振動檢測技術(shù)在企業(yè)設(shè)備維護中的應(yīng)用
一、振動基礎(chǔ)知識1、為什么要量測振動？
各種設(shè)備的所有機械問題及電氣問題均會產(chǎn)生振動訊號，如果能掌握振動的大小及來源，就能在設(shè)備尚未嚴重惡化之前，事先完成檢修工作，以避免造成設(shè)備更大的損壞，而影響生產(chǎn)或增加維修費用。振動大小與設(shè)備問題的嚴重性息息相關(guān)。
2、做振動檢測的好處有哪些？
1）、從振動情況了解設(shè)備及機械組件的狀況。
2）、振動情況可作為是否停機之依據(jù)，降低意外當(dāng)機的機率。
3）、新機臺的驗收、維修后機臺的驗收。
4）、降低保養(yǎng)成本：提升人力資源運用及效率、加強零組件及備品存量控制等。
3、振動的基本常識—:表示振動的四大要素：振幅、頻率、相位和能量
1）、振幅：代表振動的大小與設(shè)備或機械組件損壞的「嚴重程度」。
2）、振幅的單位有：位移值（mm）、速度值（mm/sec）、加速度值（g）
3）、頻率：代表振動的來源，設(shè)備或機械組件損壞的「原因」。
頻率的單位有：每秒發(fā)生次數(shù)（Hz或CPS）、每分鐘發(fā)生次數(shù)（CPM）
4）、相位：代表測點間振動的相互關(guān)系，設(shè)備或機械組件的「運轉(zhuǎn)模態(tài)」。
相位的單位為：度（o）
5）、能量：代表振動的破壞力，設(shè)備或機械組件損壞的「沖擊狀況」。
計算振幅時需以均方根值（rms）表示
4、振動值的表示方式有哪幾種？
位 移 值 ：1.在早期為大部份機械檢測之標(biāo)準(zhǔn)單位2.目前常用于固定型非接觸式位移量測3.低頻（或低轉(zhuǎn)速）量測時使用；
速 度 值：1.普遍使用于各種機械之振動量測2.不論高頻或低頻皆適用3.ISO標(biāo)準(zhǔn)所使用的單位（RMS值）；
加速度值 ：1.高頻檢測時使用2.最常使用于軸承檢測3.振動沖擊能量之檢測。
5、Viber-A手持式振動檢測儀有哪些特點？
1）、振幅量測范圍廣：0~200 mm/sec, rms。
2）、量測條件符合ISO國際標(biāo)準(zhǔn)，頻率范圍10~3200Hz。
3）、軸承狀況檢測，頻率涵蓋范圍3200~20000Hz，以g值表示。
4）、使用一般9V電池做為電源。
5）、操作簡易、價格便宜。
6、為什么要使用mm/sec, rms做單位？
1）、除要配合ISO國際標(biāo)準(zhǔn)之外，速度值不會因設(shè)備轉(zhuǎn)速的高或低呈現(xiàn)振幅放大或縮小的問題。
2）、均方根值（rms）除代表振動的加權(quán)平均值之外，另代表一種「損壞能量」（Break Down Energy）的意義，此能量為導(dǎo)致機械磨耗、損壞的主因。
7、振動量測點的位置選擇
設(shè)備的任何一個組件或部位發(fā)生問題時幾乎都會產(chǎn)生振動，其振動會經(jīng)由轉(zhuǎn)軸、基座或結(jié)構(gòu)傳遞至軸承位置，因此在做定期振動量測時，最好都能在軸承部位進行量測，而且最好能量測到每個軸承。
由于設(shè)備異常振動問題的研判必須仰賴比較各方向的振動值，才能做較準(zhǔn)確的判斷，因此除量測水平及垂直向之外，每根軸至少需量測一個軸向測點。
8、如何從量測數(shù)據(jù)找出設(shè)備問題？
最常見的設(shè)備振動問題可歸納為：對心不良、平衡不良、軸承損壞、基礎(chǔ)松動等四種。
1）、水平、垂直及軸向振動大（但是水平與垂直向的振動大約為軸向的2~3倍）—對心不良。
