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转子设备有哪些规范可以参考?

常见问题|转子设备有哪些规范可以参考?

#转子马达

固德开发的转子品质系统与仪器,皆内建 ISO 规范,只需套用适合的规范即可开始量测,使用者无需专业背景也能轻松上手。

转子设备有哪些规范可以参考?

规范说明
ISO 1940动平衡等级:不同型式转子设备之动平衡等级指南

平衡等级转子类型举例
G 0.4机密磨床心轴、主轴、陀螺仪。
G 1磨床的驱动轴、特殊要求的小电机。
G 2.5燃气轮机、蒸气轮机、船用主涡轮机(商用)、刚性涡轮发电机转子、 转子、压缩机、机床驱动部件、工具机主轴、有特殊要求的中型和大型电机转子、小型电机转子、涡轮泵。
G 6.3加工设备零件、船用主涡轮机(商用)、分离机鼓轮、航空燃气涡轮机 、无特殊要求中大型电动机和发电机(轴高至少80毫米)、风扇、齿轮、机床、纸捲、印刷滚轮、泵浦、涡轮增压器。
G 16特殊要求的传动轴、滚压式部件、农用机械部件,汽车、卡车、 机车的引擎部件,特殊要求的六缸四冲程引擎的曲轴和传动轴。
G 40挠性连接的六缸或六缸以上的柴油机的曲轴和驱动轴。车轮、轮架、 轮座、驱动轴。汽车、卡车、机车的曲轴和传动轴。
G 100高速六缸或六缸以上的柴油机的曲轴和驱动轴,汽车、卡车、 机车的引擎。
G 250刚性连接四冲程柴油机的引擎。
G 630四缸引擎的曲轴和驱动轴,挠性连接的船用柴油机的曲轴和驱动轴。
G 1600大型二冲程引擎的曲轴和驱动轴。
G 4000低速柴油机的刚性曲轴和驱动轴。

规范说明
ISO 机械转子振动规范

ISO 10816

ISO 10816

ISO 10816-3

ISO 10816-3

Zone A 优良新机 新机械,振动品质优良,没有特定期限。
Zone B 正常机械 可接受的振动值,机械可长时间使用,没有特定期限。
Zone C 警告状态 不可长时间使用,必须找适当的时间进行保养修復。
Zone D 危险状态 异常的振动值,足以造成机械损坏,建议即刻修復。

ISO 2372

ISO 2372

分类:
Class I :15kW以下设备,Class II:15kW以下设备
Class III:75kW以上有刚性基础设备,Class IV:75kW以上有挠性基础设备

ISO 17243

ISO 17243

Zone A 优良新机 新机械,振动品质优良,没有特定期限。
Zone B 正常机械 可接受的振动值,机械可长时间使用,没有特定期限。
Zone C 警告状态 不可长时间使用,必须找适当的时间进行保养修復。
Zone D 危险状态 异常的振动值,足以造成机械损坏,建议即刻修復。

备註: ISO 17243是经由许多家相关大型企业,共同花费超过15年的时间,累积非常大量机械种类,以及实验数据所制定而成的经验标准

转子特徵
频谱振动特徵表

平衡不良的振动特徵

平衡不良的振动特徵

  • 振动频谱主要发生于一倍转速。
  • 振动方向通常都发生于径向。
  • 轴向振幅很小,远小于径向之1/3。
  • 不论在径向或轴向,2倍、3倍、4倍或其他倍频之振动,几乎没有。
轴弯曲的振动特徵

轴弯曲的振动特徵

  • 轴中心处弯曲会造成1倍转速频率之振动,振动方向主要发生于轴向。
  • 靠近联轴器的弯曲造成2倍转速频率之振动,振动方向亦发生于轴向。
对心不良的振动特徵

对心不良的振动特徵

  • 振动频率主要发生于1倍、2倍或3倍转速上。
  • 因大部分之不对心乃混合式不对心(角度式+平行式),故振动方向同时来自于径向和轴向。
机械松动的振动特徵

机械松动的振动特徵

不论外松动或内松动,频谱均会显示明显之1x、2x、3x...7x、8x或更高之转速频率,且径向和轴向都有相同特徵。而外松动与内松动的频谱通常还是有些微不同之处。

转轴摩擦的振动特徵

转轴摩擦的振动特徵

  • 当旋转件与固定件摩擦时,其频谱与松动相似。
  • 通常会激发转速的整数分数的次简谐振动频率(1/2、1/3、1/4...)。
滚动轴承损坏

滚动轴承损坏

  • 轴承滚动件损坏频率(BSF)BSF=1/2 xRPM x Pd/Bb x(1-Bd/Pd x cosø)2)
  • 轴承内环轨道损坏频率(BPFI)BSFI=1/2 xRPM x N x(1-Bd/Pd x cosø)
  • 轴承外环轨道损坏频率(BPFO)BSFO=1/2 xRPM x N x(1+Bd/Pd x cosø)
  • 轴承保持器损坏频率(FTF)FTF=1/2 xRPM x (1xBd/Pd x cosø)
叶片振动

叶片振动

  • 叶片频率(BPF)=叶片数x转速,此为泵浦,风车和压缩机的固有频率。
  • 但若设计不当,扩散片磨损,管路陡弯,扰流阻碍或转轴偏心,皆会引起高BPF。
流体扰流

