1. Rezonans nədir?

Əksər konstruksiyalar və maşınlar təbii rəqslərə məruz qalır və buna görə də onlara təsir edən dövri xarici qüvvələr rezonansa səbəb ola bilər. Rezonans çox vaxt təbii tezlikdə və ya kritik tezlikdə rəqslər adlanır. Rezonans məcburi salınımların amplitüdündə kəskin artım fenomeni, xarici həyəcanlanma tezliyi sistemin xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilən rezonans tezliklərinə yaxınlaşdıqda baş verir. Salınım amplitudasının artması yalnız rezonansın nəticəsidir — səbəb xarici (həyəcanlanma) tezliyinin titrəmə sisteminin (rotor daşıyıcısının) daxili (təbii) tezliyi ilə üst-üstə düşməsidir.

Rezonans, həyəcanlanma qüvvəsinin müəyyən bir tezliyində titrəmə sisteminin həmin qüvvənin təsirinə xüsusilə həssaslaşdığı bir fenomendir. Rezonans tezliyində rotor maşınına təsir edən aşağı sərtlik və/və ya zəif amortizasiya kimi sistem parametrləri rezonansın yaranmasına səbəb ola bilər. Rezonans, maşındakı qüsurların titrəməyə səbəb olduğu və ya yaxınlıqda quraşdırılmış maşın təbii tezliklərlə eyni tezlikdə titrəmə "induksiya etdiyi" hallar istisna olmaqla, mütləq maşının sıradan çıxmasına və ya komponentin sıradan çıxmasına səbəb olmur.

Bu, zəng və ya barabanın rəqsləri ilə müqayisə edilə bilər. Zəng halında (Şəkil 1), onun bütün enerjisi sabit olduqda və trayektoriyasının ən yüksək nöqtələrində potensial şəklində olur və maksimum sürətlə ən aşağı nöqtədən keçdikcə enerji kinetikaya çevrilir. Potensial enerji zəngin kütləsi və ən aşağı nöqtəyə nisbətən qaldırma hündürlüyü ilə mütənasibdir; kinetik enerji kütlə və ölçmə nöqtəsindəki sürətin kvadratı ilə mütənasibdir. Yəni, zəngə vursanız, müəyyən bir tezlikdə (və ya tezliklərdə) rezonans doğuracaq. Sükunətdədirsə, rezonans tezlikdə rəqs etməyəcək.

Rezonans, maşının işlək olub-olmamasından asılı olmayaraq, onun xüsusiyyətidir. Qeyd etmək lazımdır ki, maşın fırlanarkən valın dinamik sərtliyi maşın dayandırıldıqda statik sərtlikdən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənə bilər, rezonans isə əhəmiyyətsiz dərəcədə dəyişir.

Praktik təcrübəyə əsaslanan müəyyən bir qayda var ki, Maşının söndürülməsi (sahildə) zamanı ölçülən rezonans tezlikləri məcburi vibrasiya tezliklərindən təxminən 20 faiz aşağıdır. Fərdi maşın yığımlarının və hissələrinin — məsələn, val, rotor, korpus və təməlin — rezonans tezlikləri təbii tezliklərindəki rəqslərdir.

Maşın quraşdırıldıqdan sonra, rezonans tezlikləri sistem parametrlərindəki dəyişikliklərə (kütlə, sərtlik və amortizasiya) görə dəyərlərini dəyişə bilər ki, bu da maşının bütün mexanizmlərini tək bir vahidə birləşdirdikdən sonra arta və ya azala bilər. Bundan əlavə, yuxarıda qeyd edildiyi kimi, dinamik sərtlik, maşınlar nominal fırlanma sürətində işləyərkən rezonans tezliklərini dəyişə bilər. Əksər maşınlar rotorun val ilə eyni təbii tezliyə malik olmaması üçün hazırlanmışdır. Bir və ya iki mexanizmdən ibarət maşın rezonans tezliyində işlədilməməlidir. Lakin, aşınma və boşluqlarda dəyişikliklərlə təbii tezlik çox vaxt işləmə fırlanma sürətinə doğru dəyişir və rezonansa səbəb olur.