2）、水平及垂直振動大、軸向振動相對很?。ㄋ脚c垂直向的振動大約為軸向的4倍以上）—平衡不良。
3）、總振動值在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，軸承狀況值大—軸承損壞（或軸承潤滑不良）。
水泥基座與基礎(chǔ)螺絲的振動值如果不同—基礎(chǔ)松動。
9、如何應(yīng)用Viber-A手持式振動檢測儀建立預(yù)知保養(yǎng)制度？
第一步：選定機臺設(shè)備，進行設(shè)備分級 對于設(shè)備應(yīng)依其重要性加以分級，通常分三或四級 (A、B、C、D)，從衡量機臺本身有無備臺、損壞時工廠會立即停產(chǎn)、購置費用等決定等級。初期可先將A級設(shè)備納入實施，再陸續(xù)納入其它等級機臺
第二步：選擇檢測位置，訂立管制標(biāo)準(zhǔn) 依據(jù)講義及操作手冊，選擇機臺各個量測點，并建立振動管制標(biāo)準(zhǔn)，管制標(biāo)準(zhǔn)至少應(yīng)包含：新機臺驗收標(biāo)準(zhǔn)、警戒值、危險值三種
第三步：建立檢測周期，定期實施點檢 一般機臺之檢測周期為7~30天；機臺振動升高但尚未超過警戒值時，應(yīng)縮短為3~15天；超過警戒值時，應(yīng)每天實施檢測一次
第四步：制作檢測記錄，追蹤異常振動 振動之檢測必須靠總振動值、軸承狀況值、振動方向大小比較以及趨勢變化的速度，才能有效進行問題研判，因此需要做檢測記錄
第五步：進行設(shè)備維修，調(diào)整管制標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)備一旦在管制標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)損壞，就必須對該機臺重新訂立標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備若超過危險值均未損壞，也必須將標(biāo)準(zhǔn)再放寬，初期依照通用之標(biāo)準(zhǔn)建立管制值，但實施一段時間后每臺設(shè)備應(yīng)有不同之標(biāo)準(zhǔn)
第六步：召開檢討會議，評估執(zhí)行成效 每個制度的推動都應(yīng)定期檢討實施成效及案例發(fā)表，并針對執(zhí)行缺失進行改善，對于優(yōu)良案例及執(zhí)行有功人員亦應(yīng)給予適當(dāng)獎勵
（二）在所有的非破壞性分析檢測訊號（電壓、電流、溫度、壓力等）中，能提供最豐富的訊號的就是振動訊號。
如前一單元所言，一個完整的預(yù)知保養(yǎng)系統(tǒng)必須涵蓋所有訊號分析檢測技術(shù)，然而，不可諱言的，振動分析檢測技術(shù)始終是預(yù)知保養(yǎng)系統(tǒng)之根本。
10、何謂振動？
振動是一物體相對于某一個參考點的往復(fù)式移動。
以彈簧懸吊一個重量為m的物體為例，當(dāng)物體被拉下再釋放后，倘若忽略所有摩擦、空氣阻力，則彈簧會以其原來的平衡點為基準(zhǔn)，上下來回不停的移動，此種模式的振動亦稱簡諧振動。振動訊號圖 任何振動訊號都是由不同的振幅、頻率及相位三大要素所組成，從事振動分析的前提為：三大要素對機械設(shè)備而言，都代表著不同的意義。
▲ 振幅大小代表設(shè)備運轉(zhuǎn)異常狀況之嚴重性
▲ 頻率分布代表設(shè)備損壞或振動來源之所在
▲ 相位差異代表設(shè)備運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生之振動模式
