Основы вибромониторинга

Большинство неисправностей машин выражается в повышении вибрации, анализ вибросигнала представляет собой хорошее средство для их диагностики. При этом каждая неисправность или повреждение имеет свой вид в смысле вибрации.

Вибрация — это поведение механических компонентов машин вследствие реакции на воздействие внешних и внутренних сил. Элементы машины взаимодействуют друг с другом, и через конструкцию происходит рассеивание энергии в виде механических колебаний. По мере износа машины, проседания фундамента и деформации деталей в динамических свойствах машины начинают происходить изменения. Нарушается центровка валов, появляется дисбаланс роторов, увеличиваются зазоры.

Причины и следствия усиливают друг друга, и если не принять своевременных корректирующих действий, то машина выйдет из строя. При анализе вибрации рассматриваются два компонента вибросигнала – амплитуда и частота.

Частота – количество событий в единицу времени (одно событие — один цикл вибрации). Частота, на которой происходит вибрация, определяет тип дефекта. Определённые типы неисправностей проявляются на определённых частотах. Определив частоту вибрации можно определить её причину.

Амплитуда — величина вибросигнала. Амплитуда вибрации на данной частоте определяет степень развития повреждения. Чем больше амплитуда, тем больше вибрация, тем больше проблема. Амплитуда зависит от типа машины (размера и мощности) и должна всегда сравниваться со стандартизированным уровнем, который для данного типа машин является нормой.

Для измерения вибрации существует несколько методов:

• 
  
  Измерение общего уровня вибрации;
  
• 
  
  Измерение формы волны;
  
• 
  
  Спектральный анализ БПФ;
  
• 
  
  Измерение фазы вибрации;
  
• 
  
  Детектирование огибающей;
  
• 
  
  Акустическая эмиссия;
  
• 
  
  Другие технологии, связанные с работой датчиков на резонансных частотах.
  

Наиболее часто и успешно применяются следующие методы.

Общий уровень вибрации – суммарная энергия вибрации (виброскорость, мм/с), измеренная в установленном частотном диапазоне (обычно 10 – 1000 Гц). Измерение общих уровней вибрации машины или её компонентов и сравнение полученных уровней с эталонными позволяет судить о текущем состоянии машины. Уровень вибрации выше нормального означает, что на машине имеются проблемы (дисбаланс, расцентровка, ослабление механических креплений, проблемы с фундаментом и т.д.).

Общий уровень может быть измерен по Пикам, по размаху Пик-Пик, по среднему уровню или по среднеквадратичному значению (СКЗ). Эти факторы могут быть математически связаны друг с другом, если речь идёт о синусоидальной вибрации:

Пик = 1, СКЗ = 0.707х Пик, Пик-Пик = 2 х Пик.

В зависимости от класса машин можно определить общее состояние согласно международным стандартам уровней вибрации.

Т. к. каждая машина уникальна в смысле вибрационного поведения, наиболее эффективным методом определения наличия неисправностей машины является сравнение результатов измерений во времени на этой самой машине. Такое сравнение целесообразно производить с помощью построения трендов (тренд – график изменения амплитуды вибрации по времени).

При отсутствии проблем общий уровень вибрации на машине будет оставаться стабильным на протяжении времени. Последующие периодические результаты измерений сравниваются с этим базовым уровнем. Периодичность измерений зависит от типа машины и от критичности её состояния. На графике тренда могут быть установлены предупредительный и аварийный уровни. Предупредительный уровень устанавливает границу, в пределах которой повышение уровня сигнала может иметь случайный характер. Устойчивый рост амплитуды выше предупредительного уровня является сигналом к тому, что периодичность измерений необходимо сделать более частой.

При приближении амплитуды к аварийному уровню целесообразно обратиться к сервисной службе компании Подшипник. ру для проведения продвинутого спектрального анализа и своевременного выявления повреждений машины. При этом мы можем гарантированно определить негативную причину и качественно исключить ее воздействие.

График изменения амплитуды вибрации по времени называется формой волны или вибрацией во временной области. Этот график воспроизводит необработанный вибросигнал в течение небольшой временной выборки. Этот график не так полезен для диагностики машин как другие виды представления информации (спектр), но некоторые виды неисправностей, которые не всегда имеют очевидное отражение в спектре вибрации, могут быть определены по анализу формы волны.

Для анализа вибрационного сигнала используется анализ спектра этого сигнала, полученный с помощью БПФ (Быстрого Преобразования Фурье). В упрощённом виде, не вдаваясь в математические выкладки, это означает, что сигнал раскладывается на частотные составляющие со своими амплитудами. Как если бы была измерена вибрация, например, на фиксированной частоте 10 Гц, затем на 20 Гц и т. д. до тех пор, пока не будет получена амплитуда для каждой частоты в заданном частотном диапазоне. Значения амплитуд затем представляются в виде графика амплитуды по частоте. Полученный график называется спектром БПФ.

