การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน — สเปกตรัม ไดอะดิแคชันนารี แนะนำ

การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนคืออะไร?

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 การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์.

FFT: หัวใจหลักของการวิเคราะห์สเปกตรัม

เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือน (มาตรวัดความเร่ง) จะแปลงการสั่นเชิงกลให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า เมื่อแสดงผลในช่วงเวลาหนึ่ง จะได้ค่าที่ได้ดังนี้ รูปคลื่น — เส้นโค้งที่ซับซ้อนและดูเหมือนจะไร้ระเบียบเมื่อมีข้อบกพร่องหลายจุด การแปลงฟูริเยร์แบบเร็ว (FFT) จะแยกสัญญาณที่ซับซ้อนนี้ออกเป็นส่วนประกอบไซน์แต่ละส่วน โดยแต่ละส่วนมีคลื่นความถี่และแอมพลิจูดของตัวเอง.

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 สเปกตรัมการสั่นสะเทือน — เครื่องมือวินิจฉัยหลัก.

พารามิเตอร์สเปกตรัมหลัก

• ความถี่ (แกน X, เฮิรตซ์): ความถี่ในการเกิดการสั่นสะเทือนนั้นสัมพันธ์โดยตรงกับแหล่งที่มา 1× = ความเร็วรอบของเพลา 2× = ความเร็วรอบของเพลาสองเท่า.
• แอมพลิจูด (แกน Y, มม./วินาที RMS): ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนในแต่ละความถี่ ยิ่งค่าสูงสุดสูงเท่าไร พลังงานก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และอาการก็ยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น.
• ฮาร์โมนิกส์: ตัวคูณจำนวนเต็มของค่าพื้นฐาน: 2× (ลำดับที่ 2), 3× (ลำดับที่ 3), 4× เป็นต้น การปรากฏตัวและความสูงสัมพัทธ์ของค่าเหล่านี้มีข้อมูลเชิงวินิจฉัย.
• เฟส (°): ความสัมพันธ์ด้านเวลา ณ จุดวัดต่างๆ มีความสำคัญอย่างยิ่งในการแยกแยะความไม่สมดุล (เฟสตรงกัน) ออกจากการเยื้องศูนย์ (180°).

หน่วยวัดการสั่นสะเทือน: การกระจัด, ความเร็ว, ความเร่ง

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.

เทคนิคการวัดด้วย Balanset-1A

การจัดวางเซ็นเซอร์

คุณภาพของการวินิจฉัยขึ้นอยู่กับคุณภาพของการวัดเป็นอย่างมาก แรงสั่นสะเทือนจะถูกส่งผ่านตลับลูกปืน ดังนั้นเซ็นเซอร์จะต้องติดตั้งบนตัวเรือนตลับลูกปืน — ให้ใกล้กับตลับลูกปืนมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ บนโครงสร้างรับน้ำหนัก (ไม่ใช่บนฝาครอบหรือครีบระบายความร้อน).

• การเตรียมพื้นผิว: สะอาด เรียบ ปราศจากเศษสี ฐานแม่เหล็กต้องแนบสนิทกับพื้นผิว.
• รัศมีแนวนอน (H): ตั้งฉากกับแกนหมุน ระนาบแนวนอน มักมีแอมพลิจูดสูงสุด.
• แนวรัศมีแนวตั้ง (V): ตั้งฉากกับแกนหมุน ระนาบแนวตั้ง.
• แกน (A): ขนานกับแกนหมุน สำคัญอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับการเบี่ยงเบนแนว.

โหมดการวินิจฉัยของ 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: ประเมินอย่างรวดเร็ว เปรียบเทียบค่า V1s (ค่า RMS รวม) กับ V1o (1×) ถ้า V1s ≈ V1o → แสดงว่าดิสบาลานซ์ (ความไม่สมดุล) ถ้า V1s ≫ V1o → แสดงว่ามีข้อบกพร่องอื่นๆ.
• 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.