▲ 時間波形（Time Waveform）：時間波形是以振幅對時間為坐標(biāo)的方式來表現(xiàn)振動訊號，時間波形對于初學(xué)者分析較為困難，從時間波形中最容易得到的訊息是有無沖擊現(xiàn)象，這是判斷軸承及齒輪等是否損壞很寶貴的訊息。
▲ 頻譜（Spectrum）：由于時間波形大都呈現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的訊號，為使振動訊號變成較易診斷的訊號，一般會將時間波形訊號經(jīng)過快速傅利葉轉(zhuǎn)換（FFT），形成頻譜。
頻譜是以振幅對頻率為坐標(biāo)的方式來表現(xiàn)振動訊號，振動訊號經(jīng)過FFT轉(zhuǎn)換之后，從設(shè)備上所量測到的各種不同頻率已被區(qū)隔開來，而且各個頻率都有不同的振幅值，如此我們已經(jīng)掌握了振動訊號三大要素中的其中兩項。從這兩項訊息中，即可大略判斷設(shè)備的問題根源及其嚴重程度。
11、振動訊號量測技巧簡述
以下三點都與所搜集的量測訊號息息相關(guān)，三者之任何一項未審慎考量運用時，都會使分析結(jié)果準(zhǔn)確度降低，甚至量測所得資料毫無意義。
1）、量測工具之選用：單（雙或多）頻分析儀、傳感器（Sensor）、探頭（探棒或磁性座）、相位讀取計等。
▲加速度傳感器（加速規(guī)）性能
可用頻率范圍較廣
質(zhì)輕、尺寸小
可耐高溫
可靠性、穩(wěn)定性佳
輸出為低位準(zhǔn)，高阻抗信號，需接信號放大器
▲敏感于安裝方式及安裝扭力等。振動傳感器的靈敏度具有方向性，其中最靈敏的位置在傳感器的中心線上。使用磁性座或探棒均必須固定鎖緊。不管是否使用磁性座、探棒或直接量測，均必須將傳感器垂直緊緊附著于被測面上量測。
每個軸承都必須量測其垂直、水平及軸向。
2）、量測參數(shù)之設(shè)定：頻率范圍、分辨率、取樣、平均化模式、積分方式等。
3）、量測位置之決定：是否靠近軸承位置、垂直（水平、軸向）量測是否正確、探頭及連接現(xiàn)是否搖晃等。
12、一般轉(zhuǎn)動機械振動分析診斷（頻譜分析）
使用振動分析技術(shù)診斷機械問題時，必須盡可能搜集掌握所有可以得到的信息，其中包括：
1）、機械設(shè)備設(shè)計資料：工作轉(zhuǎn)速、臨界轉(zhuǎn)速、軸承型號、設(shè)備型式、聯(lián)軸器型式、葉輪葉片數(shù)、齒輪齒數(shù)、皮帶輪直徑、皮帶輪中心距、電源頻率、管路設(shè)計等。
2）、現(xiàn)場感官檢視記錄：基礎(chǔ)、基座、固定螺絲、管路、軸承潤滑、軸承溫度、異音噪音、異常傳動等狀況。
3）、損壞維修歷史記錄：各種保養(yǎng)周期、損壞原因、損壞情形、更換零組件、各種校正記錄等。
4）、其它檢測分析記錄：溫度趨勢、振動值趨勢、表壓、電壓、電流等。
5）、各種振動分析訊號：頻譜、時間波形、相位分析、 共振分析、模態(tài)分析等。所有分析訊號需考量儀器功能、設(shè)備特性、振動訊號本身，決定擷取該項訊號之必要性?；A(chǔ)振動頻譜分析說明 以下將針對最常見機械問題所呈現(xiàn)的頻譜加以說明，作為基礎(chǔ)振動頻譜分析之概念，惟于實際從事設(shè)備振動分析診斷時，應(yīng)充分掌握前述之各種信息，靈活運用振動原理及量測技巧，方能有效掌控設(shè)備真正問題及其嚴重性，切忌以套用簡易頻譜分析診斷法則，而給予設(shè)備錯誤診斷，切記一個錯誤的診斷除會增加保養(yǎng)成本外，亦會快速導(dǎo)致機械維修人員對振動分析技術(shù)喪失信心。
13、從事振動分析診斷者，應(yīng)本振動分析第一法則：「知之為知之，不知為不知，是知也?！巩?dāng)發(fā)現(xiàn)無法確認的問題時，適時請教振動分析專家，可避免錯誤診斷，亦可提升自己的診斷技術(shù)。
