ارتعاشات

پيشگفتار
خرابي درماشين آلات و قطعات مكانيكي به مرور شروع شده و توسعه مي‌يابند و در نهايت منجر به از كار افتادگي سيستم مكانيكي مي شود . چنين روندي امري طبيعي مدتها است كه شركتهاي زيادي در جستجوي روشها و تكنيك هاي تعمير و نگهداري هستند تا به حداكثر كارآيي عملكردي دست يابند. براي اطمينان از چنين كارآيي، راهكارهاي عملكردي و تكنيك هاي تعمير و نگهداري آنها بايد مقرون به صرفه باشد و بدن طريق امكان دستيابي به حداكثر سود براي شركت يا كارخانه

ميسر شود. در اين راستا، استراتژي هاي متعددي بوجود آورده اند و تكنيك هاي تعمير و نگهداري نيز با پيشرفت تكنولوژي الكترونيك و سيستم هاي اندازه گيري وضعيت، توسعه يافته اند. قديمي ترين و ساده ترين روش تعمير و نگهداري كه مورد استفاده قرار مي گرفت روش تعمير و نگهداري

براساس از كارافتادگي ناميده مي شود. در اين شيوه، ماشين تا مرحلة ازكارافتادگي كار مي كند و ماداميكه ازكارفتادگي در ماشيم رخ نداده باشد هيچ فعاليت تعمير و نگهداري برروي آن صورت نمي گيرد. چنين شيوه اي هزينه هاي زيايد را بر كارخانه تحميل مي كند. چرا كه در اثر توقف

زمانبندي نشدة خطوط توليد و آسيب هاي شديدي كه به ماشين آلات وارد مي شود توليد محصول به شدت كاهش مي يابد و كيفيت محصول نيز تحت تأثير واقع مي شود.
به منظور جلوگيري از موارد ياد شده، بكارگيري تكنيك هاي پيشرفته تعمير و نگهداري، امري اجتنا

ب ناپذير مي باشد و همچنانكه تجارب كارخانجات پيشرفته و معتبر جهان نشان داده است دستيابي به چنين هدفي بدون فراهم آوردن تكنولوژي هاي مناسب و پيشرفتة اندازه گيري وضعيت ماشين آلات امكانپذير نيست. آنچه مسلم است هيچ روش مانيتورينگ وضعيت نمي تواند به تنهايي

اطلاعات جامعي را از وضعيت عملكرد ماشين و يا يك سيستم مكالنيكي ديگر در اختيار قرار دهد ولي تحقيقات نشان داده است كه روش آناليز ارتعاش يكي از مفيدترين و قابل اتكاءترين روشهاي مانيتورينگ وضعيت مي باشد و به همين دليل است كه روش آناليز ارتعاشي به طور وسيعي مورد توجه صنايع مختلف قرار گرفته است. روش آناليز ارتعاشي، كه روز به روز در حال توسعه و پيشرفت

مي باشد، ابزار بسيار قدرتمندي در اختيار تكنولوژي هاي تعمير و نگهداري قرار مي دهد. با آنكه پيشرفت تكنولوژي ساخت انواع ترانسديوسرهاي ارتعاشي همراه با پيشرفت دستگاههاي الكترونيكي براي اندازه گيري پارامترهاي ارتعاشي، توانايي سخت افزاري روشهاي مانيتورينگ ارتعاشي را ارتقاء بخشيده است ولي توسعة روشهاي آناليز ارتعاشي و پيشرفت هاي شگرفي ك

ه در طي بيست سال گذشته در اين زمينه صورت گرفته است از اهميت خاصي برخوردار مي باشد.

مقدمه
ايجاد هرگونه عيب در ماشين آلات و سيستم هاي مكانيكي باعث ايجاد نويز و ارتعاشات ناخواسته مي شود و گسترش عيب ممكن است منجر به از كار افتادن سيستم شده و خسارات زيادي را به بار آورد. اين امر از زمانهاي نسبتاً دور توجه محققان را به خود جلب كرده است كه در پي آن روشهايي براي تشخيص عيوب در تجهيزات و سيستم هاي مكانيكي ابداع شده است و با گذشت زمان، چنين روشهاي عيب يابي نيز سير تكاملي را پيموده است.
در اين پايان نامه ابتدا روشهاي مختلف تعمير و نگهدار يبه تفصيل مورد بحث واقع مي شود. در فصل دوم روند پيشرفت تكنولوژي مانيتورينگ وضعيت براساس آناليز ارتعاشي به طور مفصل آمده است. از آنجايي كه روشهاي آناليز ارتعاشي داراي اهميت ويژه اي در مانيتورينگ وضعيت ماشين آلات و

