آنالیز ارتعاشات (ارتعاش سنجی)

همانطور که قبلاً ذکر شد نمودار حوزه زمان شکل موج و نمودار دامنه فرکانس طیف FFT نامیده می شود. تجزیه و تحلیل طیف معادل تبدیل اطلاعات سیگنال حوزه زمان به حوزه فرکانس است. مثال واضحی از هم ارزی در هر دو حوزه جدول زمانی است که می توانیم بگوییم قطار در ساعت های 6:00، 6:20، 6:40، 7:00، 7:20 حرکت می کند، یا می توانیم بگوییم که یک قطار حرکت می کند. هر 20 دقیقه از ساعت 6:00 شروع می شود (این رقم آخر نشان دهنده فاز است). گزینه اول نمایش دامنه زمان و گزینه دوم نمایش دامنه فرکانس خواهد بود. نمایش دامنه فرکانس، در مقایسه با حوزه زمان، کاهش حجم داده را به همراه دارد. اطلاعات در هر دو حوزه دقیقا یکسان است، اما در حوزه فرکانس به صورت فشرده و کاربردی تر نمایش داده می شود.

جابجایی، سرعت و شتاب

تا اینجا ما فقط جابجایی را به عنوان اندازه گیری دامنه ارتعاشات جسم در نظر گرفته ایم. جابجایی به سادگی فاصله تا جسم از موقعیت مرجع یا نقطه تعادل است. به غیر از جابجایی متغیر، یک جسم مرتعش دارای سرعت متغیر و شتاب متغیر است. سرعت به عنوان نرخ تغییر در جابجایی تعریف می شود و معمولا بر حسب اینچ در ثانیه (اینچ در ثانیه) یا میلی متر بر ثانیه اندازه گیری می شود. شتاب به عنوان نرخ تغییر در سرعت تعریف می شود و بر حسب g (میانگین شتاب ناشی از گرانش در سطح زمین) یا mm/s² اندازه گیری می شود. همانطور که دیدیم، جابجایی جسمی که تحت یک حرکت هارمونیک ساده قرار می گیرد، یک موج سینوسی است. همچنین هر دو منحنی سرعت و شتاب این حرکت امواج سینوسی هستند.

هنگامی که جابجایی به حداکثر مقدار خود می رسد، آنگاه سرعت صفر می شود، زیرا این مکانی است که جهت حرکت معکوس می شود. وقتی جابجایی صفر باشد (در حالت استراحت)، سرعت به حداکثر مقدار خود می رسد. این بدان معنی است که فاز موج سرعت در مقایسه با شکل موج جابجایی، ۹۰ درجه به چپ منتقل می شود. به عبارت دیگر سرعت نسبت به جابجایی ۹۰ درجه پیش رفته است.

شتاب میزان تغییر سرعت است، وقتی سرعت به حداکثر خود می رسد، آنگاه شتاب صفر می شود زیرا سرعت در آن لحظه تغییر نمی کند. وقتی سرعت صفر است، آنگاه شتاب به حداکثر خود می رسد زیرا در آن لحظه است که سرعت سریعترین تغییر می کند. بنابراین می توان منحنی سینوسی شتاب را به عنوان تابعی از زمان در نظر گرفت که در فاز نسبت به منحنی سرعت جابجا می شود و بنابراین شتاب دارای یک پیشروی ۹۰ درجه نسبت به سرعت و ۱۸۰ درجه نسبت به جابجایی است.

واحدهای دامنه انتخاب شده برای بیان هر اندازه گیری تأثیر زیادی بر وضوح آشکار شدن پدیده ارتعاشات دارند. بنابراین، همانطور که در شکل ۲.۱۲ مشاهده می شود، جابجایی بیشترین دامنه های خود را در فرکانس های پایین (معمولا زیر ۱۰ هرتز) نشان می دهد، سرعت در محدوده فرکانس های متوسط (بین ۱۰ تا ۱۰۰۰ هرتز) و شتاب در فرکانس های بالا (بالاتر از ۱۰۰۰ هرتز) نشان می دهد

برای نشان دادن این روابط، اجازه دهید در نظر بگیریم که چقدر آسان است که با یک دست فاصله یک کف دست را با یک چرخه در ثانیه یا ۱ هرتز حرکت دهیم. احتمالاً می توان به حرکت مشابه دست به فرکانس ۵ یا ۶ هرتز دست یافت. اما به سرعتی فکر کنید که باید دست خود را با آن حرکت دهید تا به همان جابجایی کف دست در ۱۰۰ هرتز یا ۱۰۰۰ هرتز برسید. به همین دلیل است که هرگز سطوح فرکانس بالا را همراه با مقادیر جابجایی بالا مشاهده نمی کنید. نیروهای عظیمی که مورد نیاز است به سادگی در عمل رخ نمی دهد.

شکل ۲.۱۳ شامل چندین نمودار است که نمونه ای از رفتار واحدهای دامنه مختلف را در سراسر محدوده فرکانس نشان می دهد. این سه طیف اطلاعات یکسانی را ارائه می دهند، اما شدت آنها تغییر کرده است. خواندن منحنی جابجایی در فرکانس‌های بالاتر دشوارتر است. منحنی سرعت یکنواخت ترین منحنی در محدوده فرکانس است.

این رفتار معمولی برای اکثر ماشین های دوار است، اما در برخی موارد منحنی جابجایی و شتاب یکنواخت ترین خواهد بود. ایده خوبی است که واحدها را به گونه ای انتخاب کنید که صاف ترین منحنی را داشته باشید. که بیشترین اطلاعات بصری را در اختیار ناظر قرار می دهد. پارامتر ارتعاش که بیشتر در تشخیص ماشین آلات استفاده می شود سرعت است.

در نهایت، آنچه را که تاکنون گفته شد با حالت عملی شکل زیر نشان می‌دهیم که در آن همان طیف بر حسب واحد جابجایی و شتاب نشان داده شده است. هر دو قطعه مربوط به یک بیرینگ خراب است. در طیف سرعت مشکل مشاهده نمی شود، در حالی که در طیف شتاب به وضوح مشاهده می شود.