"Tűzoltás és nagyjavítás helyett"
A rezgések spektrumanalízise a jelenlegi leghatékonyabb gépállapot-felmérő eszköz. Sokat segít, ha a gyakori géphibák tipikus rezgésspektrumait ismerjük, ezekkel kell ugyanis a valós spektrumot összehasonlítanunk. A következőkben szemügyre vesszük a leggyakoribb géphibák spektrumbeli megjelenését
Egy-egy spektrum számos frekvenciacsúcsot tartalmaz, ami első ránézésre komplikáltnak tűnhet. Módszeres értékeléssel viszont gyorsan „tisztul a kép”. A rezgés természetének és okozójának kiderítéséhez általában a spektrumban található legnagyobb amplitúdóértékű frekvenciacsúcsnak, illetve a domináns csúcscsoportnak (harmonikus frekvenciacsúcsok) analízisével kezdünk hozzá.
Kiegyensúlyozatlanság
Kiegyensúlyozatlanságról akkor beszélünk, ha a tengely, illetve forgó alkatrész súlyeloszlásának középpontja nem esik egybe a forgás középpontjával, és ezért körbe forgó centrifugális erő lép fel. A centrifugális erő a következő egyenlet alapján számítható ki: F = m × r × ω2, ahol F a centrifugális erő, m a kiegyenlítetlen tömeg, r a kiegyenlítetlen tömeg távolsága a forgás középpontjától, ω pedig a forgási sebesség (körfrekvencia). Ez az erő természetszerűen ugyanazzal a frekvenciával kering a forgástengely körül, mint ahogy a tengely forog, így a csapágyaknak, illetve a tartószerkezetnek egy-egy pontjára ható erő nem állandó, hanem szinuszos: egy fordulat alatt egyszer eléri előbb a maximumát, majd a minimumértékét. Egyenlete: F(t) = m × r × ω2 × sin(ω × t) Az egyenletekből látni lehet, hogy a centrifugális erőhatás a fordulatszám négyzetével nő, tehát magasabb fordulatszámú gépek esetén a kiegyensúlyozatlanság megszüntetése fokozottan fontos. A csapágyaknak és a tartószerkezetnek ezzel az erővel azonos nagyságú ellenerőt kell kifejteniük ahhoz, hogy helyben tartsák a tengelyt. Az eközben fellépő alternáló mozgás – a végül is kívülről mérhető rezgés – nagysága a tartószerkezet merevségétől is függ. Így tehát a kiegyensúlyozatlanságból eredő rezgésről a következők mondhatók el:
A rezgés fázisszöge azt írja le, hogy a kiegyenlítetlen súly milyen szöghelyzetben van egy, a forgórészen definiált ponthoz képest. Ez az érték nem változik sem egy körbeforgás (tengelyfordulat) alatt, sem a fordulatszám változásával.
A kiegyensúlyozatlanság mérésére leginkább a rezgéssebesség és a kilengés mérése alkalmas. Ha dominálnak a spektrumban az állandó, nagy amplitúdójú, forgásfrekvenciájú radiális rezgések, amelyek a fordulatszám növelésével együtt nőnek, de nem találunk számottevő axiális rezgéseket vagy forgásfrekvencia-többszörös radiális rezgéseket, akkor nagy valószínűséggel kiegyensúlyozatlanság van jelen. Már csak azt kell megnéznünk, hogy nem tapasztalhatók-e nagy amplitúdóváltozások kis fordulatszám-eltérések esetén, mert ez rezonanciára utalhat.
Görbe forgótengely
Görbe tengelyek, illetve forgórészek gyakran olyan gépeken találhatók, amelyeknek hosszú forgórészük van, ilyenek például a turbinák vagy a papírgyári vezetőhengerek. A görbülés oka lehet:
A mérés során a görbülés az egyoldalú súlyáthelyezés miatt ugyanúgy jelentkezik, mint a kiegyensúlyozatlanság, tehát forgásfrekvencián kiugró nagyságú radiális rezgéscsúcs található. A különbség viszont az, hogy a forgórész görbesége a csapágyakat axiális irányú mozgásra is kényszeríti, méghozzá egymással ellentétes irányban. Ezt a fordulatszámú rezgéskomponens fázisszögének mérésével lehet megállapítani.
A görbe tengely, illetve forgórész megtalálására leginkább a rezgéssebesség mérése alkalmas, kiegészítve a fordulatszámú rezgéskomponens fázisszögének mérésével. Ha dominálnak a spektrumban az állandó, nagy amplitúdójú, forgásfrekvenciájú radiális rezgések, amelyek a fordulatszám növelésével együtt nőnek, és vannak állandó, nagy amplitúdójú, forgásfrekvenciájú axiális rezgések, de nem találunk forgásfrekvencia-többszörös rezgéseket, akkor nagy valószínűséggel görbe forgótengely van jelen. A két tengelyvég forgásfrekvenciájú axiális rezgése fázisszögének mintegy 180°-os egymástól való eltérése egyértelműen bizonyítja a görbe forgótengely jelenlétét. Már csak azt kell megvizsgálnunk ebben az esetben is, hogy nem tapasztalhatók-e nagy amplitúdó-változások kis fordulatszám-eltérések esetén, mert ez – mint említettük – rezonanciára utalhat. A tengelybeállítás és a tengelykapcsoló hibái A tengelybeállítási hibák összekapcsolt gépegységek esetén lépnek fel, ha azok tengelyvégei egymáshoz képest szögben állnak, vagy oldalirányú, illetve magassági térbeni helyzetük nem egyezik.