การวิเคราะห์เฟส — เครื่องมือวินิจฉัยแยกแยะ

ความถี่บอกคุณได้ อะไร กำลังสั่น; เฟสจะบอกคุณ ยังไง. 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°).

ข้อบกพร่องที่ 1: ความไม่สมดุล

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

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

ความไม่สมดุลสถิต (ระนาบเดียว)

รูปคลื่นไซน์บริสุทธิ์ 1 เท่าของจุดสูงสุด แบริ่งทั้งสองอยู่ในเฟสเดียวกัน การแก้ไขในระนาบเดียว.

ความไม่สมดุลแบบไดนามิก (สองระนาบ / คู่)

เป็นแบบ 1× เด่นเช่นกัน แต่แบริ่งมีเฟสต่างกันประมาณ 180° ต้องใช้การแก้ไขแบบสองระนาบ.

ข้อบกพร่องที่ 2: การจัดแนวเพลาไม่ถูกต้อง

สาเหตุ: แกนของเพลาที่ต่อกันจะไม่ตรงกัน อาจขนานกัน (เยื้องศูนย์) หรือทำมุมกัน (เอียง) โดยปกติแล้วจะเป็นทั้งสองอย่าง.

การเยื้องแนวขนาน (แนวรัศมี)

ค่า 1× และ 2× สูงในทิศทางรัศมี โดยค่า 2× มักจะมากกว่าหรือเท่ากับ 1× มีการเลื่อนเฟส 180° ข้ามการเชื่อมต่อ.

การเยื้องศูนย์เชิงมุม — แนวรัศมี

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

การเยื้องศูนย์เชิงมุม — แนวแกน

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.

ข้อบกพร่องที่ 3: ความหลวมทางกล

สาเหตุ: การสูญเสียความแข็งเกร็งของโครงสร้าง — สลักเกลียวหลวม รอยแตกร้าวในฐานราก รังแบริ่งสึกหรอ ช่องว่างมากเกินไป.

ความหลวมของส่วนประกอบ

""ป่า" ของฮาร์โมนิกส์ — 1×, 2×, 3×, 4×… ไปจนถึง 10×+ โดยมีแอมพลิจูดลดลง อาจแสดงซับฮาร์โมนิกส์ 0.5× ด้วย.

ความหลวมของโครงสร้าง

1× และ/หรือ 2× โดดเด่น มีฮาร์โมนิกส์สูงน้อย การสั่นสะเทือนในแนวดิ่งรุนแรง.

ข้อบกพร่องที่ 4: ข้อบกพร่องของตลับลูกปืนแบบกลิ้ง

สาเหตุ: รอยบุ๋ม การหลุดร่อน การสึกหรอที่รางลูกปืน ชิ้นส่วนลูกกลิ้ง หรือโครงลูกปืน.

ข้อบกพร่องของวงแหวนชั้นนอก (BPFO)

พบยอดแหลมหลายจุดที่ BPFO, 2×BPFO, 3×BPFO… ไม่มีแถบข้าง 1× (วงแหวนคงที่) เป็นความผิดปกติของแบริ่งที่พบได้บ่อยที่สุด.

ข้อบกพร่องของวงแหวนใน (BPFI)

ฮาร์โมนิก BPFI พร้อมแถบข้าง ±1× (วงแหวนหมุน การปรับโซนโหลด) รูปแบบแถบข้างเป็นตัวระบุที่สำคัญ.

ข้อบกพร่องของลูกกลิ้ง (BSF)

ฮาร์โมนิก BSF 2×BSF มักเด่นกว่า ไม่ซิงโครนัส มักเกิดความเสียหายที่วงแหวนตลับลูกปืน (race damage) ร่วมด้วย.