Qüsur tezliyində qəfil salınımların - məsələn, boşalmış uyğunlaşma və ya digər nasazlıq - meydana gəlməsi maşının rezonans tezliyində titrəməsinə səbəb ola bilər. Bu halda, salınımlar maşın yığımlarının və ya elementlərinin rezonansından qaynaqlanırsa, maşın titrəməsi məqbul səviyyədən qəbuledilməz səviyyəyə qədər artacaq.

2. Başlanğıc və Söndürmə Zamanı Rezonans (Şəkil 2)

Rezonans, maşının işə salınması zamanı, rezonans tezliyindən keçərkən müşahidə edilə bilər (Şəkil 2). Fırlanma sürəti artdıqca, amplituda rezonans tezliyində maksimum dəyərinə qədər artacaq (n_res) və ondan keçdikdən sonra azalır. Rotor rezonansdan keçdikdə, vibrasiya fazası 180 dərəcə dəyişir. Rezonansda sistem rəqsləri həyəcan qüvvəsinin rəqslərinə nisbətən fazada 90 dərəcə sürüşür.

180 dərəcəlik faza sürüşməsi çox vaxt yalnız tək korreksiya müstəvisinə malik rotorlarda müşahidə olunur (Şəkil 3, sol). Daha mürəkkəb "val/rotor daşıyan" sistemlərdə (Şəkil 3, sağ) faza sürüşməsi 160° ilə 180° arasında dəyişir. Vibrasiya təhlili üzrə mütəxəssis yüksək rəqs amplitudası müşahidə etdikdə, onun qəbuledilməz səviyyəyə qalxmasının sistem rezonansı ilə əlaqəli ola biləcəyini düşünməlidir.

3. Rotor Konfiqurasiyaları (Şəkil 3)

Rotorun vibrasiya davranışı onun həndəsəsindən və necə dəstəkləndiyindən çox asılıdır. Tək bir korreksiya müstəvisinə (asılan disk) malik sadə rotor rezonans vasitəsilə təmiz 180° faza sürüşməsi göstərir. Daha mürəkkəb bir sistem — məsələn, kardan valı vasitəsilə birləşdirilmiş iki rotor — çoxsaylı birləşdirilmiş rejimlər nümayiş etdirir və faza sürüşməsi ideal 180°-dən kənara çıxa bilər.

4. Kütlə, Sərtlik və Söndürmə (Şəkil 4–7)

Kütlə, sərtlik və sönmə — bunlar rezonansda salınımların tezliyinə təsir edən və amplitudasını artıran titrəmə sisteminin üç parametridir.

Kütlə bədənin xüsusiyyətlərini xarakterizə edir və onun ətalətinin ölçüsüdür (kütlə nə qədər böyükdürsə, dövri qüvvənin təsiri altında bir o qədər az təcil qazanır), bu da onun salınımlarına səbəb olur.

Sərtlik kütlə qüvvələri nəticəsində yaranan ətalət qüvvələrinə qarşı çıxan sistemin bir xüsusiyyətidir.

Damping mexaniki sistemdə sürtünmə səbəbindən istilik enerjisinə çevirərək salınımların enerjisini azaldan sistemin bir xüsusiyyətidir.

harada f_n — təbii tezlik, k — sərtlik, m — kütlə, ζ — sönmə nisbəti, Q — keyfiyyət əmsalı (rezonansda gücləndirmə), A_res — rezonans amplitudası, F₀ — həyəcanlanma qüvvəsinin amplitudası.

Rezonansı azaltmaq üçün sistem parametrləri elə seçilir ki, onun rezonans tezlikləri mümkün xarici həyəcanlanma tezliklərindən mümkün qədər uzaqda yerləşdirilsin. Praktikada bu məqsədlə sözdə dinamik vibrasiya uducuları və ya amortizatorlar istifadə olunur.