A tengelybeállítási hibák oka lehet:
A tengelybeállítási (illetve tengelykapcsoló-beállítási) hibák okozzák a tengelyrendszer meghajlását, ami magában a tengelyben hajlítási igénybevétellel jár. Így tehát a tengely egy pontján egy adott pillanatban olyan axiális erők hatnak, amelyek a tengelyt megnyújtják, egy fél fordulattal később ugyanezen a ponton viszont nyomást gyakorló erők hatnak majd.
Alapvetően kétféle beállítási hibát különböztethetünk meg: szögbeállítási hibát és helyzethibát (a tengelyek párhuzamosak, de térben egymástól eltolva helyezkednek el), de leggyakrabban a kettő kombinációját találjuk. Mindkét hibacsoport hasonlóan jelentkezik a rezgésspektrumban: elsősorban a radiális, két- (és három-) szoros forgásfrekvenciájú rezgések megjelenése, de az ezzel egyidejűleg fellépő forgásfrekvenciájú axiális rezgések is jellemzik a tengelykapcsoló körüli problémákat. Ha a forgásfrekvencia kétszeresén levő rezgés nagyobb a forgásfrekvencián levő rezgésnél, szinte biztosra vehető, hogy tengelybeállítási, illetve tengelykapcsoló eredetű hiba van jelen. Magasabb frekvenciájú, a forgásfrekvencia 3-, 4-, 5- vagy többszörösén jelentkező rezgések is jelen lehetnek.
A tengely-, illetve tengelykapcsoló-beállítási hibák megtalálására leginkább a rezgéssebesség mérése alkalmas, kiegészítve a fordulatszámú rezgés fázisszögének a tengelykapcsoló mindkét oldalán elvégzendő mérésével. Ha a spektrumban dominálnak a nagy amplitúdójú, kétszeres és háromszoros forgásfrekvenciájú radiális és axiális rezgések, akkor nagy valószínűséggel egytengelyűségi hiba van jelen.
A tengelykapcsoló két végén mért forgásfrekvenciájú axiális rezgések fázisszögének mintegy 180°-os egymástól való eltérése egyértelműen bizonyítja a tengelybeállítás, illetve a tengelykapcsoló hibájának jelenlétét. Szögbeállítási hibák leginkább forgásfrekvenciájú axiális rezgéseket okoznak, helyzethibák és tengelykapcsoló-hibák esetén főként a kétszeres és háromszoros (időnként négyszeres) forgásfrekvencián lévő rezgések mutatkoznak.
Nem annyira egyértelmű viszont a helyzet, ha kis amplitúdójú, 4–10-szeres vagy ennél is többszörös forgásfrekvenciájú radiális és axiális rezgések vannak jelen, valamint ha zajos és impulzustartalmú időjelet mérünk, mivel ezek a jelenségek meglazult gépelemekre is utalhatnak.
Meglazult gépelemek, mechanikus játék
Meglazult mechanikus kapcsolatról akkor beszélünk, ha a gépnek vannak túl nagy hézagú csapágyai, nagy mechanikai játékkal bíró szerkezeti elemei (például vezetősínek) vagy meglazult tartószerkezeti elemei, illetve gyenge az alaphoz való rögzítése. A rezgések szempontjából a nagy csapágyhézag ugyanolyan hatást fejt ki, mint például egy meglazult csavarkötés: mindkét esetben a gép természetes rugóállandójában nemlineáris tagok keletkeznek. A lazaság esetén fellépő rezgéseket alapvetően a mindig is jelen lévő „maradék” kiegyensúlyozatlanság gerjeszti, a forgásfrekvencia többszörösein megfigyelhető rezgések a gerjesztés másodlagos eredményei. Megjegyezendő, hogy mechanikai lazaság esetén minden más hibából eredő rezgés is felerősödik. Ha gyakran ismétlődnek a lazaság jellegű hibák, akkor ez rezonanciák és (vagy) konstrukciós hiba következménye is lehet.
A meglazult elemek és a nagy hézagok elsősorban nagy radiális rezgéscsúcsokat hoznak magukkal a forgásfrekvencia 1-, 2-, 3-, 4-szeres, de akár 5–10-szeres többszörösein is. Így a lazaság jelenléte a spektrumból egyértelműen felfedezhető, de a rezgések irányfüggő tulajdonsága miatt mérni kell vízszintesen és függőlegesen is. Sok esetben leginkább vízszintesen a legerősebbek a rezgések, axiálisan pedig csak gyengébben vagy egyáltalán nem fordulnak elő.
A fordulatszám-többszörös rezgéseken túl szubharmonikus rezgésekre (tipikusan 1/2-szeres forgásfrekvencián) és interharmonikusokra (3/2- és5/2-szeres forgásfrekvencián) is számítani lehet. Súlyos problémák esetén előfordulhatnak rezgéskomponensek az 1/3- és 1/4-szeres forgásfrekvencián és annak harmonikusain is.
Mivel a rezgések jellegéből nem állapítható meg, hogy pontosan melyik is a meglazult elem, csak kizárásos módszerrel kereshető meg a problémás alkatrész. Erre többféle módszer létezik, amelyek közül kettőt emelünk ki.
Ha sehol sem fedezhető fel a lazaságra utaló jelenség, akkor – kizárásos alapon – a tengely csapágyaiban túl nagy hézag lehet, vagy magában a forgórészben van a lazaság.
Rahne Eric (PIM Kft.) pim-kft.hu, gepszakerto.hu
A publikáció tartalmát szerzői jogok védik, ennek (akár csak részben történő) felhasználása, elektronikus vagy nyomtatott tovább-publikálása csak a forrás és a szerző nevének feltüntetése mellett, valamint a szerző előzetes írásos engedélyének megléte esetén megengedett. A szerzői jogok (Copyright) megsértése jogi következményekkel jár.
Copyright © PIM Professzionális Ipari Méréstechnika Kft.
2026 | Minden jog fenntartva
Impresszum | Adatkezelés