تعيين عملكرد آنها دارد لذا در فصل سوم به عوامل ايجاد ارتعاشات در ماشين آلات پرداخته مي شود.
آناليز ارتعاش و نحوة انجام آن مطلبي است كه در فصل چهارم به آن پرداخته مي شود. در اين فصل روشهاي حوزة زمان و حوزة فركانس و ساير روشهاي آناليز ارتعاشي معرفي شده و بطور مفصل مورد بحث واقع مي شوند. در فصل پنجم روشهاي پيشرفته آناليز ارتعاشي براي مانيتورينگ و آناليز سيگنالهاي ارتعاشي بدست آمده از سيستم هاي مكانيكي مورد بحث واقع شده است. بخش

ابتدايي اين فصل به بررسي روش دمدولاسيون دامنه مي پردازد و در ادامه روشهاي آناليز سيگنالهاي ناپايا معرفي مي شود.
در فصل آخر نحوة آناليز ارتعاشي طيف سنج و روش شاك پالس مورد بررسي قرار مي گيرد كه اين روش امروزه براي تشخيص وضعيت بلبرينگها و رولربرينگها، به طرز موفقيت آميز و قابل اعتمادي و بصورت گسترده مورد استفاده قرار مي گيرد.
در خاتمه برخود لازم مي دانم كه از كمك فكري و تلاش آقاي دكتر مهرداد نوري خواجوي و ساير دوستان در رابطه با گردآوري مطالب اين پايان نامه كمال تشكر و قدرداني را بنمايم.

۳-۲ اصول تئوري ارتعاشات: (ادامه فصل سوم)
هر زماني كه ارتعاشي اتفاق مي افتد، در حقيقت چهار نيرو خستند كه در تعيين خصوصيات ارتعاش نقش دارند. اين چهار نيرو عبارتند از:

۱- نيروي برانگيزش يا تحريك مانند عدم تعادل يا ناراستگي
۲- جرم سيستم ارتعاشي
۳- سختي سيستم ارتعاشي
۴- خصوصيات ميرايي سيستم ارتعاشي
نيروي برانگيزش يا تحريك سبب ايجاد ارتعاش مي شود درحاليكه سختي، جرم و نيروهاي ميرايي براي كنترل و كم كردن مقدار ارتعاش بر ضد نيروي برانگيزش به كار مي روند.
ساده ترين روس براي شرح دادن يك سيستم ارتعاشي، تعتقيب كردن حركت يك جرم معلق در انتهاي يك فنر مي باشد. همانطوريكه در شكل ۳-۱a نشان داده شده است، هنگامي كه به جرم نيرو وارد مي شود، جرم در يك مسير خطي و به سمت بالا و پائين شروع به حركت مي كند. اين حركت ارتعاش ناميده مي شود.

شكل ۳-۱a ارتعاش يك سيستم جرم و فنر ساده از مرجع [ ]
شكل موجي كه در نمودار ۳-۱b نشان داده شده است. شامل تمام خصوصيات لازم براي تعريف ارتعاش مي باشد و اين حركت پيوستة جرم به سادگي اين خصوصيات را تكرار خواهد كرد.

۳-۳-اندازه گيري ارتعاش:

سه خصوصيتي كه براي تعريف هر ارتعاش لازم مي باشد عبارت است از:
۱- دامنه
۲- فركانس
۳- فاز
دامنه بصورت طبيعي به عنوان يك الماني كه در توصيف مقدار پارامتر اندازه گيري هر چيزي مورد استفاده قرار مي گيرد مشخص مي شود.
دامنه ارتعاش در سه واحد اصلي مهندسي اندازه گيري مي شود.
۱- جابجايي
۲- سرعت
۳- شتاب

اين پارامترهاي اندازه گيري مي توانند در واحدهاي متريك و انگليسي بيان شوند. بيشترين وسايل مدرن اندازه گيري ارتعاشات، داراي اين قابليت هستند كه بسته به نوع انتخاب مصرف كننده، هم در واحد متريك و هم در واحد انگليسي اندازه گيري نمايند. حال به توصيف جزئيات هر يك از اين پارامترهاي اندازه گيري مي پردازيم.
۳-۳-۱- جابجايي:

