共振問題點(diǎn)的量測(cè)與研判技術(shù)！
傳統(tǒng)閃頻儀的測(cè)試應(yīng)用判斷共振
由于FFT技術(shù)的發(fā)展此種較花時(shí)間亦較不準(zhǔn)確的傳統(tǒng)技術(shù)已較不為現(xiàn)代精密技術(shù)所使用。
振動(dòng)模式分析法
江蘇振迪檢測(cè)代理的振動(dòng)分析儀在機(jī)器停機(jī)(或起動(dòng))時(shí)，利用Machine Tester 來掃描(Tracing)機(jī)器在各不同轉(zhuǎn)速下所激發(fā)出來之振動(dòng)訊號(hào)，據(jù)以研判機(jī)器之振動(dòng)模式。
要測(cè)試一部機(jī)器是否發(fā)生共振，及其共振頻率為何，理論上要對(duì)此機(jī)器輸入一可變頻率之激勵(lì)訊號(hào)，當(dāng)此激勵(lì)訊號(hào)之頻率調(diào)至與機(jī)器之自然振動(dòng)頻率相合時(shí)，將引發(fā)此機(jī)器的共振現(xiàn)象，故由機(jī)器的Response變大可知此時(shí)所調(diào)之激勵(lì)訊號(hào)頻率即為機(jī)器之共振頻率。
激勵(lì)訊號(hào)之產(chǎn)生可用一個(gè)振動(dòng)激勵(lì)器(shaker)裝在機(jī)器上達(dá)成目的，但因激勵(lì)器價(jià)昂，且對(duì)大型機(jī)器須使用更大能量者，故除設(shè)計(jì)上使用外，一般維護(hù)上之使用并不經(jīng)濟(jì)。
激勵(lì)訊號(hào)有一簡(jiǎn)便的產(chǎn)生法，即當(dāng)機(jī)器停機(jī)下來時(shí)，在各個(gè)轉(zhuǎn)速背會(huì)有由機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)訊號(hào)，利用這些振動(dòng)訊號(hào)即可用來激發(fā)機(jī)器的共振，若將停機(jī)之相角及振幅對(duì)轉(zhuǎn)速的變化在圖上劃出來，在此圖上可由相角變化180。及振幅出現(xiàn)峰值(peak)研判在此一轉(zhuǎn)速機(jī)器是否發(fā)生共振。
若已由Bode Diagram上得知此機(jī)器在某一轉(zhuǎn)速(f)時(shí)，將發(fā)生振，但因在此轉(zhuǎn)速下，機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的激勵(lì)訊號(hào)可能有好幾個(gè)，無法確定共振是由何者所引發(fā)的，此時(shí)即須利用一個(gè)濾波器來掃描共振時(shí)產(chǎn)生的peak的頻率成份，以確定引發(fā)共振之激勵(lì)訊號(hào)的頻率。
使用Machine Tester做振動(dòng)模式分析時(shí)，可將濾波器的濾波頻率設(shè)定成轉(zhuǎn)速的倍數(shù)，因此可在Bode Diagram上分別劃出各(轉(zhuǎn)速倍數(shù))頻率的振幅大小，據(jù)以研判其共振所在位置，此種分析法又稱Order Analysis，下圖ｅ、ｆ為一臺(tái)空壓機(jī)馬達(dá)之Bode Diagram說明如后。
ｅ 相角－轉(zhuǎn)速圖
ｆ 振幅－轉(zhuǎn)速圖
上圖曲線Ｏ代表Machine Tester 設(shè)定于Overall 時(shí)所畫之Bode Diagram，１、２、３、４則表設(shè)定于Order Ratio 1/1、2/1、3/1、4/1時(shí)所畫之Bode Diagram。
圖中在33CPS及34CPS處Overall有peak出現(xiàn)，相角有明顯的變化（因機(jī)器Damping影響，相角相差90。未能達(dá)180。）顯示在此頻率有共振發(fā)生，再檢查 Order Ratio 2/1亦有此頻率之peak，故研判此33CPS及34CPS時(shí)之共振振動(dòng)係由2倍轉(zhuǎn)速之訊號(hào)所激發(fā)，故知此機(jī)器有66Hz及68Hz之共振頻率。
敲擊激勵(lì)法
在機(jī)器靜止時(shí)，以鎚子敲擊機(jī)器之機(jī)體，利用敲擊時(shí)產(chǎn)生的沖訊號(hào)激發(fā)機(jī)器之自然振動(dòng)，再利用振動(dòng)分析儀，分析出其自然振動(dòng)頻譜。