流体扰流

  • 当空气在进出风车,压力或速度产生突然之变化时,会引起扰流现象。
  • 扰流通常会产生随机,低频的振动,范围约在1~30Hz间。
孔蚀现象

孔蚀现象

  • 当泵浦入口压力不足时,易产生孔蚀(气穴)现象。
  • 孔蚀通常会产生随机,高频且宽频域的振动,会对泵浦内部造成腐蚀。
齿轮振动(正常)

齿轮振动(正常)

  • 齿轮啮合频率(GMF)=齿轮x转速
  • GMF为齿轮机构固有之频率,其大小代表负荷之多寡,而非磨耗。
齿轮振动(异常)

齿轮振动(异常)

  • 齿轮磨耗、偏心或两轴不平行时的频谱特徵为:齿轮自然频率会被激发出来 fn。
  • GMF 变大,并伴随着磨耗齿轮转速之旁波磨耗增加,旁波亦会增多加大,偏心或两轴不平行时,会有2倍 GMF 出现。
皮带及皮带轮(一)

皮带及皮带轮(一)

  • 皮带频率= 3.14 x皮带轮直径x转速/皮带长度。
  • 皮带发生磨破、松动、或配合错误时,常会引发 1x、2x、3x、4x 的皮带频率。
皮带及皮带轮(二)

皮带及皮带轮(二)

  • 皮带轮不对心时,会在1x转速显现高振动轴尤其明显。
  • 被传动件之转速频率会发现在传动件频谱上。
皮带及皮带轮(二)

皮带及皮带轮(二)

  • 当皮带轮有偏心问题时,其振动频谱特徵和平衡不良问题一样,振福主要发生于径向之一倍频。
马达定子偏心

马达定子偏心

  • 定子偏心会产生气隙不均而引起振动。
  • 气隙不均会产生局部发热而使马达轴弯曲,故振动会随操作时间而变大,会在2倍线频率(120或100Hz)产生高振动。
马达定子异常

马达定子异常

  • 定子槽频率=定子槽数x转速。
  • 定子槽产生异常时,会产生定子槽频率高振动。
  • 定子槽频率同时伴随马达转速之旁波。
马达转子偏心

马达转子偏心

  • 转子偏心会产生2倍线频率,并伴随着极通频率(FP= P x 迟滞频率)。
  • FP 会在低频区出现(约0.3~2.0 Hz)。
马达转子棒松动

马达转子棒松动

  • 转子棒通过频率(RBPF)=转子棒数*转速。
  • 转子棒松动时会产生 RBPF 及 2xRBPF,并伴随着 2x FL(120或100Hz)之旁波。
直流马达异常

直流马达异常

  • 磁场绕组破损、不良的SCR、联结器松动会产生6倍线频(360或300Hz)之高振动。

规范说明
厂区环境微振动可适用何种振动规范

为了避免因为设备机能表现所造成的产品不良,关于环境振动建筑物结构已有制定振动规范标准,不仅仅是要求不能倾斜、倒塌,更不能有会影响设备运作的任何微小振动,这种规范国际标准组织有制定一系列跟机械振动有关的 ISO-10816 标准,而国外学者依据不同设备的需求提出振动规范,Vibration Criteria,简称 VC,定义可参考如下表:

振动规范最大振动值
微米/秒(rms)
加工尺寸微米建议适用环境描述
商业区
Office
400 (84dB)
  • 明显振动、适用于工厂与无振动管制区。
办公室
Workshop
800 (90dB)
  • 有感振动、适用于办公室与无振动管制区。
住宅区
Residential Day
200 (78dB)75
  • 微感振动、适用于住宅区、电脑机房
  • 一般检测设备
  • 多数20倍内之光学显微镜。房
手术室
Operating Theatre (ISO)
100 (72dB)25
  • 无感振动、适用于实验室、精密检测设备。
  • 多数100倍内之光学显微镜。
VC-A50 (66dB)8
  • 适用于微量天平、光学天平。
  • 近接式和投射式调准器(aligner)
  • 多数400倍内之光学显微镜等。
VC-B25 (60dB)3
  • 适用于解析度微3微米之步进式检验机(Stepper)
  • 平板印刷机
  • 多数1000倍内之光学显微镜。
VC-C12.5 (54dB)1
  • 适用于解析为1微米线宽之平板印刷机和检验机。
  • 大部分光电厂精密设备。
VC-D6.25 (48dB)0.3
  • 适用于TEMs、SEMs等高要求之电子显微镜。
  • E-Beam、Scanner等系统。
  • 大部分晶圆厂精密设备。
VC-E3.125 (42dB)0.1
  • 适用于雷射路径长、对准目标极小
  • 特殊动态稳定需求的精密仪器。
  • 奈米级製程设备。
  • 为多数厂房环境难以达成的规格标准。
厂区环境微振动

在半导体工业进入奈米级线路以后,对建物的要求再加上了NIST-A跟NIST-A1的规范 :这两个规范可以说主要目的是在补充 VC 规范在低频范围的不足。

设备发生异常振动?

振动服务量测

在实验室或厂房中,振动的产生常会对于仪器设备有直接或间接的影响。轻微的可能造成实验数据上的问题,严重的话则会使设备机台损坏而造成更大的损失。

固德科技推出振动量测服务,可以藉由量测环境、机台找出振动来源,避免影响实验或製程结果,甚至可以藉由量测马达转子等机具的振动以评估机台品质,达到预知保养的目的!为您把钱花在刀口上,并提升产能及工作效率!

振动服务量测
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#数位转型 #物联网 #ESG