Szenzorok a. Bártfai Krisztián. Department of Vehicles Manufacturing and Repairing. Budapest University of Technology and Economics

Átírás

1 Szenzorok a rezgésm smérésbensben Bártfai Krisztián

2 Bevezetés A szenzorok szerepe a rezgésm smérésbensben Termelés s minőségi és s biztonsági követelmk vetelményei: Rezgésvizsg svizsgálat fontossága Forgógépek működése m során n rezgések keletkeznek: folyamatos mérés m és s ellenőrz rzés Állandó rezgésfel sfelügyelet és s vizsgálat: rezgéseket kivált ltó okok feltárása hibák k időben való felismerése se és s javítása

3 Bevezetés A szenzorok szerepe a rezgésm smérésbensben Rezgésm smérés s feladata: vizsgált rezgés s jellemzőinek meghatároz rozása Jellemzők: elmozdulás s (x) sebesség g (v) gyorsulás s (a) Rezgésjellemz sjellemzők k mérése m és s elemzése idő- vagy frekvenciatartományban: nyban: a két k t tartomány közötti k egyértelm rtelmű kapcsolatot a Fourier transzformáci ció adja meg Periodikus rezgések vizsgálata: harmonikus vagy nem harmonikus

4 Amplitúdó Frekvencia Fázisszög Rezgésalak Rezgési módm

5 Amplitúdó - Leggyakrabban vizsgált elem - Harmonikus rezgésekn seknél: csúcst cstól-csúcsig csig (Y p-p vagy Y 0-p ) elmozdulásn snál l (µm),( sebességn gnél l (mm/s), gyorsulásn snál (mm/s 2 ) - Nem harmonikus rezgésn snél: y eff - A gépek g normál üzemét t a frekvenciakomponensek alacsony rezgésszintje jelenti - Amplitúdók k változv ltozása a gép g állapotának változv ltozását t jelzi, felülvizsg lvizsgálat lat kell!

6 Frekvencia - frekvenciaspektrum: sjellemzők k (x,v,a) frekvencia függvényében - Frekvenciák k osztályoz lyozása: - egyszeres frekvencia (alapharmonikus) megegyezik a forgógép p fordulatszámával - egész számú többszörös s (felharmonikus) - hányadosok (szubharmonikus) - Meghibásod sodás s okának azonosítása: sa: - rezgéser serősség g frekvenciái i alapján - jellemző frekvenciákon kon megjelenő amplitúdók k nagysága ga

7 - fáziseltérések sek alapján n következtethetk vetkeztethetünk a hiba okára és s helyére Hibák: kiegyensúlyozatlans lyozatlanság, tengelyrepedés, csapágymozg gymozgás, egytengelyűségben gben eltérés, szöghiba, mechanikai lazaságok. Fontos! megfelelő szabványban (ISO ) 1) rögzr gzített mérési m irányok betartása.

8 - Jellegzetes spektrumok: -normális spektrum:

9 - fogkopás:

10 - túlterhelés:

11 - excentrikusság és s holtjáték:

12 - fogaskerék k eltolódás:

13 - repedt vagy sérült s fogaskerék: k:

14 - gyárt rtási folyamat helytelensége:

15 Fázisszög - mérése elengedhetetlen - fontos informáci ciók k a gép g állapotáról - fáziseltérésből származtathat rmaztatható - Értelmezése: relatív abszolút - Relatív: v: a referencia és s a mérendm rendő jel egy kiválasztott, azonos fázishelyzetű pontja közötti k időkülönbs nbség g meghatároz rozása

16 - mérési során: két t szűrt jel Rezgésjelek ugyanazon a frekvencián Két t jelből l az egyik a referenciajel Fázismérés s során n a mért m jel késhet/siethet - Forgórész térbeli t elhelyezkedése:

17 A csapágyak két k t oldalán n elhelyezett elmozdulás érzékelők k időjele között k 180 -os fáziseltf ziseltérés. s. Két t lengésalak szétv tválasztása sa 1. és s 4. érzékelővel.

18 - Abszolút: t: indító impulzus és s a rezgésjel első pozitív v csúcsa csa közöttik eltérés - meghatároz rozásához két k t jelre van szüks kség - rezgésjel - indítójel 0 szöghelyzetben (indítójel jelöli li ki) - rezgési frekvencia az indítójel egész számú többszörösese - rezgésjel első pozitív v csúcsa csa az indítójelhez képest k rezgésjel szögjel idő

19 - indítójel kijelölése: szögjel gjel-adó,, optikai, stroboszkóp, mágnesesm - fordulatonként nt egy holtpontjel Hibák: tengely kiegyensúlyoz lyozása, tengelyrepedés, tengelyrezonancia, tengely térbeli t elmozdulása, rezgésir sirány, instabil folyadékok örvénylése

20 Rezgésalak - előzőekhez ekhez képest k nem mért, m hanem csak megjelenítésre szolgál - oszcilloszkópon jelenítj tjük k meg - Kétféle megjelenítés: időalap alapú Lissajous görbg rbék - Időalap alapú (pl. elmozdulás érzékelőnél): l): függf ggőleges tengely a házhoz h viszonyított relatív v elmozdulás, vízszintes v tengely az idő - Lissajous görbe: g X-Y X Y mérési m irányok, gerjesztési si és s referencia pont

21 mérési módszer m frekvencia mérésem

22 - fázisszög g mérésére m re is alkalmas - tengelyközép p dinamikus mozgása a tengely hossza mentén - az érzékelőket ket a csapágyh gyházra építve a tengelyközép és s a csapágy reakciójának vizsgálata lehetséges - magában foglalja az amplitúdót, t, frekvenciát, fázisszf zisszöget - a görbe g változik v a terhelés s növeln velésével