如以下圖示意，利用敲擊激勵(lì)法測(cè)得機(jī)器之共振頻譜后，再與機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)之振動(dòng)頻譜比較，若后者之主振peak與前者相近(如圖中機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一倍轉(zhuǎn)速之振動(dòng)fo與自然振動(dòng)第二個(gè)peak f2相近)，則此機(jī)器可能有共振的問題存在。
若要確定機(jī)器是否發(fā)生共振，及共振對(duì)機(jī)器振動(dòng)狀況的影響程度，則須再將敲擊訊號(hào)頻譜與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)之振動(dòng)頻譜在ＦＦＴ上加以運(yùn)算，以求出其相干函數(shù)之頻譜。
相干函數(shù)頻譜ｒ2(ｆ)之大小表示兩頻譜在頻率為ｆ的訊號(hào)之相關(guān)性，
ｒ2(ｆ)=１時(shí)表兩訊號(hào)完全相關(guān)，ｒ2(ｆ)＝０時(shí)表兩訊號(hào)完全完全不相關(guān)。
如上圖ｉ所示頻譜之”波谷”ｒ2(ｆ0)＝0.2表示在ｆ0頻率下，敲擊訊號(hào)與機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)訊號(hào)有0.2的相關(guān)性，亦即機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的ｆ0頻率的振動(dòng)有２０％由于機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)造成而有８０％的振動(dòng)動(dòng)係由于機(jī)器本身的自然振動(dòng)產(chǎn)生（共振引起）。
討 論
(1)旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速以下的共振頻率可由停機(jī)之Overall Mode研判出來，但在轉(zhuǎn)速附近或轉(zhuǎn)速以上的共振頻率，則須要用到一個(gè)以上的Overall Mode才能研判出來。
(2)使用Order Analysis先決條件是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)速倍數(shù)頻率的振動(dòng)，來做為機(jī)器共振的激發(fā)訊號(hào)，一般旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最常發(fā)生一倍、二倍、
三倍的振動(dòng)（不平衡、鬆動(dòng)、對(duì)心等），故Order Ratio常使用1/1、2/1、3/1即已足夠。
(3) Order Ratio使用的愈高(Nm/Nd愈大)，則所能掃描的共振頻率范圍愈大，如Order Ratio取3/1，則停機(jī)時(shí)所劃出的Mode即從三倍轉(zhuǎn)速的頻率開 始掃描下來，亦即能看出三倍轉(zhuǎn)速頻率以下的各個(gè)共振頻率。
(4)直接用Machine Tester劃各振動(dòng)Mode時(shí)，每停機(jī)一次僅能劃得一個(gè)Mode的曲線，為免機(jī)器連續(xù)多次起動(dòng)停止易造成機(jī)器的傷害，可使用Date Recorder錄下停機(jī)的振動(dòng)及轉(zhuǎn)速訊號(hào)，再用Machine Tester分別劃出各振動(dòng)Mode圖形。
(5)使用敲擊激勵(lì)法研判機(jī)器之共振問題，不但較振動(dòng)模式分析法為迅速、簡(jiǎn)單，且不僅限于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，對(duì)結(jié)構(gòu)物、管線等靜態(tài)機(jī)械亦能適用，為解決機(jī)械共振問題更強(qiáng)而有力的工具。
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