همانطور كه در دياگرام ۳-۱b نشان داده شده است، كل مسافتي كه توسط موج ارتعاشي از يك حد انتهايي تا حد انتهايي ديگر طي مي شود از يك پيك تا پيك ديگر)، جابجايي ناميده مي شود. در واحد متريك ، جابجايي از يك پيك تا پيك ديگر معمولاً با ميركون بيان مي شود كه هر ميكرون برار است با ۰٫۰۰۱ ميلي‌متر.
۲-۳-۳-سرعت:
جرمي كه در دياگرام b1- نشان داده شده است، بايستي يك مسافت مشخصي را در طي زماني معين طي كند. لذا بايستي اين حركت با مقداري سرعت انجام شود. در حدهاي انتهايي حركت، نقاط C,A سرعت صفر بوده و جرم بايست قبل از اينكه بتواند در خلاف جهت تغيير مسير دهد ، متوقف شود.
در نقطه B هنگامي كه جرم در حال عبور از موقعيت ابتدايي خود مي باشد، داراي بيشترين مقدار سرعت مي باشد. در واحد متريك سرعت با واحد ميلي‌متر بر ثانيه بيان مي شود و در واحد انگليسي با واحد اينچ بر ثانيه. واحد ديگري نيز براي بيان سرعت وجود دارد بنام RMS. بيشتر وسايل اندازه‌گيري مدرن، قادر هستند سرعت را بر حسب واحدهاي فوق اندازه گيري نمايند.

۳-۳-۳-شتاب:
شتاب عبارت است از اندازه نرخ تغييرات سرعت اگر به دياگرام b1-3 برگرديم. شتاب در نقاط انتهايي مسير (نقطه A) داراي بيشترين مقدار خود مي باشد. هنگامي كه سرعت جرم افزايش مي يابد، شتاب كم مي شود تا اينكه در نقطه B سرعت ثابت بوده و داراي بيشترين مقدار خود است و شتاب صفر مي شود.
۴-۳-فركانس:
همانطور كه در دياگرام b1-3 نشان داده شده است، مقدار زمان لازم براي كامل شدن يك سيكل ارتعاشي ، پريود ارتعاش ناميده مي شود. اگر به طور مثال يك ماشين، يك سيكل كامل را در مدت ثانيه طي كند، پريود ارتعاشي اين سيكل ، ثانيه خواهد بود.
فركانس ارتعاش به بيان ساده عبارت است از تعداد سيكلهاي كاملي كه در يك پريود زماني مشخص اتفاق مي افتد. واحد فركانس عبارت است از سيكل بر ثانيه (CPS) يا سيكل بر دقيقه (CPM) ارتباط فركانس با پريود توسط فرمول زير بيان مي شود
پريود /= فركانس
به بيان ديگر فركانس برابر است با عكس پريود ارتعاش.

در دنياي واقع تشخيص و آناليز ارتعاشات براي تعيين فركانس ارتعاش نيازي به اندازه گيري زمان ارتعاش و پريود ارتعاش و سپس محاسبه معكوس آن نيست. هر چند مي توان اين كار را انجام داد اما امروزه تمامي وسايل مدرن جمع آوري كتتده اطلاعات و بررسي كننده ارتعاشات قادرند فركلنسهاي ارتعاشي تولد شده توسط ماشين را بصورت دامنه و نه بصورت فركانسي از طريق تبديل مستقيم حوزه زمان به حوزه فركانس اندازه گيري نمايند.
اين معمولاً به عنوان يك طيف ناميده مي شود زماني كه از وسايل با پردازش تبديل فوريه سريع (FFT) استفاده مي كنيم.

۲-۶ روش شاك پالس
روش شاك پالس عبارت است از تكنيك پردازش سيگنال به منظور اندازه گيري ضربه فلزات و صداهاي حاصل از چرخش در اجزايي مانند بلبرينگها و چرخدنده ها. اين روش از تمام روشهاي فركانسهاي بالا دقيق تر است و بطور گسترده اي در تمام دنيا براي روش نگهداري پيش

گويانه استقاده مي شود.
اين مقدار بيشتر از همه براي بلبرينگها استفاده مي شود ولي براي چرخدنده ها، كمپرسورها و هر نوع سايش دو فلز نير كاربرد دارد.
۳-۶- سلگنالهاي شاك پالس و ارتعاش
۱-۳-۶- فاز شاك پالس:
هنگامي كه دو قطعه فلز، در حال حركت با يكديگر تماس پيدا مي كنند، دو پروسة مستقل ولي مربوط به هم اتفاق مي افتد. در تماس اوليه يك شوك يا موج فشار ايجاد مي شود و در تمام طول فلز انتشار پيدا مي كند. اين موج در ردة اولتراسونيك فركانس قرار دارد و مركز آن در حدود ۳۶khz

مي باشد. دامنة موج متناسب با سرعت ضربه مي باشد و همانطور كه موج در طول فلز انتشار مي يابد. دامنة موج بر اثر وجود كربن و ديگر ناخالصيها كاهش مي يابد. اين نوع شوك يا فشار همان چيزي است كه ما در استفاده از روش شاك پالس، اندازه گيري مي كنيم.