Mexaniki Sistemlərdə Rezonansı Anlamaq
Rezonans sistem öz tezliklərindən birinə uyğun gələn dövri qüvvəyə məruz qaldıqda baş verən fiziki hadisədir. təbii tezliklər. Bu tezlik uyğunluğu baş verdikdə, sistem son dərəcə böyük amplitudalarla titrəməyə başlayır: giriş qüvvəsindən gələn enerji sistemə yüksək səmərəliliklə ötürülür, beləliklə vibrasiya Hər dövrdə dramatik şəkildə artır. Rezonansda amplitudanı nəhayət məhdudlaşdıran yeganə amil sistemin amortizasiya. Rezonası anlamaq və ondan qaçmaq rotor dinamikası və maşın diaqnostikası sahələrinin əsas tapşırıqlarından biridir, çünki az sayda vəziyyət avadanlığı bu qədər tez məhv edə bilər.
1. Tərif: Rezonans nədir?
Rezonasans ən yaxşı şəkildə bir sual kimi başa düşülür vaxtlama, məcbur etmə. Strukturun öz ritmi ilə ayaqlaşan mülayim bir stimul, ritmdən kənar tətbiq olunan daha güclü qüvvədən qat-qat böyük reaksiya yaradacaq. Hər düzgün vaxtlanmış giriş o dövr ərzində sönümün aradan qaldıra biləcəyindən bir qədər çox enerji əlavə edir, beləliklə amplituda sönümün hər dövrdə yaydığı enerji təchiz olunan enerji ilə tarazlaşana qədər artır. Zəif sönümlü sistemdə bu tarazlıq nöqtəsinə yalnız çox yüksək amplitudada çatılır — buna görə də rezonans təhlükəlidir. Onun baş verdiyi tezlik tamamilə sistemin kütləsi və sərtlik.
2. Təbii tezlik və rezonans arasındakı əlaqə
Rezonansı başa düşmək üçün əvvəlcə təbii tezliyi başa düşməlisiniz. Hər bir fiziki cismin narahat olduğu zaman titrəyəcəyi təbii tezliklər dəsti var. Bunlar onun kütləsi və sərtliyi ilə müəyyən edilir. Rezonans, obyekti təbii tezliklərdən biri ilə eyni sürətlə davamlı olaraq "itələdiyiniz" zaman baş verən şeydir.
Klasik analoji uşağı yelləncəkdə itələməkdir:
- Uşağın mindiyi yellənməyin təbii xüsusi tezliyi ipin uzunluğu (sərtliyi) və uşağın kütləsi ilə müəyyən edilir.
- Tək bir itələmə onu həmin təbii tezlikdə yelləndirir və hava müqaviməti ilə sürtünmə səbəbindən zəifləyərək yavaş-yavaş sönür.
- Əgər hər itələməni yellənmənin təbii tezliyinə uyğunlaşdırsan, hər itələmə enerji əlavə edir və yellənmə getdikcə daha yüksək olur. Bu rezonansdır.
- Əgər itələmə sürətini düzgün seçməsən — çox sürətli və ya çox yavaş — itələmələrin hərəkətlə sinxronlaşmır və böyük amplituda yaranmır.
Eyni kütlə-sərtlik əlaqəsi maşın komponentlərini də tənzimləyir. Siz onu bizim vasitəmizlə kəmiyyətcə araşdıra bilərsiniz. Təbii tezlik kalkulyatoru sadə kütlə-yay sistemi üçün, və ya təbii tezlik dövr etmə sürəti ilə üst-üstə düşən fırlanan şaftlar üçün, Rotorun kritik sürət kalkulyatoru.
3. Maşınlarda rezonans niyə problemdir?
Dövr edən maşınlarda rezonans son dərəcə dağıdıcı və təhlükəli vəziyyətdir. “Sürtmə” maşının normal işləmə zamanı yaratdığı istənilən dövri qüvvə tərəfindən təmin olunur — balanssızlıq, hizalanma pozuntusu, və ya kənar ötürmə onların arasındakı qüvvələr. Əgər bu qüvvələrdən birinin tezliyi rotorun, təməlın, dayaq konstruksiyasının və ya qoşulmuş boru kəmərinin təbii tezliyi ilə üst-üstə düşərsə, nəticələr ciddi ola bilər:
- Ekstremal titrəmə səviyyələri: Amplitudlar mövcud zəifləmənin miqdarından asılı olaraq on, əlli və ya hətta yüz dəfə artırıla bilər.
- Yüksək dinamik gərginliklər: Böyük sapmalar komponentlərə böyük tsiklik gərginlik tətbiq edir, sürətli işləməyə məcbur edir yorğunluq.
- Fəlakətli nasazlıq: Rezonans yarada bilər çatlamış şaftlar, uğursuz rulmanlar, qırılmış qaynaqlar və son dərəcə qısa müddətdə tam struktur çökməsi.
- Artıq səs-küy: Yüksək vibrasiya gur səslə, tez-tez tonal xarakterli səs-küy şəklində yayılır.