1）、平衡不良狀況診斷
當(dāng)轉(zhuǎn)動件慣性軸心線與轉(zhuǎn)動軸心線不在同一直線上時，此轉(zhuǎn)動件即為平衡不良。
（1）、造成轉(zhuǎn)動件不平衡的原因
–轉(zhuǎn)動件本身形狀不對稱
–加工制造上的公差
–組裝安裝不當(dāng)
–轉(zhuǎn)動件于運轉(zhuǎn)時變形
–轉(zhuǎn)動件破損磨耗
–轉(zhuǎn)動件附著異物
（2）、平衡不良頻譜特性
振動頻譜主要發(fā)生于一倍轉(zhuǎn)速
振動方向通常都發(fā)生于徑向
軸向振幅很小，遠小于徑向之1/3
不論在徑向或軸向， 2倍、3倍、4倍頻之振動，幾乎沒有
2）、對心不良狀況診斷
所謂對心不良是指聯(lián)結(jié)在一起的兩臺設(shè)備的運轉(zhuǎn)中心線不在同一直線上
對心不良的征狀
–軸承、軸封、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)軸提早損壞。
–軸承位置有高溫甚至大量排出潤滑油等現(xiàn)象。
–基礎(chǔ)樁螺絲有松脫現(xiàn)象。
–聯(lián)軸器間隙過大或破損。
–聯(lián)軸器有高溫現(xiàn)象且橡塑料聯(lián)軸器會有粉末排出。
–馬達運轉(zhuǎn)電流偏高。
–軸承損壞在軌道上有180度與內(nèi)外對稱磨損現(xiàn)象。對心不良頻譜特性?振動頻率主要發(fā)生于1倍、 2倍或3倍轉(zhuǎn)速上
因大部份之不對心乃混合式不對心(角度式+平行式) ，故振動方向同時來自于徑向和軸向
3）、.軸彎曲狀況診斷
軸中心處的彎曲會造成1倍轉(zhuǎn)速頻率之振動，振動方向主要發(fā)生于軸向
靠近聯(lián)軸器的彎曲會造成2倍轉(zhuǎn)速頻率之振動，振動方向亦發(fā)生于軸向
4）、.機械松動狀況診斷
松動造成的原因大致可分為兩種
外松動
–結(jié)構(gòu)、底板、基礎(chǔ)松動或螺栓松脫
內(nèi)松動
–兩配合組件之松動如軸與軸承內(nèi)圈、軸承蓋與軸承外圈、軸與葉片等配合不當(dāng)
–振動發(fā)生于1× 、 2× 、 3×……7× 、 8×或更高之轉(zhuǎn)速頻率，徑向和軸向都明顯
5）、滾動軸承損壞狀況診斷
軸承滾動件損壞頻率（Ball Spin Frequency ，BSF）：
BSF= 1/2 × RPM × Pd/Bd × (1 – (Bd / Pd × cos ψ)2 )軸承內(nèi)環(huán)軌道損壞頻率（Ball Pass Frequency Inner Race ，BPFI）：
BPFI= 1/2 × RPM × N × (1 – Bd / Pd × cos ψ)軸承外環(huán)軌道損壞頻率（Ball Pass Frequency Outer Race ，BPFO）：
BPFO= 1/2 × RPM × N × (1 + Bd / Pd × cos ψ)軸承保持器損壞頻率（Fundamental Train Frequency ，F(xiàn)TF）：
FTF= 1/2 × RPM × (1 × Bd / Pd × cos ) 其中 RPM : 軸之轉(zhuǎn)速－N : 軸承滾動體之?dāng)?shù)目 Pd : 軸承節(jié)徑 Bd : 軸承滾動體直徑 ψ : 滾動體之接觸角
BPFI通常為轉(zhuǎn)速×N ×60%
BPFO通常為轉(zhuǎn)速×N ×40%
FTF通常為轉(zhuǎn)速×0.4~0.6
BSF通常為轉(zhuǎn)速之2~4倍