ข้อบกพร่องของกรง (FTF)

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

การวิเคราะห์ซองสัญญาณ (การถอดรหัสสัญญาณ) — การตรวจจับทิศทางเบื้องต้น

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. การวิเคราะห์ซองสัญญาณ (เรียกอีกอย่างว่าการดีมอดูเลชัน หรือการตรวจจับความถี่สูง, HFD) ช่วยขยายขอบเขตการตรวจจับไปยังขั้นตอนที่เร็วกว่าเดิมมาก.

วิธีการทำงาน

เมื่อชิ้นส่วนที่กลิ้งไปกระทบกับจุดบกพร่อง มันจะสร้างแรงกระแทกสั้นๆ ที่กระตุ้นให้เกิดการสั่นสะเทือนของโครงสร้างความถี่สูง (โดยทั่วไป 5–20 kHz) การสั่นสะเทือนเหล่านี้จะ "ดัง" สั้นๆ ทุกครั้งที่เกิดการกระทบ การวิเคราะห์ซองสัญญาณทำงานในสามขั้นตอน:

1. ตัวกรองแบนด์พาส: แยกย่านความถี่สูง (เช่น 5–15 kHz) ที่เกิดเสียงกึกก้องจากแรงกระแทกออกมา.
2. เรกติไฟและเอนเวโลป: แยกรูปแบบการปรับขนาดแอมพลิจูด — "ซองสัญญาณ" ที่ตามหลังจุดสูงสุดของการสั่นสะท้าน
3. FFT ของซองสัญญาณ: ใช้ FFT กับสัญญาณซอง (envelope signal) ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่า อัตราการทำซ้ำ ของการกระแทก — ซึ่งเท่ากับความถี่ของข้อบกพร่องของแบริ่ง (BPFO, BPFI, BSF, FTF).

พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง

• สไปค์ เอนเนอร์จี (SE): การวัดพลังงานกระแทกความถี่สูงโดยรวม ค่าแนวโน้มแบบสเกลาร์ เหมาะสำหรับการคัดกรองแบบ "ผ่าน/ไม่ผ่าน".
• gSE / HFD / PeakVue: ชื่อเฉพาะของผู้จำหน่ายสำหรับพารามิเตอร์ที่ได้จากการวิเคราะห์ Envelope โดยทั้งหมดมีพื้นฐานมาจากหลักการเดียวกัน
• การห่อหุ้มสัญญาณความเร่ง: 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.

ข้อบกพร่องที่ 5: ข้อบกพร่องของเฟือง

สาเหตุ: ฟันเฟืองสึกหรอ เป็นหลุม หรือแตกหัก ความเยื้องศูนย์ของเฟือง GMF = จำนวนฟัน × ความเร็วรอบของเพลา / 60.

ความเยื้องศูนย์ของเกียร์

GMF พร้อมแถบข้างที่ความเร็วเพลา ±1 เท่า ค่า 1 เท่าของเกียร์อาจถูกเพิ่มขึ้นได้เช่นกัน.

การสึกหรอ/ความเสียหายของฟันเฟือง

สัญญาณฮาร์มอนิก GMF หลายตัวที่มีแถบข้างหนาแน่น ระดับความรุนแรงแปรตามจำนวนแถบข้างและแอมพลิจูด.

Fault 6: Electrical Faults (Motors)

ความผิดปกติทางแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้เกิดการสั่นสะเทือนที่ ความถี่สาย 2 เท่า (100 เฮิรตซ์ บนกริด 50 เฮิรตซ์, 120 เฮิรตซ์ บนกริด 60 เฮิรตซ์) การทดสอบที่สำคัญ: การสั่นสะเทือนหายไป ทันที เมื่อไฟฟ้าดับ ความเสียหายทางกลไกจะค่อยๆ เสื่อมลง.

• ความเยื้องศูนย์ของสเตเตอร์: ความถี่ 2 เท่าของความถี่สายส่ง แอมพลิจูดคงที่.
• ข้อบกพร่องของแท่งตัวนำโรเตอร์: 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.
• เท้าอ่อน การสั่นสะเทือนจะเปลี่ยนไปเมื่อคลายขาของมอเตอร์แต่ละตัว.