Xüsusi və xüsusilə vacib bir haldır kritik sürət — rotor sürəti, burada işləmə sürəti (1×) eksitasiyası rotorun təbii tezliyi ilə üst-üstə düşür. Maşınlar kritik sürətlərindən uzaqda işləmək və işə salınma (run-up) və durma (coast-down) zamanı onlardan sürətlə keçmək üçün qəsdən layihələndirilir.
4. Rezonansın simptomları və tanınması
Rezonasiyanın diaqnostikaya kömək edən və onu sadə bir vəziyyətdən fərqləndirən özünəməxsus simptomlar dəsti var. məcburi-vibrasiya sadə balanssızlıq kimi problem:
- Yüksək istiqamətli titrəmə: Vibrasiya adətən bir istiqamətdə — çox vaxt üfüqi istiqamətdə — digər istiqamətlərə nisbətən xeyli yüksək olur, çünki struktur sərtliyi istiqamətlər üzrə fərqlənir.
- Titrəmə ilə sürət arasındakı kəskin pik: Vibrasiya yalnız dar sürət diapazonunda yüksəkdir; maşın həmin nöqtədən sonra sürətlənəndə və ya yavaşlayanda amplituda kəskin şəkildə azalır.
- 180 dərəcəlik faza dəyişməsi: Sürət rezonans tezliyindən keçdikcə, faza Vibrasiya fazası 180 dərəcə dəyişir. Bu fazanın tərsi rezonansın qəti təsdiqidir.
- Tarazlamaq çətindir: Rezonansda işləyən rotoru tarazlamağa cəhd etmək çox vaxt səmərəsiz olur və ya vəziyyəti daha da pisləşdirə bilər — tələb olunan düzəliş çəkiləri qeyri-adi dərəcədə böyük və ya kiçik olur, vibrasiya isə sadəcə başqa bir yerə köçə bilər.
Rezonans iki tamamlayıcı üsulla eksperimental olaraq təsdiqlənir. A toqquşma (təsir) testi Stasionar strukturu birbaşa onun təbii tezliklərini aşkar etmək üçün həyəcanlandırır. Alternativ olaraq, bir qaçış or sahilə doğru enmək sınaq Maşın şübhəli rezonansdan keçərkən amplitudu və fazanı qeyd edir, xarakterik amplitud zirvəsi və 180 dərəcəlik faza dəyişməsi bir üzərində işarələnir Bode süjeti.
5. Rezonans problemini necə həll etmək
Rezonans əsasən tezlik uyğunluğu problemi olduğundan, hər bir həll ya “itələyənin” ya da “itələnənin” tezliyini dəyişdirməkdən — ya da enerjini daha sürətlə yayındırmaqdan ibarətdir:
- Məcburi yenilmə tezliyini dəyişdirin. Adətən bu, maşının işləmə sürətinin dəyişdirilməsi deməkdir. Proses imkan verdiyi hallarda bu ən sadə həldir və dəyişkən sürətli sürücülərdə qadağan olunmuş sürət diapazonu proqramlaşdırılaraq aradan qaldırıla bilər.
- Təbii tezliyi dəyişdirin. Bu ən çox yayılmış həlldir.
- Kimə artırmaq təbii tezlik, sərtliyini artırmaq Rezonans komponentin — məsələn, bir dayaq və ya lövhə əlavə etməklə.
- Kimə azalma təbii tezlik, ya da sərtliyini azaltmaq or kütlə əlavə edin komponentə.
- Sönüm əlavə edin. Hər iki tezliyi dəyişdirmək mümkün olmadıqda, sönüm əlavə etmək — viskoelastik müalicələr və ya xüsusi sönümləyicilər — rezonans zirvəsinin hündürlüyünü qəbul edilə bilən səviyyəyə endirir. Əlavə edilmiş sönümün faydası bir Söndürmə nisbəti kalkulyatoru.
Qeyd etmək lazımdır ki, dəstək sistemi ilə bağlı rezonans — struktur rezonansı və ya zəif bünövrənin sərtliyi — tez-tez günahkardır və eyni üsulla həll edilir: problemli hissəni sərtləşdirərək, kütləsi artıraraq və ya sönümləməni gücləndirərək.
6. Rezonans və sahənin tarazlaşdırılması
Rezonansla balanslaşdırma arasındakı əlaqə praktiki tələsikdir və ondan qaçmaq lazımdır. Çünki rotor rezonans yaxınlığında işləyərkən yanıltıcı, sabitsiz amplituda və faza göstəriciləri verir, ona görə də balanslaşdırmağa başlamazdan əvvəl maşının rezonansda işləmədiyini müəyyən etməlisiniz. Sahədə bu, məsələn, portativ iki kanallı analizatorla asanlıqla həyata keçirilir. Balanset-1AOnun sürətlənmə və sürət itirmə ölçmələri sürət diapazonu boyunca amplituda və fazanı əhatə edir, hər hansı rezonans zirvəsini və 180 dərəcə faza dəyişməsini aşkara çıxarır, lazer tahximometri isə faza istinadını təmin edir. Maşının rezonansdan kənarda rahat işlədiyi təsdiqləndikdən sonra eyni cihaz düzəliş çəkilərini hesablayır və nəticəni müvafiq göstəricilərlə yoxlayır. balanslaşdırma tolerans — halbuki rezonans üzərində düzəliş cəhdi yalnız simptomu təqib edər.
