风扇振动与动平衡

振動與動平衡
動平衡
組裝精度
風扇振動
零件公差或缺陷 電磁感應振動
氣流擾動 . .
※ 當產品已進入生產階段,動平衡校正為 改善振動的最快速且最有效的方法.
其他振動
振動與動平衡
動平衡
動平衡校正後
振動明顯改善
其他振動
動平衡
動平衡校正後
振動改善效果 不明顯
振動大之風扇Æ手感不好
動平衡(1X)
動平衡校正後Æ手感亦不好
0
0.1
0.2 0.3 0.4
1
轉子轉速 k rpm
2 3 5 7 10
動平衡概念
m
e
r
r e
C.M
m M
U=M×e=m×r
e=m×r/M
動平衡概念
Q :轉子是否有辦法達到完全的動平衡 ?
理論旋轉㆗心
質心
轉子精度愈高則動平衡 可做的更好
實際旋轉㆗心
平衡等級的標準---ISO1940
平衡等級標準的設定
G1600
1600
Crankshaft/ drives of rigidly mounted large two-cycle engines
G630
630
Crankshaft/ drives of rigidly mounted large four-cycle engines
Crankshaft/ drives of elastically mounted marine diesel engines
for cars, trucks and locomotives, Crankshaft/ drives of engines with six or more cylinders under
預防方法:
Signal Frequency Components and Aliases For Sampling Rate=100Hz
1.使取樣頻率量測頻寬之最高頻率的2倍(Nyquist Frequency)以上
2.在量測頻寬之最高頻率外再加上一個低通率波器(反假像濾波).
頻 譜 量 測 原理
動平衡(1X)
Case Study
CB6850軟排線
訊號處理介面盒
加速規
待測轉子
個㆟電腦
加速規訊號線 測試治具
GT-4130 直流風扇測試系統
手感良品之風扇
去扣環之風扇頻譜
軸承受損之頻譜圖
彈簧華司被壓平
嚴重軸彎曲或不對心
嚴重軸彎曲或不對心
平衡補正
轉子動平衡原理
• 轉子平衡概念 • 不平衡生成的原因
• 漏失(Leakage)
解決方法:在時間週期裡加頻窗(Window)
頻 譜 量 測 原理
• 頻窗 (Window)
常見的Window • Hanning Window • Flat Top Window • Force Window • Exponential Window
頻 譜 量 測 原理
轉子質心最大偏心量e per
G= e per x ω (mm/s)
• 平衡等級標準的設定
• ISO 1940, Balancing Grades for Various Groups of Representative Rigid Rotors
Balance Product of the Quality Relationship
由於公差、磨耗、結構運動變形等等原因，完全的轉子平衡是永遠無法達成的 因此允許適當的殘餘不平衡量(平衡品質) 殘餘不平衡量的大小依機械的型態及平衡作業的成本而定。因此便有了平衡等級的標準。 平衡等級標準:來自西德VDI 2060標準------->ISO 1940， 即“Balance Quality of Rotating Rigid Bodies” ISO 1940建議依不同類型機械之轉子各有平衡等級G及對應不同轉速(RPM)下所允許的
of cars, trucks and locomotives
G16
16
Drive shafts (propeller shafts, cardan shafts) with special requirements, Parts of crushing
machines, Part of agricultural machinery, Individual components of engines (gasoline or diesel)
3X
4X
•動不平衡 基本特徵: 1倍頻的振動量很高,且振動量隨著轉速的增加而變大, 從頻譜圖 中其他倍頻都很小, 甚至沒有 引起的原因: 組裝不良, 材質不均勻, 或零組件已經變形或磨損等
振動診斷基本原則
•軸不對心 基本特徵: 軸的支撐面或連接面不面, 1倍頻及/或2 倍頻的振動量很高,且軸向振動 特別大,軸向與徑向的振動相位差180度 引起的原因: 組裝不良,造成心軸Offset/ Angular Misalignment, 及軸承的不對心
•滑動軸承(油膜軸承)問題 基本特徵: 1倍頻的振動量很高, 且0.4~0.55倍頻會出現, 2 及3倍頻的振動量也很高 引起的原因: 油膜軸承的間隙不良或真圓度不好,或組裝過程中撞傷油膜軸承,潤滑 不良
振動與動平衡
Q1: 動 平 衡 = 振 動
or
動 平 衡≠振 動
? Q2: 振 動 小 Æ 動 平 衡 好 振動大Æ動平衡差
Rotor types-General examples
grade
(eper x ω)1), 2) mm/s
G4000
4000
Crankshaft/ drives3) of rigidly mounted slow marine diesel engines with uneven number of cylinders4)
風 扇 振 動 與 動 平衡
丁明岳
風 扇振動成因
動平衡
扇葉變形
膠磁不對心
扇葉質量 分佈不均
鐵框不對心
電磁感應振動
充磁不均
換相不良
組裝因素造 成的磁振
轉速差異
葉片形狀設計
公差太大 導致鬆動
葉片不均㆒
零件缺陷
軸不對心 異常摩擦
氣流擾動
零件與組裝
風扇振動
風扇振動量測
振動總量量測
以㆒個數值來表示振動現象
頻率 (Hz)
頻 譜 量 測 原理
時域訊號
FFT
頻域訊號
頻 譜 量 測 原理
FFT特性: 將時域的訊號轉成頻域
頻 譜 量 測 原理
Discrete Fourier Transform-DFT
在工程㆖的應用，傅利葉轉換成為離散 傅利葉轉換DFT：
*假設訊號為週期函數---傅利葉級數有限積分 *使用數值積分式以便電腦運算
Imbalance
Misalignment or Bent Shaft
Looseness Rubs Oil whirl Bearing Cage Rolling Element Bearing,Gears Belts Electric(shorted stator ;
broken or eccentric rotor)
振動診斷基本原則
Frequency
Possible Cause
振動計
對心不良 軸承異常 轉子不平衡 軸彎曲
1 x rpm 2 x rpm
合成
Harmonics
分解
頻譜分析儀
振動計實際所測得的振動波形
轉子不平衡
軸彎曲
振 幅
對心不良
軸承異常
頻譜分析
Sub-rpm N x rpm
頻率
N x powerline
1. 質量分佈不均衡 2. 非均質性材質，鑄件砂孔、氣孔 3. 轉子安裝時偏心(Eccentricity),或軸承安裝之對心不良
(Misalignment) 4. 轉動時引起之材料扭曲變形 5. 鍵及鍵槽之設計不良 6. 轉子餘隙配合誤差 7. 轉子腐蝕及磨損 8. 熱變形 9. 雜質附著
• 轉子平衡概念
頻 譜 量 測 原理
取樣與轉換
原則㆖將類比訊號數位化後，再用電腦 程式進行FFT計算，就可以得到頻譜資料
取樣與假象(aliasing)
Actual Signal Frequency Components
Aliasing Effects of an Improper Sampling Rate
Filter
RMS Detector
Filter (ISO10816) 位移: 10Hz~1kHz Band Pass 速度: 10Hz~1kHz Band Pass 加速度:10Hz High Pass
振動頻譜量測
振動頻譜:以㆒個圖譜來表示振動現象
振幅 mG
將振動分解到不同頻率㆘的貢獻 以便對應相關的物理現象(動平衡 不對心,鬆動,磁振….)