ข้อบกพร่องที่ 7: ปัญหาเกี่ยวกับระบบขับเคลื่อนด้วยสายพาน

สาเหตุ: สายพานสึกหรอ เบี้ยว หรือปรับความตึงไม่ถูกต้อง ระบบขับเคลื่อนด้วยสายพานก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนที่ ความถี่การผ่านของสายพาน, ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นความถี่ต่ำกว่าความถี่ซิงโครนัส (ต่ำกว่า 1 เท่าของความเร็วรอบเพลา) เนื่องจากสายพานยาวกว่าเส้นรอบวงของรอก.

สัญลักษณ์ประจำเข็มขัดทั่วไป

• สายพานสึกหรอ/ชำรุด: ยอดที่ความถี่สายพาน (f)_{สายพาน}) และฮาร์โมนิกของมัน (2×, 3×, 4× f_{สายพาน}). The fundamental appears below 1× shaft speed — a sub-synchronous peak is the key indicator; higher harmonics can extend above 1×.
• สายพานไม่ตรงแนว: การสั่นสะเทือนตามแนวแกนสูงขึ้นที่ความเร็วเพลา 1 เท่าและ 2 เท่า คล้ายกับการเยื้องศูนย์ของเพลา แต่จำกัดเฉพาะเครื่องจักรที่ขับเคลื่อนด้วยสายพาน.
• ความตึงที่ไม่เหมาะสม: การสั่นสะเทือน 1× สูง ซึ่งเปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่อปรับความตึงของสายพาน สายพานที่ตึงเกินไปจะเพิ่มภาระให้กับตลับลูกปืน ในขณะที่สายพานที่หลวมจะทำให้เกิดเสียงดังและพีคที่ความถี่สายพาน
• เรโซแนนซ์: ความถี่ธรรมชาติของสายพาน (การสั่นไหวของสายพาน) สามารถเกิดขึ้นได้หากการสั่นพ้องของช่วงสายพานตรงกับความเร็วในการทำงาน สังเกตได้เป็นยอดแหลมกว้างที่ความถี่ธรรมชาติของสายพาน.

ข้อบกพร่องที่ 8: การเกิดโพรงอากาศในปั๊ม

สาเหตุ: ฟองไอจะก่อตัวและยุบตัวลงอย่างรุนแรงเมื่อความดันเฉพาะที่ลดลงต่ำกว่าความดันไอของของเหลว ซึ่งโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นที่บริเวณดูดของปั๊ม การยุบตัวของฟองแต่ละครั้งจะสร้างแรงกระแทกขนาดเล็ก การยุบตัวหลายพันครั้งต่อวินาทีจะสร้างเสียงรบกวนแบบบรอดแบนด์ที่มีลักษณะเฉพาะ.

ลายเซ็นสเปกตรัม

• 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.
• สุ่ม ไม่เป็นคาบ: ไม่มีฮาร์โมนิกส์ ไม่มีความสัมพันธ์กับความเร็วรอบของเพลา เสียงที่ได้ยินนั้นฟังดูเหมือน "กรวด" หรือ "เสียงแตก" ซึ่งได้ยินได้แม้ไม่มีเครื่องมือวัด.
• ผลกระทบความถี่ต่ำ: การเกิดโพรงอากาศอย่างรุนแรงอาจทำให้เกิดความไม่เสถียรที่ระดับ 1 เท่า และเสียงรบกวนความถี่ต่ำแบบบรอดแบนด์จากการไหลปั่นป่วนได้.

ข้อบกพร่องที่ 9: การหมุนวนของน้ำมัน & การสะบัดของน้ำมัน (แบริ่งแบบเจอร์นัล)

สาเหตุ: 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.