Повреждения подшипников и зубчатых передач производят повторяющиеся сигналы намного меньшей амплитуды и на более высоких частотах, чем сигналы от дефектов на частоте вращения и нескольких последующих её гармониках (частотах кратных частоте вращения).

Задача детектирования огибающей сводится к отфильтровыванию низкочастотных составляющих вибрации и усилению повторяющихся высокочастотных сигналов от дефектов подшипников. При этом шум от неповторяющихся высокочастотных компонентов сигнала подавляется. Детектирование огибающей применяется для анализа сигналов от подшипников и зубчатых передач, которые могут быть скрыты за значительно более высокими уровнями вибрации на роторных частотах. Например, если имеется повреждение на наружном кольце подшипника, то при прохождении каждого тела качения (шарика или ролика) с частотой, обусловленной размерами кольца и количеством тел качения, будет происходить динамический (быстро затухающий) удар, возбуждающий вибрацию маленького уровня. Обработка этого сигнала позволяет получить спектр огибающей виброускорения gE.

Рекомендуемые предельные уровни огибающей в зависимости от диаметра вала и частоты вращения.

Специалисты компании Подшипник.ру помогут Вам обнаружить повреждения подшипников, используя анализ спектра огибающей с учетом характеристических частот подшипников.

Вибрация. Обозначения и единицы величин – РТС-тендер

• Обозначение: ГОСТ 24347-80

• Статус: действующий

• Название русское: Вибрация. Обозначения и единицы величин

• Название английское: Vibration. Designations and units of quantities

• Дата актуализации текста: 06.04.2015

• Дата актуализации описания: 01.01.2021

• Дата издания: 01.01.1986

• Дата введения в действие: 01.01.1981

• Область и условия применения: Настоящий стандарт устанавливает обозначения и единицы величин, характеризующих вибрацию

• Опубликован: официальное изданиеМ.: Издательство стандартов, 1986 год

• Утверждён в: Госстандарт СССР

ГОСТ 24347-80
 (СТ СЭВ 1927-79)

Группа Т00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ВИБРАЦИЯ

Обозначения и единицы величин

Vibration. Designations and units of quantities

Дата введения 1981-01-01

ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 31 июля 1980 г. N 3943

ПЕРЕИЗДАНИЕ. Январь 1986 г.

Настоящий стандарт устанавливает обозначения и единицы величин, характеризующих вибрацию. Обозначения величин предназначены для применения в государственных стандартах.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1927-79.

Термины, используемые в настоящем стандарте, — по ГОСТ 24346-80, единицы измерения — по СТ СЭВ 1052-78.

Текст документа сверен по:

официальное издание

М. : Издательство стандартов, 1986

Единица вибрации. Описание, типы, единицы измерения и измерения

Слово «вибрация» происходит от латинского слова «vibrationem», что означает «дрожание или размахивание».

Вибрация – это возвратно-поступательное периодическое движение упругого материала. Такое колебание представляет собой механическое явление, возникающее в положении равновесия.

Во многих местах вы можете найти реальное применение вибрации, например, движение маятника, движение камертона и т. д.

В этой статье вы подробно изучите определение вибрации по физике, единицу измерения вибрации в системе СИ и единицы измерения вибрации.

Вибрация Определение Физика

Вибрация означает акт вибрации или состояние/пример вибрации. В физике вибрация имеет следующие свойства:

• Это быстрое линейное движение частицы или упругой среды вокруг положения равновесия.

• Одиночный цикл вибрационного движения.

• Периодическое движение/процесс относительно положения равновесия, например периодическое перемещение воздуха и распространение звука из микрофона.

Звук и вибрация

Свойства звука и вибрации почти одинаковы. Звук — это волны давления, которые генерируются вибрирующими структурами, такими как голосовые связки; эти волны давления также могут вызывать вибрацию структур, таких как барабанная перепонка. Следовательно, попытки уменьшить шум в основном связаны с проблемами вибрации.

Демпфирование свободных колебаний 

Чтобы продолжить исследование массы-пружины-демпфера, предположим, что демпфирование незначительно и к массе не прилагается никакая внешняя сила, что означает, что это свободные колебания.

Теперь сила, приложенная к массе пружиной, пропорциональна величине, с которой пружина растянута на «x» (при условии, что пружина уже сжата из-за веса массы).

