Təbii tezlik nədir?

Təbii tezlik, sistemin tarazlıq vəziyyətindən çıxarıldıqdan və buraxıldıqdan sonra sərbəst şəkildə salındığı tezlikdir. Kütləvi yay sistemi üçün bu, yalnız kütlədən və yayın sərtliyindən asılıdır. Hər mexaniki strukturun bir və ya daha çox təbii tezliyi var və onlar vibrasiya analizində, struktur dizaynında və maşın diaqnostikasında istifadə olunan əsas xüsusiyyətlərdir.

Təbii tezlik maşınlar üçün nə üçün vacibdir?

Maşının və ya onun komponentlərinin təbii tezliyini bilmək çox vacibdir, çünki işləmə sürəti (təşviq tezliyi) təbii tezliklə üst-üstə düşürsə, rezonans yaranır. Rezonans həddindən artıq aşınmaya, yorğunluq çatışmazlığına, yastıq zədələnməsinə və hətta fəlakətli struktur çökməsinə səbəb ola biləcək kəskin şəkildə gücləndirilmiş titrəmələrə səbəb olur. Mühəndislər maşınları işləmə sürətlərinin təbii tezliklərdən yaxşı ayrılması üçün dizayn edirlər.

Yay sərtliyini necə ölçmək olar?

Yayın sərtliyi (sürəti) məlum qüvvəni yayın üzərinə tətbiq etməklə və nəticədə yaranan əyilməni ölçməklə ölçülə bilər. Sərtlik k = Qüvvə / Əyilmə. Məsələn, 100 N qüvvə yayı 2 mm sıxarsa, sərtlik 100/2 = 50 N/mm-dir. Dəqiq nəticələr üçün sıxılma test maşınından da istifadə edə və ya yay sürəti spesifikasiyası üçün istehsalçının məlumat vərəqinə müraciət edə bilərsiniz.

Bəs işləmə sürəti təbii tezliyə bərabər olarsa nə etməli?

İşləmə sürəti (həyəcanlanma tezliyi) sistemin təbii tezliyi ilə üst-üstə düşdükdə rezonans yaranır. Rezonansda vibrasiya amplitudaları kəskin şəkildə artır — nəzəri olaraq sönməmiş sistemdə sonsuzluğa, real (yüngül sönmüş) sistemlərdə isə çox yüksək səviyyələrə qədər. Bu, sürətli yorğunluq çatışmazlığına, həddindən artıq səs-küyə, yastıq zədələnməsinə və struktur çökməsinə səbəb ola bilər. Buna görə vibrasiya təhlili həmişə rezonansa yaxınlığı yoxlayır.

Mexaniki sistemlərdə rezonansdan necə qaçınmaq olar?

Rezonansdan qaçınmaq üçün bir neçə strategiya mövcuddur: (1) İşləmə sürətini istənilən təbii tezlikdən ən azı 20–30% uzaqlıqda dəyişdirin. (2) Bərkitmələr, sərtləşdiricilər və ya yay sürətlərini dəyişdirərək sərtliyi dəyişdirin. (3) Titrəmə komponentinin kütləsini dəyişdirin. (4) Titrəmə amortizatorları, rezin izolyatorlar və ya tənzimlənmiş kütlə amortizatorlarından istifadə edərək amortizasiya əlavə edin. (5) Başlatma və ya söndürmə zamanı kritik sürətlərdə qalmamaq üçün dəyişkən sürətli ötürücülərdən istifadə edin.

Pulsuz Mühəndislik Aləti

Təbii Tezlik Kalkulyatoru

Kütlə-yay sisteminin təbii tezliyini hesablayın. Tezliyi Hz, bucaq tezliyi, dövr, ekvivalent dövr/dəqiqə və statik əyilmə ilə əldə etmək üçün kütlə və yay sərtliyini daxil edin.

Kütləvi Yay 1-DOF Söndürülməmiş

Nəticələr

Təbii Tezlik

—

Bucaq Tezliyi (ωₙ)

—

Dövr (T)

—

Ekvivalent dövr/dəqiqə

—

Statik əyilmə (δ_statik)

—

Kütləvi Yay Sisteminin Təbii Tezliyi

Söndürülməmiş tək dərəcəli sərbəst kütlə-yay sisteminin təbii tezliyi:

k — yay sərtliyi (N/m). Əgər N/mm ilə verilirsə, 1000-ə vurun.
m - kütlə (kq)

Bucaq Tezliyi

Dövr və Statik Sapma

Harada g = 9.81 m/s² və k, mm ilə ifadə edilən əyilmə nəticəsi üçün N/mm ilə ifadə olunur.

Praktik Nümunə

Nümunə — Yaylı Dəstəkli Maşın

Verilmiş: Maşın kütləsi = 150 kq, Ümumi yay sərtliyi k = 300 N/mm

k N/m = 300 × 1000 = 300.000 N/m

f_n = (1/2π) × √(300,000/150) = (1/6.2832) × 44.72 = 7.12 Hz

ω_n = 2π × 7.12 = 44,7 rad/s

T = 1/7,12 = 0.140 s

Ekvivalent dövr/dəqiqə = 7.12 × 60 = 427 dövr/dəq

δ_statik = 150 × 9.81 / 300.000 × 1000 = 4.9 mm

⚠️ Qeyd: Rezonansın qarşısını almaq üçün işləmə sürətinin təbii tezlikdən ən azı 20–30% uzaqda olduğundan əmin olun. Rezonans yaxınlığında işləyirsinizsə, amortizator əlavə edin və ya sərtliyi/kütləni dəyişdirin.

Natural frequency is the frequency at which a system oscillates freely after being displaced from its equilibrium position and released. For a mass-spring system, it depends only on the mass and the spring stiffness.

Every mechanical structure has one or more natural frequencies, and they are fundamental properties used in vibration analysis, structural design, and machine diagnostics.

Knowing the natural frequency of a machine or its components is critical because if the operating speed (excitation frequency) coincides with the natural frequency, resonance occurs.

Resonance causes dramatically amplified vibrations that can lead to excessive wear, fatigue failure, bearing damage, and even catastrophic structural collapse. Engineers design machines so that operating speeds are well separated from natural frequencies.

Spring stiffness (rate) can be measured by applying a known force to the spring and measuring the resulting deflection. Stiffness k = Force / Deflection.

For example, if a 100 N force compresses a spring by 2 mm, the stiffness is 100/2 = 50 N/mm. You can also use a compression testing machine for accurate results, or consult the manufacturer's datasheet for the spring rate specification.

When the operating speed (excitation frequency) matches the natural frequency of the system, resonance occurs. At resonance, vibration amplitudes increase dramatically — theoretically to infinity in an undamped system, and to very high levels in real (lightly damped) systems.

This can cause rapid fatigue failure, excessive noise, bearing damage, and structural collapse. This is why vibration analysis always checks for proximity to resonance.

There are several strategies to avoid resonance:

Change the operating speed so it is at least 20–30% away from any natural frequency
Modify the stiffness by adding braces, stiffeners, or changing spring rates
Change the mass of the vibrating component
Add damping using vibration dampers, rubber isolators, or tuned mass dampers
Use variable-speed drives to avoid dwelling at critical speeds during startup or shutdown

Bu səhifədə təsvir olunan prosedurlar Vibromera komandası tərəfindən, yerində rotor balanslaşdırması üçün nəzərdə tutulmuş portativ iki kanallı balanslaşdırıcı və vibrasiya analizatoru olan Balanset-1A istifadə edilərək hazırlanmış və sahə şəraitində sınaqdan keçirilmişdir.