3.4.6 Основні положення аналізу вібрації

Динамічні сили в машинах зпричиняють вібрацію або безпосередньо, або сили спричиняють шум, а шум - вібрацію корпусу. Вібрація, залежно від природи сил збудження, може бути або детермінованою (частіше періодичною), або випадковою. Один з простих прикладів детермінованого сигналу вібрації - гармонійне коливання (Рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 - Гармонійне коливання

Воно характеризується амплітудою (пікове значення Х_пік, середньоквадратичне значення Х_скз або середнє значення Х_ср продетектованого сигналу), частотою f=1/T і початковою фазою . Випадковий сигнал може приймати будь-яке значення в певному діапазоні, тому його характеризують не амплітудою, частотою і фазою, а піковим значенням, средньоквадратичним значенням, середнім значенням (продетектованого сигналу) і значенням від піку до піку. Періодична вібрація може бути представлена у вигляді спектру, що містить одну складову (гармонійний сигнал), або багато кратних (рисунок 3.7). Якщо сигнал є комбінацією двох простих гармонійних складових з різними частотами і амплітудами, то його спектр має вигляд, що підтверджує наявність саме цих двох гармонійних складових з різними частотами і амплітудами.

Оскільки періодичні складові відображають спектром, випадкові теж слід так само відображати, але спектром - суцільним, таким, що не має явно виражених піків.

Спектр зручний тим, що він ділить вібрацію на компоненти з різними властивостями, а достатньо часто і різної природи. Типовий спектр характеризується, як правило, великою кількістю гармонійних складових в області низьких частот. У міру збільшення частоти число гармонійних складових зменшується і вони практично відсутні в області високих частот.

Для діагностики машин і устаткування при виборі частотної області вібрації слід враховувати властивості вібрації різної частоти. Так, в області інфранизьких частот вібрація може збуджуватися навіть не самою контрольованою машиною, а передаватися від поряд працюючих машин.

Рисунок 3.7 - Часові сигнали вібрації і їх спектри:

а) гармонійні коливання з періодом Т₁; б) гармонійні коливання з періодом Т₂; в) полігармонічний сигнал.

Особливість вібрації на низьких частотах полягає в тому, що вона слабо затухає в просторі, а отже, в точку установки датчика доходить вібрація від всіх вузлів контрольованої машини, від зв'язаних з нею інших машин і від сусіднього устаткування. Тому при аналізі вібрації на низьких частотах вини­кає проблема локалізації пошкодженого вузла і проблема перешкодостійкості. На цих частотах (у діапазоні частот до 3-5 гармоніки частоти обертання) машина коливається як єдине ціле, тому потрібні великі сили і великі дефекти, щоб розгойдати всю машину.

На середніх частотах в будь-якій точці контролю вібрація збуджується, в основному, коливаль­ни­ми силами, що діють в найближчих до неї вузлах машини. У спектрі вібрації спостерігається велика кількість гармонійних складових різної частоти, але із-за численних резонансів співвідношення амплі­туд цих складових значно відрізняються від співвідношень величин коливальних сил збудження. Як наслідок - спотворення інформації про дефекти - джерела цих коливальних сил і відсутність повторюва­ності результатів при щонайменшій зміні частоти обертання машини.

На високих частотах вібрація набуває хвилевого характеру, в спектрі мало ліній, але достатньо малих сил для збудження вібрації. Ця зона визначає зародження і розвиток початкових стадій пошкоджень.

Вібрація ультразвукових частот збуджується, в основному, мікроударами, але розповсюджується тільки по однорідному середовищу (метал без болтів, зварних швів). До оптимальної точки її вимірювання часто важко добратися.