Константа пропорциональности k представляет собой жесткость пружины и измеряется в единицах силы/расстояния, также известных как фунт-сила/дюйм или Н/м. Знак минус указывает на то, что сила всегда противодействует движению прикрепленной к ней массы, поэтому уравнение для этого утверждения имеет вид: 9{2}}\]

Сумма сил, действующих на массу, порождает обыкновенное дифференциальное уравнение вида;

 ma + kx = 0

Для простой системы масса-пружина собственная частота fn без затухания определяется выражением:          

\[f_{n} = \frac{1}{2}\pi \sqrt{ \frac{k}{m}}\]

Типы вибрации

1. Свободная вибрация

Возникает, когда механическое устройство приводится в движение с помощью пускового сигнала и позволяет свободно вибрировать/колебаться.

Примеры этого типа вибрации:

1. Втягивание ребенка на качелях и его раскачивание.

2. Ударить по камертону и заставить его колебаться.

3. Механическое устройство вибрирует с высокой собственной частотой и демпфирует до неподвижности.

2. Вынужденная вибрация

Когда к механической системе применяются изменяющиеся во времени искажения, такие как нагрузка, смещение или скорость, возмущение может быть периодическим, установившимся входным сигналом, переходным входным сигналом или случайным входным сигналом.

Периодический вход может быть гармоническим или негармоническим возмущением.

Примеры этих типов вибрации:

1. Стиральная машина трясется из-за дисбаланса.

2. Вибрация, вызываемая в транспортных средствах двигателем или неровностями дороги.

3. Вибрация здания во время землетрясения.

Обратите внимание:

Для линейных систем частота медленных колебаний является результатом приложения периодического гармонического воздействия и равна частоте приложенной силы или движения. Величина отклика всегда зависит от фактической механической системы.

3. Затухание вибрации 

Когда энергия вибрирующей системы постепенно рассеивается за счет трения или других сопротивлений, колебания считаются затухающими. Вибрации постепенно уменьшаются или могут изменяться по частоте или интенсивности или уменьшаться, и система остается в своем положении равновесия.

Хорошо известным примером демпфирования вибрации является подвеска автомобиля, демпфируемая/ослабляемая амортизатором.

Единица вибрации СИ

Единицей измерения вибрации в системе СИ или единицей вибрации является ватт на квадратный метр.

Единицы измерения вибрации

Говоря о единицах измерения вибрации или измерении амплитуды вибрации, вибрация обычно выражается в единицах частоты, скорости, ускорения и смещения, которые обозначаются английскими буквами F, V, A, и D. 

Если мы посмотрим на это с практической точки зрения, вибрация чаще всего представляет собой сложную сумму различных частот с различными амплитудами.

Применение вибраций

Вибрации находят множество применений в медицине и промышленности. Некоторые из этих применений перечислены ниже:

1. Большинство тел имеют естественные вибрации, которые часто остаются неиспользованными. Однако использование этих вибраций и использование полученной энергии может стать потенциальным прорывом в виде электроники с автономным питанием.

2. Вибрации широко используются в медицине для множества целей, таких как измерение минеральной плотности костей, в машинах для мониторинга состояния здоровья, ультразвуковом анализе, медицинских имплантатах и ​​т. д.

3. Вибрации играют важнейшую роль в создании звука, музыки и ритма. Звуковые вибрации используются для создания акустических свойств, играющих центральную роль в процессе музыкального синтеза. Все музыкальные инструменты имеют в своей структуре тот или иной компонент, который использует вибрации для создания гармоник или обертонов.

4. Анализ вибрации используется при техническом обслуживании промышленных предприятий специально для снижения ошибочных вибраций.

5. Резонанс — еще одно ключевое явление, возникающее из-за вибраций. Акустический резонанс имеет ключевое применение в музыкальных инструментах. Такие часы, как кристаллический кварц, маятник и балансовое колесо, работают на свойстве механического резонанса.

Недостатки вибраций

1. Одним из основных недостатков вибраций является непреднамеренное поглощение вибраций из окружающей среды механическим телом, что приводит к его нагреву и нежелательному раскачиванию/движению. Этот механический резонанс может привести к катастрофическому отказу, если его вовремя не исправят инженеры.

2. Резонанс Катастрофа была частым результатом неправильной конструкции мостов. Одной из таких катастроф стало обрушение подвесного моста Бротона (вызванное солдатами, идущими энергичными ритмичными шагами). Еще одной катастрофой, связанной с резонирующими/колебательными колебаниями, стало обрушение моста Такома-Нарроуз в 1940 году (это был первый мост, рухнувший из-за вибраций). Это произошло из-за вертикального перемещения моста в условиях сильного ветра.