Aşağıdakı interaktiv simulyator (orijinal məqalədəki statik Şəkil 4-7-ni əvəz edir) kütlə, yay və amortizatordan ibarət sadə bir titrəmə sisteminin Amplituda-Tezlik Xarakteristikasını (AFC) göstərir. Bu effektləri real vaxt rejimində müşahidə etmək üçün parametrləri tənzimləyin:

Gitara simi ilə bir bənzətmə çəkmək olar. Teli gitarada nə qədər sıxsanız (daha sərt olarsa), ton (rezonans tezliyi) bir o qədər yüksək olar — sim qırılana qədər. Ən qalın simdən (daha böyük kütlə) istifadə etsəniz, onun yaratdığı ton daha aşağı olacaq.

5. Rezonansın ölçülməsi (Şəkil 8)

Bir quruluşun rezonans tezliyini ölçməyin ən çox yayılmış üsullarından biri alətli çəkic istifadə edərək zərbə həyəcanıdır.

Giriş zərbəsi şəklində quruluşa təsir müəyyən tezlik diapazonunda kiçik narahatedici qüvvələri həyəcanlandırır. Zərbənin yaratdığı rəqslər keçici, qısamüddətli enerji ötürülməsi prosesini təmsil edir. Zərbə qüvvəsinin spektri davamlıdır, maksimum amplituda 0 Hz-də olur və tezlik artdıqca azalır.

Zərbənin müddəti və təsir zamanı spektrin forması həm zərbə çəkicinin, həm də maşın konstruksiyasının kütləsi və sərtliyi ilə müəyyən edilir. Sərt konstruksiyada nisbətən kiçik çəkic istifadə edildikdə, çəkic ucunun sərtliyi spektri müəyyən edir. Çəkic ucu mexaniki filtr kimi çıxış edir. Çəkic ucunun sərtliyini seçməklə tədqiqatın tezlik diapazonunu seçmək olar.

Bu ölçmə texnikasından istifadə edərkən, strukturun müxtəlif nöqtələrinə zərbə vurmaq çox vacibdir, çünki bütün rezonans tezlikləri həmişə eyni nöqtədə zərbə vurmaqla və ölçməklə ölçülə bilməz. Maşın rezonansını təyin edərkən hər iki nöqtə — zərbə nöqtəsi və ölçmə nöqtəsi — yoxlanılmalıdır (sınaqdan keçirilməlidir).

Əgər çəkicin ucu yumşaqdırsa, çıxış enerjisinin əsas miqdarı aşağı tezliklərdə rəqsləri hərəkətə gətirəcək. Sərt uclu çəkic, çıxış enerjisinin yüksək tezliklərdə rəqsləri hərəkətə gətirməsi istisna olmaqla, istənilən spesifik tezlikdə az enerji verir. Çəkic zərbəsinə reaksiya, maşın dayandırılıb ayrıldığı təqdirdə, tək kanallı analizatorla ölçülə bilər.

6. Amplituda-Faza Tezlik Xarakteristikası — APFC (Şəkil 9)

Maşın rezonansı tək kanallı analizator istifadə edərək rezonans tezliyində rəqs amplitudasının artması və rezonansdan keçərkən 180 dərəcə faza dəyişikliyi ilə təyin edilə bilər — əgər rəqslərin amplitudası və fazası maşının işə salınması (işləməsi) və ya bağlanması (sahil) zamanı fırlanma tezliyində ölçülürsə. Bu ölçmələr əsasında qurulmuş xarakteristikaya ... deyilir. Amplituda-Faz Tezlik Xarakteristikası (APFC).

APFC-nin təhlili (Şəkil 9) vibrasiya təhlili mütəxəssisinə rotorun rezonans tezliklərini müəyyən etməyə imkan verir.