軸承組件損壞大部份均會產(chǎn)生HARMONIC并伴隨著轉(zhuǎn)速之旁波
標(biāo)準(zhǔn)之組件損壞順序為BPFO、BPFI、?BSF、FTF
6）、轉(zhuǎn)軸磨擦狀況診斷
當(dāng)旋轉(zhuǎn)件與固定件磨擦?xí)r，其頻譜與松動相似。通常會激發(fā)轉(zhuǎn)速的整數(shù)分數(shù)的次簡諧振動頻率(1/2，1/3，1/4……)
7）、葉片狀況診斷
葉片頻率(BPF) =葉片數(shù)*轉(zhuǎn)速，此為泵浦,風(fēng)車和壓縮機的固有頻率。但若設(shè)計不當(dāng),擴散片磨損,管路陡彎,擾流阻礙或轉(zhuǎn)軸偏心，皆會引起高BPF。
8）、擾流狀況診斷
當(dāng)空氣在進出風(fēng)車，壓力或速度產(chǎn)生突然之變化時，會引起擾流現(xiàn)象．?dāng)_流通常會產(chǎn)生隨機，低頻的振動，范圍約在 1~30 Hz間．
9）、孔蝕狀況診斷
當(dāng)泵浦入口壓力不足時，易產(chǎn)生孔蝕（氣穴）現(xiàn)象?？孜g通常會產(chǎn)生隨機，高頻且寬頻域的振動，會對泵浦內(nèi)部機件造成腐蝕。
10）、齒輪狀況診斷
齒輪嚙合頻率（GMF）=齒數(shù)*轉(zhuǎn)速。GMF為齒輪機構(gòu)固有之頻率，其大小代表負荷之多寡，而非磨耗．
11）、齒磨耗，偏心或兩軸不平行
齒輪自然頻率會被激發(fā)出來f n。GMF會變大，并伴隨著磨耗齒輪轉(zhuǎn)速之旁波（side band）。磨耗增加，旁波亦會增多加大．偏心或兩軸不平行時，會有2倍GMF出現(xiàn)
12）、皮帶傳動問題診斷
皮帶頻率=3.124*皮帶輪直徑*轉(zhuǎn)速/皮帶長度。皮帶發(fā)生磨破，松動，或配合錯誤，常會引發(fā)1*,2*,3*,4*的皮帶頻率。
13）、皮帶或皮帶輪不對心問題診斷
皮帶輪不對心時，會在1*轉(zhuǎn)速顯現(xiàn)高振動。軸向尤其明顯，被傳動件之轉(zhuǎn)速頻率會發(fā)現(xiàn)在傳動件頻譜上。
14）、皮帶輪偏心問題診斷
和不平衡問題一樣，振幅主要發(fā)生于徑向之一倍頻．
15）、馬達定子問題診斷
定子偏心會產(chǎn)生氣隙不均而引起振動。氣隙不均會產(chǎn)生局部發(fā)熱而使馬達軸彎曲，故振動會隨操作時間而變大。會在2倍線頻率(120 Hz)產(chǎn)生高振動。
16）、馬達轉(zhuǎn)子偏心問題診斷?轉(zhuǎn)子偏心會產(chǎn)生2倍線頻率，并伴隨著極通頻率（FP=P*遲滯頻率）
?FP會在低頻區(qū)出現(xiàn)（約0.3~2.0 Hz）
17）、轉(zhuǎn)子棒松動問題診斷
轉(zhuǎn)子棒通過頻率(RBPF)=轉(zhuǎn)子棒數(shù)*轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子棒松動時會產(chǎn)生RBPF及2*RBPF，并伴隨著 2*FL(120 Hz)之旁波
18）、相位問題診斷
聯(lián)接器的松動或損壞會產(chǎn)生相位問題。會引發(fā)2倍線頻率之大振動，并伴隨著1/3 FL(20 Hz)的旁波
19）、同步馬達問題診斷
線通頻率(CPF)=定子線圈數(shù)*轉(zhuǎn)速。定子線圈松動時，會產(chǎn)生CPF高振動，并伴隨著轉(zhuǎn)速之旁
20）、直流馬達問題診斷?磁場繞組破損，不良的SCR，聯(lián)接器松動會產(chǎn)生6倍線頻率(360 Hz)之高振動
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