3. Вибрации также могут вызывать повреждения человеческого тела. Известно, что длительное воздействие вибраций вызывает боли в спине, боли в шее, повышение уровня артериального давления и другие профессиональные риски для здоровья.

Знаете ли вы?

Вибрация может потребоваться при движении камертона, трости духового инструмента/гармошки, мобильного телефона или ручки громкоговорителя.

Однако во многих случаях вибрация нежелательна, так как она тратит энергию и создает нежелательный звук.

Например, нежелательны вибрационные движения механических устройств, таких как двигатели большегрузных транспортных средств, электродвигатели или любые другие устройства. Такие вибрации могут быть вызваны дисбалансом или неравномерностью вращающихся частей машин, неравномерным трением или зацеплением зубьев шестерни (контактом с соседней шестерней).

Тщательная разработка этих устройств может свести к минимуму нежелательные вибрации.

Почему амплитуда вибрации измеряется в G?

9{2}}$$

То, что мы ощущаем как вибрацию, — это просто многократное смещение объекта и очень высокая частота. Но почему мы выражаем амплитуду вибрации как ускорение (G), а не как силу (Н) или смещение (мм)?

Измерение вибрации в G

Те, кто ищет Quick Vibe Estimator, найдут инструмент в AB-031: Калькуляторы вибрационных двигателей — ERM и LRA

В наших вибрационных двигателях и линейных резонансных приводах для описания амплитуды вибрации используется единица G. Это оставляет некоторых из наших клиентов с вопросом, что именно G? 9{2}}$$

То, что мы ощущаем как вибрацию, — это просто многократное смещение объекта и очень высокая частота. Но почему мы выражаем амплитуду вибрации как ускорение (G), а не как силу (Н) или смещение (мм)?

Почему бы не использовать Перемещение (мм) или Силу (Н)?

Вибрационные двигатели не используются сами по себе — они прикреплены к изделию/устройству/элементу оборудования, предназначенному для вибрации. Поэтому нас интересует вся система (двигатель + целевая масса). 9{2}$$

Где \(F\) – сила, \(m\) – масса эксцентрика, приложенного к двигателю (не всей системы), \(r\) – эксцентриситет эксцентрика масса, а \( \omega \) – частота.

Мы видим, что сила вибрации двигателя не учитывает массу цели. Как вы понимаете, гораздо более тяжелому объекту потребуется больше силы, чтобы создать то же ускорение, что и маленькому и легкому объекту. Это означает, что при использовании одного и того же двигателя на двух объектах амплитуда вибрации будет намного меньше в тяжелом объекте, даже если двигатель имеет одинаковую силу.

Другим аспектом двигателя является частота вибрации:

$$ f = \frac{Motor \: Speed ​​\:(RPM)}{60}$$

На смещение напрямую влияет частота вибрации. Из-за циклического характера вибрационных устройств для каждой силы, действующей на систему, в конечном итоге существует равная и противоположная сила. При высокочастотных вибрациях время между противодействующими силами сокращается, а значит, система имеет меньше времени на смещение. Кроме того (аналогично силе выше) более тяжелые объекты смещаются меньше при той же силе.

Если вы «Нормализуете» G, как насчет Силы или Смещения?

Это правда, мы предоставляем типичную нормализованную амплитуду вибрации. Это означает, что наши измерения ускорения скорректированы, чтобы отразить результирующую амплитуду вибрации для массы 100 г (это упрощает сравнение между различными моделями). Мы могли бы рассчитать нормализованные значения силы и смещения, включая номинальную частоту.

Однако, поскольку наши испытательные системы измеряют ускорение (G) и требуются дополнительные расчеты, чтобы получить нормированное усилие (Н) или нормализованное перемещение (мм), имеет смысл использовать G.

Для быстрых расчетов или демонстрации вышеизложенного используйте Quick Vib Estimator. Для начала попробуйте ввести случайную информацию, а затем выполните следующие проверки:

• На какие значения влияет целевая масса?
• Можно ли отрегулировать вибрационное смещение, не влияя на силу вибрации или ускорение?
• Какое значение влияет на все три результирующих измерения?

Свяжитесь с нами по телефону

Поговорите с членом нашей команды.

Каталог двигателей

Ищете нашу продукцию?

Надежные, экономичные миниатюрные механизмы и двигатели, отвечающие вашим требованиям.

Узнайте больше

Ресурсы и руководства

Ознакомьтесь с рекомендациями по применению наших продуктов, руководствами по проектированию, новостями и примерами из практики.

Прецизионные микроприводы

Нужен ли вам компонент двигателя или полностью проверенный и испытанный сложный механизм — мы здесь, чтобы помочь.