ออยล์เวิร์ล

• ความถี่: ประมาณ 0.42× ถึง 0.48× ความเร็วรอบของเพลา (มักอ้างถึงประมาณ 0.43 เท่า) นี่คือจุดสูงสุดย่อยแบบซิงโครนัสที่ติดตามความเร็วรอบของเพลา — หากความเร็วรอบเพิ่มขึ้น ความถี่ของการหมุนวนก็จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน.
• สเปกตรัม: มีจุดสูงสุดเพียงจุดเดียวที่ประมาณ 0.43 เท่า ซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามความเร็ว แอมพลิจูดอาจอยู่ในระดับปานกลาง.
• เงื่อนไข: เป็นสัญญาณเตือนเบื้องต้นของปรากฏการณ์ออยล์วิป มักไม่ก่อให้เกิดความเสียหายในทันที แต่บ่งชี้ถึงความไม่เสถียร.

Oil Whip

• ความถี่: ล็อกเข้ากับส่วนแรกของโรเตอร์ ความถี่ธรรมชาติ (ความเร็ววิกฤต) ต่างจากการหมุนวน มันไม่ได้ติดตามความเร็วของเพลา — ความถี่จะคงที่แม้ว่ารอบต่อนาทีจะเปลี่ยนแปลงก็ตาม.
• สเปกตรัม: เกิดยอดความถี่ย่อยซิงโครนัสขนาดใหญ่ที่ความเร็ววิกฤตแรกของโรเตอร์ แอมพลิจูดอาจสูงมาก — ทำลายเครื่องจักรได้.
• เงื่อนไข: อันตราย. ต้องดำเนินการแก้ไขโดยทันที มิเช่นนั้นอาจทำให้ตลับลูกปืนสึกหรอและเพลาเสียหายได้.

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.

จากการวัดสู่การติดตามตรวจสอบ

การวิเคราะห์แนวโน้ม

สเปกตรัมเดียวเปรียบเสมือนภาพนิ่งภาพหนึ่ง พลังของการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนคือ... การวิเคราะห์แนวโน้ม — การติดตามการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป.

• สร้างเกณฑ์พื้นฐาน: Measure new or known-good equipment. Save spectra — the Balanset-1A's F6 — Reports archive stores measurements and HTML reports.
• กำหนดช่วงเวลา: สำคัญ: รายสัปดาห์ มาตรฐาน: รายเดือน เสริม: รายไตรมาส.
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าผลลัพธ์สามารถทำซ้ำได้: จุดเดิม ทิศทางเดิม สภาพการทำงานเหมือนเดิม.
• ติดตามการเปลี่ยนแปลง: การเพิ่มขึ้น 2 เท่าจากระดับพื้นฐานถือว่ามีนัยสำคัญ แม้ว่าจะอยู่ในเขต ISO Zone A ก็ตาม.
• Use measurement routes: The Balanset-1A's F9 — Route Inspection guides repeatable measurement rounds and trends readings against ISO 10816-1 zones.

อัลกอริทึมการตัดสินใจ

1. รับสเปกตรัมคุณภาพสูง (แผนภูมิ F8, แนวรัศมี + แนวแกน).
2. ระบุจุดสูงสุด — นี่คือปัญหาหลัก.
3. ตรงกับประเภทข้อบกพร่อง:
   • 1× ครอบงำ → ความไม่สมดุล → ปรับสมดุลด้วย Balanset-1A.
   • 2× เด่น + แกนสูง → การเยื้องศูนย์ → ปรับแนวเพลาใหม่
   • ฮาร์โมนิกจำนวนมาก → ความหลวม → ตรวจสอบและขันให้แน่น.
   • ยอดคลื่นที่ไม่ตรงกัน → ตลับลูกปืน → วางแผนการเปลี่ยน.
   • GMF + แถบข้าง → เกียร์ → ตรวจสอบน้ำมันเกียร์ ตรวจสอบกล่องเกียร์.
4. แก้ไขปัญหาหลักก่อนเป็นอันดับแรก เพราะอาการรองมักจะหายไปเอง.

← Back to Solutions