فهم أشكال الوضع في ديناميكيات الدوار
التعريف: ما هو شكل الوضع؟
A شكل الوضع (يُسمى أيضًا وضع الاهتزاز أو الوضع الطبيعي) هو النمط المكاني المميز للتشوه الذي الدوار يفترض النظام عند الاهتزاز في أحد أجزائه الترددات الطبيعية. يصف السعة النسبية ومرحلة الحركة في كل نقطة على طول الدوار عندما يتذبذب النظام بحرية عند تردد رنين محدد.
يرتبط كل شكل من أشكال الوضع بتردد طبيعي محدد، ويشكلان معًا وصفًا كاملاً للسلوك الديناميكي للنظام. يُعد فهم أشكال الوضع أمرًا أساسيًا لـ ديناميكيات الدوار, ، كما يحددون المكان السرعات الحرجة تحدث وكيف يستجيب الدوار لقوى الإثارة المختلفة.
الوصف المرئي لأشكال الوضع
يمكن تصور أشكال الوضع على هيئة منحنيات انحراف عمود الدوار:
الوضع الأول (الوضع الأساسي)
- شكل: قوس أو قوس بسيط، مثل حبل القفز مع سنام واحد
- نقاط العقدة: صفر (يتم دعم العمود عند المحامل، والتي تعمل كعقد تقريبية)
- أقصى انحراف: عادة ما تكون بالقرب من منتصف المسافة بين المحامل
- تكرار: أدنى تردد طبيعي للنظام
- السرعة الحرجة: السرعة الحرجة الأولى تتوافق مع هذا الوضع
الوضع الثاني
- شكل: منحنى على شكل حرف S مع نقطة عقدة واحدة في المنتصف
- نقاط العقدة: عقدة داخلية واحدة حيث يكون انحراف العمود صفرًا
- أقصى انحراف: موقعين، واحد على كل جانب من العقدة
- تكرار: أعلى من الوضع الأول، عادةً 3-5 أضعاف تردد الوضع الأول
- السرعة الحرجة: السرعة الحرجة الثانية
الوضع الثالث والأعلى
- شكل: أنماط الموجات المعقدة بشكل متزايد
- نقاط العقدة: اثنان للوضع الثالث، وثلاثة للوضع الرابع، وهكذا.
- تكرار: ترددات أعلى تدريجيا
- الأهمية العملية: عادةً ما يكون مناسبًا فقط للدوارات عالية السرعة أو شديدة المرونة
الخصائص الرئيسية لأشكال الوضع
التعامد
أشكال الأنماط المختلفة متعامدة رياضيًا مع بعضها البعض، أي أنها مستقلة. لا يُثير مُدخل الطاقة عند تردد نمطي واحد أنماطًا أخرى (في الأنظمة الخطية المثالية).
تطبيع
عادةً ما تُطبَّق أشكال الأنماط، مما يعني أن أقصى انحراف يُقاس بقيمة مرجعية (غالبًا 1.0) لأغراض المقارنة. يعتمد مقدار الانحراف الفعلي على سعة التأثير و التخميد.
نقاط العقدة
العقد هي مواقع على طول العمود حيث يبقى الانحراف صفرًا أثناء الاهتزاز في هذا الوضع. عدد العقد الداخلية يساوي (رقم الوضع - ١):
- الوضع الأول: 0 عقدة داخلية
- الوضع الثاني: 1 عقدة داخلية
- الوضع الثالث: 2 عقدة داخلية
نقاط العقدة المضادة
العقد المضادة هي مواقع أقصى انحراف في شكل الوضع. هذه هي نقاط الإجهاد الأكبر والفشل المحتمل أثناء الاهتزاز الرنيني.
