تحلیل ارتعاش (Vibration Analysis) یکی از قدرتمندترین و غیرمخرب‌ترین ابزارهای نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه (PdM) است که با تجزیه و تحلیل سیگنال‌های لرزشی دستگاه، قادر به تشخیص ایرادات پنهان و در حال توسعه در اجزای داخلی ماشین‌آلات (مانند یاتاقان‌ها و گیربکس‌ها) است، قبل از آنکه این ایرادات منجر به توقف فاجعه‌بار و پرهزینه شوند.

این فناوری با تبدیل سیگنال ارتعاش از حوزه زمان به حوزه فرکانس (Frequency Domain) از طریق تبدیل فوریه سریع (FFT) عمل می‌کند، که در آن هر ایراد مکانیکی یک "امضای فرکانسی" منحصر به فرد ایجاد می‌کند.

۱. مکانیسم تشخیص ایرادات پنهان

ایرادات پنهان توسط تحلیل ارتعاش از طریق پایش سه نوع فرکانس اصلی کشف می‌شوند:

1. فرکانس‌های همگام (Synchronous Frequencies - $1\times$ RPM): این فرکانس‌ها مضرب مستقیم سرعت چرخش شفت هستند (مثلاً $1\times$، $2\times$، $3\times$ RPM).

2. فرکانس‌های غیرهمگام (Non-Synchronous Frequencies): فرکانس‌هایی که مستقل از سرعت شفت هستند و مستقیماً توسط هندسه قطعات داخلی معیوب (مانند المان‌های یاتاقان یا دندانه‌های چرخ‌دنده) تولید می‌شوند.

3. باندهای فرکانسی (Sidebands): گروه‌های کوچکی از فرکانس‌ها در اطراف فرکانس‌های اصلی، که نشان‌دهنده مدولاسیون سیگنال اصلی توسط یک عیب دیگر هستند.

۲. تشخیص عیوب هندسی پنهان (خطاهای مونتاژ)

این عیوب اغلب پس از اورهال (مونتاژ مجدد) ایجاد می‌شوند و به شدت عمر قطعات جدید را کاهش می‌دهند:

الف) عدم تعادل (Unbalance)

ایراد پنهان: توزیع نامتوازن جرم در اطراف محور چرخش شفت. این مشکل در سرعت‌های بالا تنش زیادی به یاتاقان‌ها وارد می‌کند.

امضای فرکانسی: یک قله بزرگ و غالب در فرکانس $1\times$ RPM (یک برابر سرعت چرخش شفت).

ب) عدم تراز (Misalignment)

ایراد پنهان: تراز نبودن شفت‌های کوپل‌شده موتور و پمپ یا موتور و گیربکس. این عیب فشار جانبی (Side Load) شدیدی به یاتاقان‌ها وارد می‌کند.

امضای فرکانسی: قله‌های ارتعاش بالا در فرکانس‌های $2\times$ RPM و اغلب $3\times$ RPM. این امضا به طور قطع نشان‌دهنده خطای مونتاژی است.

۳. تشخیص تخریب قطعات داخلی (عیوب درون محفظه)

این ایرادات در داخل محفظه یا پوسته دستگاه پنهان هستند و با چشم یا تست دما قابل تشخیص نیستند.

الف) عیوب یاتاقان (Bearing Defects)

یاتاقان‌ها دارای چهار جزء هستند که هر کدام فرکانس شکست خاص خود را دارند (BPFI, BPFO, BSF, FTF).

ایراد پنهان: ترک، گودال‌شدگی (Pitting) یا سایش در یکی از مسیرهای داخلی (Inner Race) یا خارجی (Outer Race).

امضای فرکانسی: ارتعاش در فرکانس‌های غیرهمگام با سرعت شفت (BPFO یا BPFI). این فرکانس‌ها بسیار دقیق هستند و امکان تشخیص محل دقیق آسیب را فراهم می‌کنند. تشخیص زودهنگام این فرکانس‌ها اولین هشدار قبل از شکست کامل یاتاقان است.

ب) عیوب گیربکس (Gearbox Defects)

ایراد پنهان: سایش یک دندانه، شکستگی جزئی دندانه، یا تنظیم نبودن لقی (Backlash) چرخ‌دنده‌ها.

امضای فرکانسی: قله‌های ارتعاش در فرکانس Gear Mesh Frequency (GMF) (حاصل ضرب سرعت شفت در تعداد دندانه‌ها). وجود نوارهای جانبی (Sidebands) در اطراف GMF، نشان‌دهنده مدولاسیون و احتمالاً آسیب جدی به یک یا چند دندانه است.

ج) لقی مکانیکی (Mechanical Looseness)

ایراد پنهان: شل شدن پیچ‌های پایه‌ها، یاتاقان‌ها یا شاسی داخلی دستگاه. این مشکل در دور آرام ممکن است پنهان باشد.

امضای فرکانسی: ایجاد هارمونیک‌های متعدد و نویزدار در طیف ارتعاش و وجود قله‌هایی در فرکانس‌های زیرهمگام (Sub-Harmonics) مانند $1/2\times$ RPM.

۴. نقش تحلیل ارتعاش در ارزیابی پس از اورهال

تحلیل ارتعاش پس از اورهال نقش حیاتی در تضمین کیفیت مونتاژ دارد:

1. ردیابی خطای مونتاژ: همانطور که ذکر شد، ارتعاش در فرکانس $2\times$ RPM (عدم تراز) یا $1\times$ RPM (عدم تعادل) در ساعات اولیه کار نشان می‌دهد که اورهال با خطای انسانی همراه بوده و باید فوراً رفع شود تا قطعات جدید به صورت زودهنگام تخریب نشوند.

2. تنظیم خط مبنا (New Baseline): ارتعاش پس از یک اورهال موفق، به پایین‌ترین حد خود می‌رسد. این مقدار به عنوان "خط مبنای سلامت جدید" در سیستم ثبت می‌شود و تمام ارتعاشات آینده با این مقدار مقایسه می‌شوند تا زمان اورهال بعدی با دقت پیش‌بینی شود.

3. غیرمخرب بودن: تحلیل ارتعاش به تیم فنی اجازه می‌دهد تا کیفیت کار را بدون نیاز به باز کردن مجدد دستگاه یا قطع تولید، تأیید کند.