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轉子設備有哪些規範可以參考?

常見問題|轉子設備有哪些規範可以參考?

#轉子馬達

固德開發的轉子品質系統與儀器,皆內建 ISO 規範,只需套用適合的規範即可開始量測,使用者無需專業背景也能輕鬆上手。

轉子設備有哪些規範可以參考?

規範說明
ISO 1940動平衡等級:不同型式轉子設備之動平衡等級指南

平衡等級轉子類型舉例
G 0.4機密磨床心軸、主軸、陀螺儀。
G 1磨床的驅動軸、特殊要求的小電機。
G 2.5燃氣輪機、蒸氣輪機、船用主渦輪機(商用)、剛性渦輪發電機轉子、 轉子、壓縮機、機床驅動部件、工具機主軸、有特殊要求的中型和大型電機轉子、小型電機轉子、渦輪泵。
G 6.3加工設備零件、船用主渦輪機(商用)、分離機鼓輪、航空燃氣渦輪機 、無特殊要求中大型電動機和發電機(軸高至少80毫米)、風扇、齒輪、機床、紙捲、印刷滾輪、泵浦、渦輪增壓器。
G 16特殊要求的傳動軸、滾壓式部件、農用機械部件,汽車、卡車、 機車的引擎部件,特殊要求的六缸四衝程引擎的曲軸和傳動軸。
G 40撓性連接的六缸或六缸以上的柴油機的曲軸和驅動軸。車輪、輪架、 輪座、驅動軸。汽車、卡車、機車的曲軸和傳動軸。
G 100高速六缸或六缸以上的柴油機的曲軸和驅動軸,汽車、卡車、 機車的引擎。
G 250剛性連接四衝程柴油機的引擎。
G 630四缸引擎的曲軸和驅動軸,撓性連接的船用柴油機的曲軸和驅動軸。
G 1600大型二衝程引擎的曲軸和驅動軸。
G 4000低速柴油機的剛性曲軸和驅動軸。

規範說明
ISO 機械轉子振動規範

ISO 10816

ISO 10816

ISO 10816-3

ISO 10816-3

Zone A 優良新機 新機械,振動品質優良,沒有特定期限。
Zone B 正常機械 可接受的振動值,機械可長時間使用,沒有特定期限。
Zone C 警告狀態 不可長時間使用,必須找適當的時間進行保養修復。
Zone D 危險狀態 異常的振動值,足以造成機械損壞,建議即刻修復。

ISO 2372

ISO 2372

分類:
Class I :15kW以下設備,Class II:15kW以下設備
Class III:75kW以上有剛性基礎設備,Class IV:75kW以上有撓性基礎設備

ISO 17243

ISO 17243

Zone A 優良新機 新機械,振動品質優良,沒有特定期限。
Zone B 正常機械 可接受的振動值,機械可長時間使用,沒有特定期限。
Zone C 警告狀態 不可長時間使用,必須找適當的時間進行保養修復。
Zone D 危險狀態 異常的振動值,足以造成機械損壞,建議即刻修復。

備註: ISO 17243是經由許多家相關大型企業,共同花費超過15年的時間,累積非常大量機械種類,以及實驗數據所制定而成的經驗標準

轉子特徵
頻譜振動特徵表

平衡不良的振動特徵

平衡不良的振動特徵

  • 振動頻譜主要發生於一倍轉速。
  • 振動方向通常都發生於徑向。
  • 軸向振幅很小,遠小於徑向之1/3。
  • 不論在徑向或軸向,2倍、3倍、4倍或其他倍頻之振動,幾乎沒有。
軸彎曲的振動特徵

軸彎曲的振動特徵

  • 軸中心處彎曲會造成1倍轉速頻率之振動,振動方向主要發生於軸向。
  • 靠近聯軸器的彎曲造成2倍轉速頻率之振動,振動方向亦發生於軸向。
對心不良的振動特徵

對心不良的振動特徵

  • 振動頻率主要發生於1倍、2倍或3倍轉速上。
  • 因大部分之不對心乃混合式不對心(角度式+平行式),故振動方向同時來自於徑向和軸向。
機械鬆動的振動特徵

機械鬆動的振動特徵

不論外鬆動或內鬆動,頻譜均會顯示明顯之1x、2x、3x...7x、8x或更高之轉速頻率,且徑向和軸向都有相同特徵。而外鬆動與內鬆動的頻譜通常還是有些微不同之處。

轉軸摩擦的振動特徵

轉軸摩擦的振動特徵

  • 當旋轉件與固定件摩擦時,其頻譜與鬆動相似。
  • 通常會激發轉速的整數分數的次簡諧振動頻率(1/2、1/3、1/4...)。
滾動軸承損壞

滾動軸承損壞

  • 軸承滾動件損壞頻率(BSF)BSF=1/2 xRPM x Pd/Bb x(1-Bd/Pd x cosø)2)
  • 軸承內環軌道損壞頻率(BPFI)BSFI=1/2 xRPM x N x(1-Bd/Pd x cosø)
  • 軸承外環軌道損壞頻率(BPFO)BSFO=1/2 xRPM x N x(1+Bd/Pd x cosø)
  • 軸承保持器損壞頻率(FTF)FTF=1/2 xRPM x (1xBd/Pd x cosø)
葉片振動

葉片振動

  • 葉片頻率(BPF)=葉片數x轉速,此為泵浦,風車和壓縮機的固有頻率。
  • 但若設計不當,擴散片磨損,管路陡彎,擾流阻礙或轉軸偏心,皆會引起高BPF。
流體擾流