الأهمية في ديناميكيات الدوار
التنبؤ بالسرعة الحرجة
كل شكل من أشكال الوضع يتوافق مع السرعة الحرجة:
- عندما تتطابق سرعة تشغيل الدوار مع التردد الطبيعي، يتم إثارة شكل هذا الوضع
- ينحرف الدوار وفقًا لنمط شكل الوضع
- عدم التوازن تسبب القوى أقصى قدر من الاهتزاز عند محاذاتها مع مواقع العقد المضادة
استراتيجية الموازنة
دليل أشكال الوضع موازنة إجراءات:
- الدوارات الصلبة: التشغيل بأقل من السرعة الحرجة الأولى؛ موازنة بسيطة ذات مستويين كافية
- دوارات مرنة: التشغيل فوق المستوى الحرج الأول؛ قد يتطلب موازنة الأنماط استهداف أشكال وضع محددة
- موقع مستوى التصحيح: أكثر فعالية عند وضعها في مواقع العقدة المضادة
- مواقع العقد: إن إضافة أوزان التصحيح في العقد لها تأثير ضئيل على هذا الوضع
تحليل الفشل
تشرح أشكال الوضع أنماط الفشل:
- تظهر شقوق التعب عادة في مواقع العقدة المضادة (أقصى إجهاد للانحناء)
- من المرجح أن تحدث أعطال المحمل في أماكن ذات انحراف كبير
- تحدث الاحتكاكات في المكان الذي يؤدي فيه انحراف العمود إلى اقتراب الدوار من الأجزاء الثابتة
تحديد أشكال الوضع
الأساليب التحليلية
1. تحليل العناصر المحدودة (FEA)
- النهج الحديث الأكثر شيوعًا
- تم تصميم الدوار كسلسلة من عناصر الشعاع ذات خصائص الكتلة والصلابة والقصور الذاتي
- تحليل القيم الذاتية يحسب الترددات الطبيعية وأشكال الوضع المقابلة
- يمكن أن يفسر الهندسة المعقدة وخصائص المواد وخصائص المحمل
2. طريقة مصفوفة النقل
- تقنية التحليل الكلاسيكية
- الدوار مقسم إلى محطات ذات خصائص معروفة
- مصفوفات النقل تنشر الانحراف والقوى على طول العمود
- فعالة لتكوينات العمود البسيطة نسبيًا
3. نظرية الشعاع المستمر
- بالنسبة للأعمدة الموحدة، تتوفر حلول تحليلية
- يوفر تعبيرات مغلقة الشكل للحالات البسيطة
- مفيد للأغراض التعليمية والتصميم الأولي
الأساليب التجريبية
1. الاختبار النموذجي (اختبار التأثير)
- عمود الضرب بمطرقة آلية في مواقع متعددة
- قياس الاستجابة باستخدام مقاييس التسارع في نقاط متعددة
- تكشف وظائف الاستجابة للتردد عن الترددات الطبيعية
- شكل الوضع المستخرج من سعات الاستجابة النسبية والمراحل
2. قياس شكل الانحراف التشغيلي (ODS)
- قياس الاهتزاز في مواقع متعددة أثناء التشغيل
- عند السرعات الحرجة، يقترب ODS من شكل الوضع
- يمكن القيام بذلك باستخدام الدوار في الموقع
- يتطلب أجهزة استشعار متعددة أو تقنية استشعار متجول
3. مصفوفات مجسات القرب
- أجهزة استشعار غير تلامسية في مواقع محورية متعددة
- قياس انحراف العمود مباشرة
- أثناء بدء التشغيل/الانحدار، يكشف نمط الانحراف عن أشكال الوضع
- الطريقة التجريبية الأكثر دقة لتشغيل الآلات
اختلافات شكل الوضع والتأثيرات
تأثيرات صلابة المحمل
- المحامل الصلبة: العقد في مواقع المحمل؛ أشكال الوضع أكثر تقييدًا
- المحامل المرنة: حركة كبيرة في مواقع المحمل؛ أشكال الوضع أكثر توزيعًا
- المحامل غير المتماثلة: أشكال مختلفة للوضع في الاتجاه الأفقي مقابل الاتجاه الرأسي
الاعتماد على السرعة
بالنسبة للأعمدة الدوارة، يمكن أن تتغير أشكال الوضع مع السرعة بسبب:
- التأثيرات الجيروسكوبية: تسبب في تقسيم الأوضاع إلى دوامة أمامية وخلفية
- تغييرات صلابة المحمل: تتصلب محامل الغشاء السائل مع السرعة
- التصلب بالطرد المركزي: عند السرعات العالية جدًا، تعمل قوى الطرد المركزي على إضافة الصلابة
أوضاع الدوران للأمام مقابل للخلف
