "smetas ut" tillsammans med bärvågstoppen.

– Trendigt: Antalet och amplituden på sidbanden är en bra indikator på förkastningens allvarlighetsgrad. Allt eftersom en förkastning förvärras kommer fler sidband att uppstå, och deras amplitud kommer att öka.

• Zooma FFT: Denna funktion på en dataanalysator gör det möjligt för analytikern att "zooma in" på ett specifikt frekvensområde med mycket hög upplösning för att bekräfta närvaron av och avståndet mellan sidband.

När en analytiker hittar ett tydligt sidbandsmönster ökar det tillförlitligheten för en feldiagnos från "möjlig" till "mycket sannolik".

← Tillbaka till huvudmenyn