靜不平衡
+ 力偶不平衡
=
動不平衡
F1
慣性主軸
F1
F3
Cg
F3
旋轉主軸
F2
F2
•這是轉子實際存在的最普遍不平衡，此種平衡校正過程稱為動平衡校正，或稱為雙平面 校正。
• 平衡的要求與等Baidu Nhomakorabea標準
靜平衡與動平衡的選擇
轉子寬度:b
轉子直徑:D
2.0
B:動平衡(雙平面) 1.5 b/D
1.0
A:靜平衡(單平面) 0.5
•轉子平衡概念
不平衡的類型 2.偶不平衡( Couple Unbalance )
F2
旋轉主軸 Cg
慣性主軸
F1 F 1 與 F 2 相差180度
F1 = F2
•轉子靜止時呈現平衡狀態，一旦轉動起來，這兩塊質量各自產生的離心力構成一力偶， 慣性主軸與旋轉主軸不重合，此時是靜平衡而偶不平衡。
•轉子平衡概念
振動頻譜量測
以㆒個圖譜來表示振動現象
振動總量量測
振動總量量測: 以㆒個數值來表示振動現象
單位選擇 位移(um,mm) 速度(mm/s) 加速度(mG,mm/s^2)
數值表示方式 O-P P-P RMS
振動總量 表示方式
GT-3300 Vibration Meter
振動總量量測原理
不平衡的類型 3.準不平衡( Quasi Unbalance )
靜不平衡
+ 力偶不平衡
=
準不平衡
F1
F1 e
Cg
Cg
F2
Cg
F2
•準不平衡是由靜不平衡與力偶不平衡所組合而成。兩個平面的兩個離心力大小不等但方 向相差180度，慣性主軸與旋轉軸相交，但交點偏離質心。
•轉子平衡概念
不平衡的類型 4.動不平衡 ( Dynamic Unbalance )
振動診斷基本原則
動不平衡 Dynamic unbalance
保持器 或摩擦 油漩 Rub Oil whirl
軸不對心或組件 鬆動
Misalignment Looseness
軸承的邊頻 Bearing Side-band
組件鬆動的諧波 Looseness Harmonics
軸承 Bearing
1X
2X
不平衡的類型 1.靜不平衡 (Static Unbalance)
M
r
e
Cg
m
m
F
•不平衡質心所產生的離心力 F = m r ω2 •此離心力相當於㆒偏心距 e 所產生的離心力 F = M e ω2 •定義不平衡量 U = m r (g-mm) = M e (kg-µm) •質心偏心距(或稱相對不平衡量) e = m r / M •不平衡之質心 Cg
G40
40
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts, Crankshaft/ drives of elastically mounted fast
four-cycle engines (gasoline or diesel) with six or more cylinders4) , Crankshaft/ drives of engines
G250
250
Crankshaft/ drives of rigidly mounted fast four-cycle engines 4)
G100
100
Crankshaft/ drives of fast diesel engines with six or more cylinders4)
Complete engines (gasoline or diesel) for cars, trucks and locomotives5)
•組件鬆動 基本特徵: 鬆動可能發生在大的結構件或旋轉件上, 倍頻很高且很多倍頻出現,且量 測不同方向(水平,垂直,軸向), 振動量會不一樣 引起的原因: 結構件與所在承靠面鬆動或分離,軸承鬆動或間隙, 連軸器鬆動
• 滾動軸承(滾珠及滾柱軸承)問題 基本特徵: 其特徵頻率和轉速, 軸承內外環直徑, 軸承珠數及壓力角有關 引起的原因: 軸承的瑕疵,或組裝過程中撞傷, 及有異物侵入
常見訊號的頻譜圖
頻 譜 量 測 原理
頻譜分析儀常見的基本設定
1.頻寬(Bandwidth) 2.條數 3.Window 4.Display Unit (Rms,Peak) 5.Log/Linear Display 6.Trigger/Free Run 7.Sensitivity
頻率解析度Uf=頻寬/條數 Record Time Ut=1/ Uf