Əgər şübhəli rezonansdan keçərkən faza dəyişməzsə, amplituda artımı təsadüfi həyəcanlanma ilə əlaqəli ola bilər və rotor rezonansı deyil. Belə hallarda, qaçış/sahilləşmə zamanı vibrasiya ölçmələrinə əlavə olaraq, "zərbə sınağı" aparmaq tövsiyə olunur.

Çoxkanallı vibrasiya analizatorundan istifadə edərkən, eyni vaxtda sistemdən giriş və çıxış siqnallarını ölçməklə, eyni zamanda eyni vaxtda toplanan vibrasiya fazasını və koherentliyi idarə etməklə strukturun rezonansını yüksək dəqiqliklə müəyyən etmək olar. Koherentlik, sistemin giriş və çıxış siqnalları arasındakı xəttilik dərəcəsini qiymətləndirmək üçün istifadə olunan ikili kanallı funksiyadır. Bu o deməkdir ki, rezonans tezlikləri xeyli tez müəyyən edilə bilər.

7. Maşın Rezonansı Haqqında Bəzi Mülahizələr

Rezonans testini çətinləşdirə biləcək müxtəlif növ maşınların və onların iş rejimlərinin təhlilinə diqqət yetirilməlidir:

Üfüqi və şaquli istiqamətlərdə struktur sərtliyindəki fərqlərə görə rezonans tezliyi istiqamətdən asılı olaraq dəyişəcək. Buna görə də, rezonanslar müəyyən bir istiqamətdə ən güclü şəkildə özünü göstərə bilər.

Əvvəllər müzakirə edildiyi kimi, rezonans tezlikləri maşın işləyərkən və dayandırıldıqda (söndürüldükdə) fərqlənir. Şaquli avadanlıq, bir qayda olaraq, böyük narahatlıq doğurur, çünki bu cür avadanlıqların istismarı zamanı həmişə konsol quraşdırılmış elektrik mühərrikinin işləməsi zamanı yaranan rezonans olur.

Bəzi maşınlar böyük kütləyə malikdir və buna görə də çəkiclə həyəcanlana bilməz — faktiki rezonans tezliklərini təyin etmək üçün alternativ həyəcanlandırma metodları tələb olunur. Bəzən çox böyük maşınlarda müəyyən bir tezlik diapazonuna uyğunlaşdırılmış vibrator istifadə olunur, çünki vibrator salınım zamanı hər bir fərdi tezlikdə çox miqdarda enerji ötürmək qabiliyyətinə malikdir.

Və son bir mülahizə — rezonans testi aparmazdan əvvəl əvvəlcə fon vibrasiya səviyyəsini (ətraf mühitdən təsadüfi həyəcana reaksiya) ölçmək çox faydalıdır. Bu, fon səviyyəsindən yuxarı müəyyən bir tezlikdə maksimum rəqs amplitudasına əsaslanaraq diaqnozun (sistem rezonansı) təyin edilməsində səhvin qarşısını almağa kömək edəcəkdir.

8. Xülasə

Bu məqalədə rezonans tezliklərinin maşın vibrasiyasına təsirini müzakirə etdik. Bütün strukturlar və maşınlar rezonans tezliklərinə malikdir, lakin rezonans maşını həyəcanlandıran tezliklər olmadığı təqdirdə ona təsir etmir. Əgər maşının vibrasiyası öz təbii tezliyi ilə həyəcanlanırsa, sistemi rezonansdan ayırmaq üçün üç seçim var:

Seçim 1. Narahatedici qüvvənin tezliyini rezonans tezliyindən uzaqlaşdırın.

Seçim 2. Rezonans tezliyini narahat edən qüvvənin tezliyindən uzaqlaşdırın.

Seçim 3. Rezonans gücləndirmə faktorunu azaltmaq üçün sistemin səssizliyini artırın.

2 və 3-cü seçimlər, adətən, struktur üzərində modal analiz və/və ya sonlu element tədqiqatı aparılmadığı təqdirdə yerinə yetirilə bilməyən bəzi struktur dəyişikliklərini tələb edir.