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振動量測是什麼？設備振動監測、分析與故障判斷

常見問題｜振動量測是什麼？設備振動監測、分析與故障判斷

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#預知保養

機械必定會產生振動，但您知道這個振動是正常還是異常？運用量測服務了解機台的健康數據。

為什麼要用振動量測？
振動數據-判定機台設備健康的重要依據

機械必定會產生振動，但您知道這個振動是正常還是異常？運用量測服務了解機台的健康數據。
您的設備振動異常嗎？您知道環境下的共振現象也會影響機台設備操作品質嗎？要了解設備的健康狀態監控便是需要設備具有感知能力。現在只要搭配感測技術藉由紀錄與差異分析所產生的訊號數據，便可以判定機台是否維持正常運作。利用這些振動訊號能夠提早發現或預知可能發生機械故障、老化、偏移、等各種複雜的動態行為。是幫助業者在提升生產良率及研發效率的重要依據。

什麼是振動？
常見振動來源有哪些？

振動，指一個物體相對於靜止參照物或處於平衡狀態的一種來回往復運動，可以是單一頻率、少數個頻率、許多個頻率所組合而成，可以是週期性或是非週期性（隨機性）的。旋轉體之靜態與動態不平衡、往復運動體之慣性力、衝擊負荷變動。

振動訊號如何分析？
FFT 頻譜分析原理

振動訊號是由多個部件產生，訊號藉Fast Fourier transform(FFT) 快速傅立葉轉換，得到頻域訊號各頻率組成

什麼是振動？
轉動設備為什麼會產生振動？

任何繞著某中心旋轉之設備都可稱為轉動設備，工廠中常見的包括 風扇、馬達、幫浦、及壓縮機等。其他常見的廠區設備結構還有：移動螺桿、捲帶、機械手臂、轉動、切割、接合等。然而任何轉動機械不可能是十全十美之狀況，因此在運轉時會產生一些往復式之作用力作用於機械上，而有其振動產生，因此機械上之振動有下列之實質意義。

離心力與振動：對於具有不平衡質量的轉動機械，在迴轉時會產生離心力（外力-INPUT），此離心外力造成結構的反覆變形（結構的反應），即為振動（OUTPUT）

什麼是振動？
振動單位：位移、速度、加速度差異

振幅代表振動的大小或強度，可用位移、速度及加速度三種物理量來表示。 振幅幾種較常用的表示方式，如Peak to Peak值(P-P值)、Peak值(P值)、RMS值。

什麼是振動？
振動三要素：振幅、頻率與相位

振動三要素：振幅、頻率、相位

什麼是振動？
振動量測要看位移、速度還是加速度？

設備振動可透過位移（Displacement）、速度（Velocity）與加速度（Acceleration）三種方式呈現，不同參數適合觀察的設備狀態與頻率範圍也不同。實際進行振動量測時，應依設備轉速、機械結構及欲判斷的故障類型選擇適合的量測參數。

位移（Displacement）
代表設備振動時移動的距離，常以 μm、mm 等單位表示，較適合觀察低頻、低轉速設備及軸振動，可了解設備振動的實際偏移程度。

速度（Velocity）
代表振動位移隨時間的變化程度，常以 mm/s 表示，可反映旋轉設備整體振動強度，因此馬達、泵浦、風機、壓縮機等轉動設備的振動品質評估經常使用振動速度。

加速度（Acceleration）
代表振動速度隨時間的變化程度，常以 m/s² 或 g 表示，對高頻及衝擊訊號較敏感，因此適合用於軸承、齒輪及早期機械缺陷的振動分析。

什麼是振動？
常見設備異常振動有哪些？

設備運轉時本身就會產生振動，因此「有振動」不一定代表設備異常。當振幅、頻率或振動特徵與正常運轉狀態產生明顯差異時，才可能代表設備結構、轉子、軸承或其他機械部件出現異常。

常見的設備異常振動包含：

1. 不平衡（Unbalance）
當轉子質量分布不均，旋轉時會產生週期性的離心力，振動頻譜通常可觀察到較明顯的 1X 轉頻。

2. 對中不良（Misalignment）
馬達與負載端軸心沒有正確對中時，可能產生徑向或軸向振動，頻譜中常可觀察 1X、2X 等轉頻成分。

3. 機械鬆動（Mechanical Looseness）
設備底座、螺栓或結構件鬆動，可能使振動放大，並產生多倍頻、衝擊或不穩定的振動特徵。

4. 軸承缺陷（Bearing Defect）
軸承內環、外環、滾動體或保持架產生磨耗及損傷時，可能出現高頻衝擊及特定的軸承故障頻率。

5. 共振（Resonance）
當設備運轉產生的激振頻率接近機械結構的自然頻率時，振幅可能被明顯放大，長時間運轉可能增加設備損傷風險。

透過振動趨勢、FFT 頻譜與設備轉速等資訊交叉分析，可進一步辨識不同的異常特徵，協助工程人員縮小故障原因範圍。

振動量測
藉由振動量測技術避免更嚴重的損失

輕微的振動會產生噪音，使在環境中的人感到不舒適或是工作中的機台及精密儀器產生誤差；當振動更嚴重的時候更會造成環境中的人體上危害或機台儀器損害；大部分的機械、設備及結構都會有振動問題產生：如汽車引擎、飛機渦輪、機器馬達、工具機主軸、建築物的樓板等。 以過去的經驗而言，在機台品質保養管理上均是出現問題才進行維護工作；但通常產生不正常振動時，一般而言極難察覺但卻容易造成其他部件的耗損，因而導致更嚴重的損失。

透過固德開發的特殊運算法及結合標準資料庫，經過量測機台設備累積數據後，分析數據便可以定義出標準門檻值，有助於巡檢量測由此得知設備是否正常。振動量測技術也不再只是基本的量測振動，更可以積極地藉由振動量測數據，提供機台儀器預知保養的參考，利用量測數據來監控機台儀器運轉狀況因而提早維修，避免在生產時有停機維修的問題產生，可有效的降低相關企業的營運成本。

振動量測
振動量測如何應用於設備預知保養？

振動的變化代表機械運轉之變化，當振動變大時，通常代表機械有問題產生，振動僅為機械之狀況表徵，降低振動實際上是減低引起振動之作用力。作用力之產生，可能根源於機械之某些原因，如不平衡、對心不良等。振動無法完全消除，只可能減低於某程度以內。

利用量測轉子機械非轉動部位的振動來評鑑轉子健康狀況
任何繞著某中心旋轉之設備都可稱為轉動設備（轉子機械），工廠中常見的包括風扇、馬達、幫浦、及壓縮機等。

任何轉子機械不可能是十全十美之狀況，因此在運轉時會產生一些往復式之作用力作用於機械上，而有其振動產生。再者，機器手臂或是機械搬送裝置在移動過程中亦牽涉到馬達運轉及螺桿滑軌等機械裝置的運動，其中移動、旋轉、往復、停止等動作皆會有一定程度的振動行為產生，可藉由監測上述動作所產生的振動行為來判別機台裝置的優劣情況以及利用監控製程過程中的振動變化來評估製程結果的差異性。