بالنسبة للأنظمة الدوارة، يمكن أن يحدث كل وضع في شكلين:
- الدوران للأمام: يدور مدار العمود في نفس اتجاه دوران العمود
- الدوران للخلف: يدور المدار عكس دوران العمود
- تقسيم التردد: تتسبب التأثيرات الجيروسكوبية في أن يكون للأوضاع الأمامية والخلفية ترددات مختلفة
التطبيقات العملية
تحسين التصميم
يستخدم المهندسون تحليل شكل الوضع من أجل:
- وضع المحامل لتحسين أشكال الوضع (تجنب العقد المضادة في مواقع المحامل)
- تحديد حجم أقطار العمود لتحريك السرعات الحرجة بعيدًا عن نطاق التشغيل
- حدد صلابة المحمل لتشكيل استجابة نموذجية بشكل إيجابي
- إضافة أو إزالة الكتلة في مواقع استراتيجية لتحويل الترددات الطبيعية
استكشاف الأخطاء وإصلاحها
عندما يحدث اهتزاز مفرط:
- مقارنة سرعة التشغيل بالسرعات الحرجة المتوقعة من تحليل شكل الوضع
- تحديد ما إذا كان يعمل بالقرب من الرنين
- تحديد الوضع الذي يتم إثارته
- حدد استراتيجية التعديل لتحويل الوضع الإشكالي بعيدًا عن سرعة التشغيل
موازنة الأنماط
موازنة الأنماط بالنسبة للدوارات المرنة، يتطلب الأمر فهم أشكال الوضع:
- يجب موازنة كل وضع بشكل مستقل
- تم توزيع أوزان التصحيح لتتناسب مع أنماط شكل الوضع
- الأوزان في العقد ليس لها تأثير على هذا الوضع
- مستويات التصحيح المثالية الموجودة في العقد المضادة
التصور والتواصل
يتم تقديم أشكال الوضع عادةً على النحو التالي:
- منحنيات الانحراف: مخططات ثنائية الأبعاد تُظهر الانحراف الجانبي مقابل الموضع المحوري
- الرسوم المتحركة: التصور الديناميكي الذي يظهر العمود المتذبذب
- العروض ثلاثية الأبعاد: للأشكال الهندسية المعقدة أو الأوضاع المقترنة
- خرائط ملونة: مقدار الانحراف المشار إليه بواسطة الترميز اللوني
- البيانات الجدولية: القيم العددية للانحراف في المحطات المنفصلة
أشكال الوضع المقترن والمعقد
اقتران جانبي-توائي
في بعض الأنظمة، يتم ربط وضعي الانحناء (الجانبي) والالتواء (الالتواء) بما يلي:
- يحدث في الأنظمة ذات المقاطع العرضية غير الدائرية أو الأحمال المزاحة
- يتضمن شكل الوضع كل من الانحراف الجانبي والالتواء الزاوي
- يتطلب تحليلا أكثر تطورا
أوضاع الانحناء المقترنة
في الأنظمة ذات الصلابة غير المتماثلة:
- الوضعان الأفقي والرأسي
- تصبح أشكال الوضع بيضاوية بدلاً من خطية
- شائع في الأنظمة ذات المحامل أو الدعامات المتباينة الخواص
المعايير والمبادئ التوجيهية
تتناول العديد من المعايير تحليل شكل الوضع:
- واجهة برمجة التطبيقات 684: إرشادات لتحليل ديناميكيات الدوار بما في ذلك حساب شكل الوضع
- ISO 21940-11: أشكال وضع المراجع في سياق موازنة الدوار المرن
- VDI 3839: المعيار الألماني لموازنة الدوار المرن مع مراعاة الاعتبارات النمطية
العلاقة مع مخططات كامبل
مخططات كامبل يُظهر الترددات الطبيعية مقابل السرعة، حيث يُمثل كل منحنى وضعًا. يُحدد شكل الوضع المرتبط بكل منحنى ما يلي:
- كيف يثير عدم التوازن في مواقع مختلفة هذا الوضع بقوة
- أين يجب وضع أجهزة الاستشعار لتحقيق أقصى قدر من الحساسية
- ما هو نوع تصحيح التوازن الذي سيكون أكثر فعالية؟
يؤدي فهم أشكال الأوضاع إلى تحويل ديناميكيات الدوار من التوقعات الرياضية المجردة إلى رؤية فيزيائية حول كيفية تصرف الآلات الحقيقية، مما يتيح تصميمًا أفضل واستكشاف الأخطاء وإصلاحها بشكل أكثر فعالية واستراتيجيات موازنة مثالية لجميع أنواع المعدات الدوارة.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 