流體擾流

  • 當空氣在進出風車,壓力或速度產生突然之變化時,會引起擾流現象。
  • 擾流通常會產生隨機,低頻的振動,範圍約在1~30Hz間。
孔蝕現象

孔蝕現象

  • 當泵浦入口壓力不足時,易產生孔蝕(氣穴)現象。
  • 孔蝕通常會產生隨機,高頻且寬頻域的振動,會對泵浦內部造成腐蝕。
齒輪振動(正常)

齒輪振動(正常)

  • 齒輪嚙合頻率(GMF)=齒輪x轉速
  • GMF為齒輪機構固有之頻率,其大小代表負荷之多寡,而非磨耗。
齒輪振動(異常)

齒輪振動(異常)

  • 齒輪磨耗、偏心或兩軸不平行時的頻譜特徵為:齒輪自然頻率會被激發出來 fn。
  • GMF 變大,並伴隨著磨耗齒輪轉速之旁波磨耗增加,旁波亦會增多加大,偏心或兩軸不平行時,會有2倍 GMF 出現。
皮帶及皮帶輪(一)

皮帶及皮帶輪(一)

  • 皮帶頻率= 3.14 x皮帶輪直徑x轉速/皮帶長度。
  • 皮帶發生磨破、鬆動、或配合錯誤時,常會引發 1x、2x、3x、4x 的皮帶頻率。
皮帶及皮帶輪(二)

皮帶及皮帶輪(二)

  • 皮帶輪不對心時,會在1x轉速顯現高振動軸尤其明顯。
  • 被傳動件之轉速頻率會發現在傳動件頻譜上。
皮帶及皮帶輪(二)

皮帶及皮帶輪(二)

  • 當皮帶輪有偏心問題時,其振動頻譜特徵和平衡不良問題一樣,振福主要發生於徑向之一倍頻。
馬達定子偏心

馬達定子偏心

  • 定子偏心會產生氣隙不均而引起振動。
  • 氣隙不均會產生局部發熱而使馬達軸彎曲,故振動會隨操作時間而變大,會在2倍線頻率(120或100Hz)產生高振動。
馬達定子異常

馬達定子異常

  • 定子槽頻率=定子槽數x轉速。
  • 定子槽產生異常時,會產生定子槽頻率高振動。
  • 定子槽頻率同時伴隨馬達轉速之旁波。
馬達轉子偏心

馬達轉子偏心

  • 轉子偏心會產生2倍線頻率,並伴隨著極通頻率(FP= P x 遲滯頻率)。
  • FP 會在低頻區出現(約0.3~2.0 Hz)。
馬達轉子棒鬆動

馬達轉子棒鬆動

  • 轉子棒通過頻率(RBPF)=轉子棒數*轉速。
  • 轉子棒鬆動時會產生 RBPF 及 2xRBPF,並伴隨著 2x FL(120或100Hz)之旁波。
直流馬達異常

直流馬達異常

  • 磁場繞組破損、不良的SCR、聯結器鬆動會產生6倍線頻(360或300Hz)之高振動。

規範說明
廠區環境微振動可適用何種振動規範

為了避免因為設備機能表現所造成的產品不良,關於環境振動建築物結構已有制定振動規範標準,不僅僅是要求不能傾斜、倒塌,更不能有會影響設備運作的任何微小振動,這種規範國際標準組織有制定一系列跟機械振動有關的 ISO-10816 標準,而國外學者依據不同設備的需求提出振動規範,Vibration Criteria,簡稱 VC,定義可參考如下表:

振動規範最大振動值
微米/秒(rms)
加工尺寸微米建議適用環境描述
商業區
Office
400 (84dB)
  • 明顯振動、適用於工廠與無振動管制區。
一般工業區
Workshop
800 (90dB)
  • 有感振動、適用於辦公室與無振動管制區。
住宅區
Residential Day
200 (78dB)75
  • 微感振動、適用於住宅區、電腦機房
  • 一般檢測設備
  • 多數20倍內之光學顯微鏡。房
音樂廳或實驗室
Op. Theatre
100 (72dB)25
  • 無感振動、適用於實驗室、精密檢測設備。
  • 多數100倍內之光學顯微鏡。
VC-A50 (66dB)8
  • 適用於微量天平、光學天平。
  • 近接式和投射式調準器(aligner)
  • 多數400倍內之光學顯微鏡等。
VC-B25 (60dB)3
  • 適用於解析度微3微米之步進式檢驗機(Stepper)
  • 平板印刷機
  • 多數1000倍內之光學顯微鏡。
VC-C12.5 (54dB)1
  • 適用於解析為1微米線寬之平板印刷機和檢驗機。
  • 大部分光電廠精密設備。
VC-D6 (48dB)0.3
  • 適用於TEMs、SEMs等高要求之電子顯微鏡。
  • E-Beam、Scanner等系統。
  • 大部分晶圓廠精密設備。
VC-E3 (42dB)0.1
  • 適用於雷射路徑長、對準目標極小
  • 特殊動態穩定需求的精密儀器。
  • 奈米級製程設備。
  • 為多數廠房環境難以達成的規格標準。
廠區環境微振動

在半導體工業進入奈米級線路以後,對建物的要求再加上了NIST-A跟NIST-A1的規範 :這兩個規範可以說主要目的是在補充 VC 規範在低頻範圍的不足。

設備發生異常振動?

振動服務量測

在實驗室或廠房中,振動的產生常會對於儀器設備有直接或間接的影響。輕微的可能造成實驗數據上的問題,嚴重的話則會使設備機台損壞而造成更大的損失。

固德科技推出振動量測服務,可以藉由量測環境、機台找出振動來源,避免影響實驗或製程結果,甚至可以藉由量測馬達轉子等機具的振動以評估機台品質,達到預知保養的目的!為您把錢花在刀口上,並提升產能及工作效率!

振動服務量測
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#數位轉型 #物聯網 #ESG