傳統閃頻儀的測試應用判斷共振

　　由于FFT技術的發展此種較花時間亦較不準確的傳統技術已較不為現代精密技術所使用。

振動模式分析法

　　江蘇振迪檢測代理的振動分析儀在機器停機(或起動)時，利用Machine Tester 來掃描(Tracing)機器在各不同轉速下所激發出來之振動訊號，據以研判機器之振動模式。

　　要測試一部機器是否發生共振，及其共振頻率為何，理論上要對此機器輸入一可變頻率之激勵訊號，當此激勵訊號之頻率調至與機器之自然振動頻率相合時，將引發此機器的共振現象，故由機器的Response變大可知此時所調之激勵訊號頻率即為機器之共振頻率。

　　激勵訊號之產生可用一個振動激勵器(shaker)裝在機器上達成目的，但因激勵器價昂，且對大型機器須使用更大能量者，故除設計上使用外，一般維護上之使用并不經濟。

　　激勵訊號有一簡便的產生法，即當機器停機下來時，在各個轉速背會有由機器轉動產生的振動訊號，利用這些振動訊號即可用來激發機器的共振，若將停機之相角及振幅對轉速的變化在圖上劃出來，在此圖上可由相角變化180。及振幅出現峰值(peak)研判在此一轉速機器是否發生共振。

　　若已由Bode Diagram上得知此機器在某一轉速(f)時，將發生振，但因在此轉速下，機器轉動產生的激勵訊號可能有好幾個，無法確定共振是由何者所引發的，此時即須利用一個濾波器來掃描共振時產生的peak的頻率成份，以確定引發共振之激勵訊號的頻率。

使用Machine Tester做振動模式分析時，可將濾波器的濾波頻率設定成轉速的倍數，因此可在Bode Diagram上分別劃出各(轉速倍數)頻率的振幅大小，據以研判其共振所在位置，此種分析法又稱Order Analysis，下圖ｅ、ｆ為一臺空壓機馬達之Bode Diagram說明如后。

                                                     

ｅ　相角－轉速圖

ｆ　振幅－轉速圖

　　上圖曲線Ｏ代表Machine Tester 設定于Overall 時所畫之Bode Diagram，１、２、３、４則表設定于Order Ratio 1/1、2/1、3/1、4/1時所畫之Bode Diagram。

　　圖中在33CPS及34CPS處Overall有peak出現，相角有明顯的變化（因機器Damping影響，相角相差90。未能達180。）顯示在此頻率有共振發生，再檢查 Order Ratio 2/1亦有此頻率之peak，故研判此33CPS及34CPS時之共振振動係由2倍轉速之訊號所激發，故知此機器有66Hz及68Hz之共振頻率。

敲擊激勵法

　　在機器靜止時，以鎚子敲擊機器之機體，利用敲擊時產生的沖訊號激發機器之自然振動，再利用振動分析儀，分析出其自然振動頻譜。

　　如以下圖示意，利用敲擊激勵法測得機器之共振頻譜后，再與機器運轉時之振動頻譜比較，若后者之主振peak與前者相近(如圖中機器運轉時一倍轉速之振動fo與自然振動第二個peak f2相近)，則此機器可能有共振的問題存在。

　　若要確定機器是否發生共振，及共振對機器振動狀況的影響程度，則須再將敲擊訊號頻譜與運轉時之振動頻譜在ＦＦＴ上加以運算，以求出其相干函數之頻譜。

　　相干函數頻譜ｒ2(ｆ)之大小表示兩頻譜在頻率為ｆ的訊號之相關性，

ｒ2(ｆ)=１時表兩訊號完全相關，ｒ2(ｆ)＝０時表兩訊號完全完全不相關。

　　如上圖ｉ所示頻譜之”波谷”ｒ2(ｆ0)＝0.2表示在ｆ0頻率下，敲擊訊號與機器運轉振動訊號有0.2的相關性，亦即機器運轉時產生的ｆ0頻率的振動有２０％由于機器的運轉造成而有８０％的振動動係由于機器本身的自然振動產生（共振引起）。

討　論

(1)旋轉機械轉速以下的共振頻率可由停機之Overall Mode研判出來，但在轉速附近或轉速以上的共振頻率，則須要用到一個以上的Overall Mode才能研判出來。

(2)使用Order Analysis先決條件是機器運轉時會發生轉速倍數頻率的振動，來做為機器共振的激發訊號，一般旋轉機械運轉時最常發生一倍、二倍、

   三倍的振動（不平衡、鬆動、對心等），故Order Ratio常使用1/1、2/1、3/1即已足夠。

(3) Order Ratio使用的愈高(Nm/Nd愈大)，則所能掃描的共振頻率范圍愈大，如Order Ratio取3/1，則停機時所劃出的Mode即從三倍轉速的頻率開 始掃描下來，亦即能看出三倍轉速頻率以下的各個共振頻率。

(4)直接用Machine Tester劃各振動Mode時，每停機一次僅能劃得一個Mode的曲線，為免機器連續多次起動停止易造成機器的傷害，可使用Date Recorder錄下停機的振動及轉速訊號，再用Machine Tester分別劃出各振動Mode圖形。

(5)使用敲擊激勵法研判機器之共振問題，不但較振動模式分析法為迅速、簡單，且不僅限于旋轉機械，對結構物、管線等靜態機械亦能適用，為解決機械共振問題更強而有力的工具。

 

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