[Data] 전동 모터 이상탐지 및 분류를 위한 주파수 분석

1. 데이터 취득

• Sampling rate 25.6kHz 
• DC Motor, 자체 제작 실험환경
• 데이터 파일 당 102,400개 포인트

2. FFT 모터 주파수 분석

1. Normal

• 정상상태 모터의 주파수는 진동 차수(Harmonic)가 반비례한다. 현재 실험 세트의 모터는 약 3600rpm을 가지고 있으므로 진동차수는 1차 60Hz, 2차 120Hz, 3차 180Hz로 이루어져 있다.
• 위 FFT 주파수 분석 결과 1차, 2차, 3차 진동 차수 순으로 amplitude가 감소하는 것을 확인할 수 있다.

2.  Misalignment

• 오정렬(Misalignment) 상태는 Parallel Misalignment(지면과 모터의 축은 평행하나 베어링을 기준으로 단차가 존재할 떄)와 Angular Misalignment(지면과 모터의 축이 베어링을 기준으로 평행하지 않을 때) 두 가지로 나눌 수 있다.
• 이 그래프의 Misalignment는 Angular Misalignment 상태이다. Misalignment 상태에서는 정상 상태와는 달리 2차 진동 차수가 1차 진동 차수보다 Amplitude가 높은 것을 볼 수 있다.

3. Unbalance

• 불균형(Unbalance) 상태는 모터 축의 무게 / 질량 중심이 회전 중심과 일치하지 않는 경우 원심력이 발생하는 것으로, Single plane imbalance(단일 평면 불균형, 모터 양측 샤프트의 불균형 방향이 한 방향일 때)와 Two plane imbalance(양 평면 불균형, 모터 양측 샤프트의 불균형 방향이 정반대일 때)로 나뉜다.
• 이 그래프의  Unbalance는 Single plane imbalance 상태이다. Unbalance 상태에서는 1차 진동 차수의 Amplitude가 몹시 높게 나타난다.

4. Damaged Bearing

정상상태 베어링

 

결함 베어링

• 베어링 고장(Damaged Bearing) 상태는 외륜 베어링 결함, 내륜 베어링 결함, 케이지 고장, 베어링 볼 고장의 4가지 고장상태로 나뉜다. 각각의 고장상태는 베어링 볼의 개수, 접촉각, 내륜과 외륜 지름, RPM을 기반으로 서로 다른 고주파수 영역에서 특징적으로 드러난다.
• 이 그래프의 Damaged Bearing은 케이지 결함상태를 재현하였고, 베어링 고장 종류에 따른 분류에 가중을 두지 않았으므로 위 네 가지 고장 상태를 통틀어 베어링 결함 상태로 보았다. 고주파 영역에서 많은 Amplitude가 발생하는 것을 확인할 수 있다.