23 Rezgésm smód - forgó tengely abszolút t elmozdulásának mérése m (előbbiekn bbieknél relatív) - Meghatározhat rozható: tengely relatív v elmozdulása a házhoz h képestk ház z abszolút t mozgása a környezethez k viszonyítva tengely abszolút t mozgása a környezethezk tengely pozíci ciójának meghatároz rozása

24 Rezgésérz rzékelők osztályoz lyozása Mechanikai rezgés s bemenő jelét átalakítják k villamos kimenő jellé. Érzékelőkkel kkel szembeni követelmk vetelmények: - nagy hőmérsh rséklettel szemben érzéketlenség - érzékelő kimenő jele és s a mért m jellemző között linearitás - kalibrálhat lhatóság - mérési jellemzők k reprodukálhat lhatósága - öregedésállóság - megbízhat zhatóság

25 Rezgésérz rzékelők osztályoz lyozása Érintéses elven működőm rezgésérz rzékelők - lengőrendszert tartalmaznak Sebességérz rzékelők - Elektrodinamikus rezgésérz rzékelő: állandó mágneses térben t mozgó tekercsben a mozgás s sebességével arányos elektromos feszülts ltség indukálódik dik

26 Rezgésérz rzékelők osztályoz lyozása Gyorsulásérz rzékelő - Piezoelektromos érzékelő: : kristályos szerkezetű (pl.sio 2 ) anyag mechanikai igénybev nybevétel hatására töltt ltésvándorlás s indul be. Az erőhat hatás s következtk vetkeztében kialakuló töltéskülönbségből l feszülts ltség jön n létre. l

27 Rezgésérz rzékelők osztályoz lyozása Érintésmentes elven működőm rezgésérz rzékelők Elmozdulás s mérők m k : örvényáramú szenzorok működési elv: ferromágneses tárgyon t (áll( lló vagy mozgó tengely) záródó mágneses erővonalak örvényáramokat hoznak létre, l az örvényáramú mező erőss ssége a mérendm rendő tárgy távolst volságától l függf

28 Rezgésérz rzékelők osztályoz lyozása Beépítés: - Merőleges:

29 Rezgésérz rzékelők osztályoz lyozása - Kombinált érzékelő:

30 Érzékelők k kiválaszt lasztásasa Forgórész hibáinak inak felderítésére: re: elmozdulás érzékelők (örvényáramú szenzorok) Ház z rezgéseinek mérése: m sebességérz rzékelők, k, gyorsulásérz rzékelők Az érzékelők k megválaszt lasztása, sa, beépítése és s kialakítása gépenként nt eltér. A kiválaszt lasztáshoz shoz ismerni kell: - vizsgáland landó gép p szerkezeti kialakítását - lehetséges meghibásod sodásokatsokat - a mérési m frekvenciasávot vot - környezeti hatásokat - üzemi körülmk lményeket

31 Érzékelők k kiválaszt lasztásasa Vizsgáland landó gép p szerkezeti kialakítása Siklócsap csapágyas kialakítás Gördülőcsapágyas kialakítás Siklócsap csapágyas kialakítás m A /m F > 10 tengely relatív v elmozdulását t kell mérnim m A /m F < 5 forgórész nagy rezgési energiája miatt sebesség g + elmozdulás s mérése m Gördülőcsapágyas kialakítás - Merev viselkedés - Spektrumképben pben megjelennek a magasabb harmonikusok a gördülőtestek száma függvf ggvényében

32 Érzékelők k kiválaszt lasztásasa Nagy tömegart megarány: kis rezgési energia, mérés m s nagy érzékenységű elmozdulás s mérő m ( REBAM Micro PROX )

33 Érzékelők k kiválaszt lasztásasa Kis tömegart megarány: abszolút t rezgések mérése m szeizmikus érzékelővel (lásd:29.dia) Lehetséges meghibásod sodásoksok Forgórész Jellegzetes hibák: - beáll llítási hiba - kiegyensúlyozatlans lyozatlanság - görbeség - olajfilm által keltett instabilitás - felületi leti egyenetlenség - repedés - stabilitás s elvesztése se - kavitáci ció

34 Érzékelők k kiválaszt lasztásasa Mérés s elmozdulás mérő érzékelővel a csapágyh gyházban (X-Y Y irányb nyból l / bal oldali ábra), érintésmentes érzékelő rendszer (jobb oldali ábra)

35 Érzékelők k kiválaszt lasztásasa Ház Jellegzetes hibák: - rezonancia - illesztési si hiba ( forgórész és s csapágy között k ) - gördülőcsapágy meghibásod sodás - nem megfelelő alapozás - termikus elváltoz ltozás - egyenetlenség Mérés s sebességérz rzékelővel: tengely forgásából és s külsk lső gerjesztésb sből is származhat a hiba (X-Y Y mérés) m

36 Érzékelők k kiválaszt lasztásasa Frekvenciasáv Adott frekvenciatartományban nyban képesek k mérnim - Elmozdulás érzékelők k : khz - Sebességérz rzékelők: k: 10 Hz 1 khz - Gyorsulásérz rzékelők: k: 10 Hz 10 khz Környezeti hatások Hőmérséklet Rezgésszint Korrózi ziós s hajlam

37 Érzékelők k kiválaszt lasztásasa Nedvesség Nyomás Sugárz rzási szint Üzemi körülmk lmények Megfelelő szabványban vannak rögzr gzítve ( VDI 3841 ) - állapotfelügyelet műszerezettsm szerezettsége - állapotjellemzők k megválaszt lasztásasa - szüks kséges érzékelők k használata