理解非同步振動
非同步振動 （亦稱非同步振動）是指 振動 在頻率為 不 精確的整數倍 — 運轉速度階數 — 軸的轉速。與 同步振動 來自 不平衡 或 不對心 （始終落在 1×、2×、3× 運轉速度）不同，非同步振動發生於由部件幾何形狀、電磁效應或外部來源決定的頻率，而非由軸本身的旋轉決定。
區分同步與非同步成分是機械 診斷中最基本的技能之一，因為這種區分能立即縮小原因搜尋範圍。同步成分指向與轉子相關的旋轉質量或幾何問題；非同步成分則指向滾動軸承缺陷、電氣故障或源自轉子外部的影響。早期正確進行此分類，可避免分析人員例如對一台真正問題在於軸承失效的機器進行動平衡校正。
1. 同步與非同步：核心區別
邊界完全由 order 定義 — 即振動頻率與運轉速度頻率之比。精確整數階次的峰值為同步，且鎖定於軸旋轉；分數階次的峰值為非同步，且遵循其他時鐘。
- 同步（整數階次）： 1.00×、2.00×、3.00× — 不平衡、不對心、 軸彎曲、某些 鬆動 模式。
- 非同步（非整數階次）： 2.47×、3.57×、0.45× — 軸承缺陷、電氣線路、次同步不穩定性及外部來源。
一個有用的子類別是 次諧波 — 能量 低於 1×（例如來自嚴重鬆動或摩擦的 0.5× 峰值）。次諧波是非同步成分的一種形式，它們與下文進一步討論的次同步不穩定性並列。
2. 非同步振動的常見來源
滾動軸承缺陷（最常見）
非同步振動最主要的來源：
- 軸承故障頻率: BPFO, BPFI, BSF 與 FTF 由軸承幾何形狀決定，且絕非軸速的精確倍數。
- 範例： 一台 1800 RPM 馬達（30 Hz）可能在 107 Hz 處顯示 BPFO — 即 3.57× 軸速，顯然不是整數。
- 診斷價值： 非同步頻率會立即引起對軸承問題的懷疑。
- 偵測： 包絡分析 是揭示這些成分的主要技術，通常遠早於它們出現在普通頻譜中。
電氣頻率
與軸速無關的電磁振動：
- 2× 電源頻率： 60 Hz 電源上的 120 Hz 或 50 Hz 電源上的 100 Hz，與馬達速度無關。
- 範例： 一台 2 極 60 Hz 馬達運轉於約 3550 RPM（59.2 Hz），但其兩倍線頻振動位於 120 Hz — 2.03× 軸速，非同步。
- 極通過頻率: 可能不是精確的整數倍。
- VFD 諧波： 驅動器開關頻率與軸速無關。
外部來源
- 相鄰設備： 透過地板從附近機器傳來的振動。
- 建築物或基礎： 結構共振 在固定頻率處。
- 工藝脈動： 在管線中傳播的壓力波。
- 聲學共振： 風管或外殼中的駐波。
次同步不穩定性
隨機振動
3. 頻譜中的識別
頻譜特徵
- 固定頻率： 無論速度如何變化，皆出現在相同的 Hz 數值上。
- 階次偏移： 如果轉速變化，非同步頻率會改變其階次（因為階次等於頻率 ÷ 軸轉速）。
- 瀑布圖： 非同步成分呈現為 垂直 線，同步成分則為 斜線 線——區分兩者最直觀的方法。
- 轉階頻譜： 非同步峰值出現在非整數階次（2.47×、3.57× 等）。
診斷程序
- 識別運轉轉速 從 1× 峰值或更可靠的 轉速計.
- 計算階次 將每個峰值頻率除以運轉轉速頻率。
- 整數階次 （1.00×、2.00×、3.00×）為同步。
- 非整數階次 （2.47×、3.57×）為非同步。
- 比對故障類型 將計算出的頻率與軸承頻率、電氣線頻等進行比較。
在變速機組上，這種分離在 階次分析下更為清晰，它將頻率軸重新參考為運轉轉速的倍數，使同步峰值保持靜止，而非同步峰值則會移動。
4. 診斷意義
軸承缺陷
您可以使用 軸承缺陷頻率計算器，它直接根據軸承幾何形狀和軸轉速返回 BPFO、BPFI、BSF 和 FTF。
電磁問題
外部振動
- 峰值既不符合機組轉速也不符合軸承頻率。
- 它們可能與附近設備的運轉轉速重合。
- 需要進行來源調查，隨後進行隔離或校正。
5. 非同步振動分析技術
包絡分析
- 檢測軸承缺陷的主要技術。
- 增強產生非同步內容的重複衝擊。
- 抑制強烈的同步低頻成分。
- 在產生的 包絡頻譜.
高頻加速度
- 非同步軸承缺陷通常存在於高頻範圍（1 kHz 以上）。
- 用途 加速規 並設定高 Fmax。
- 這能捕捉到低頻速度量測所遺漏的衝擊與高頻共振。
倒頻譜分析
6. 實務範例
帶有軸承缺陷的馬達
- 運轉速度： 1750 RPM (29.17 Hz)。
- 同步成分： 1× 位於 29.17 Hz，2× 位於 58.34 Hz。
- 非同步成分： 107 Hz 處有一峰值（3.67× 軸速）。
- 診斷： 107 Hz 與計算出的 BPFO 吻合 → 外圈缺陷。
- 確認： 其非同步特性確認了這是軸承問題，而非轉子問題。
變頻器 (VFD) 馬達於變速運轉
- 馬達速度從 1200 掃頻至 1800 RPM。
- 1× 峰值隨速度移動（同步）。
- 120 Hz 峰值保持不變（非同步，2× 電源頻率）。
- 診斷： 來自 60 Hz 供電的電磁成分。
在現場，這種分離是便攜式分析儀的日常應用。因為像 Balanset-1A 這樣的儀器能同時透過光學轉速計讀取運轉速度與振動頻譜，因此能立即標示出特定峰值是同步還是非同步——讓工程師當下就能判斷解決方案是校正轉子動平衡還是更換軸承。透過非整數階次、速度改變時頻率固定，或瀑布圖上的垂直特徵來辨識非同步成分，正是準確識別軸承缺陷、電氣問題與外部干擾的關鍵，並能指引正確的校正措施。
