Какво е принудителна вибрация? Реакция на външно възбуждане • Преносим балансьор, анализатор на вибрации "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори Какво е принудителна вибрация? Реакция на външно възбуждане • Преносим балансьор, анализатор на вибрации "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори

Какво е принудителна вибрация? Реакция на външно възбуждане

Публикувано от admin на

Разбиране на принудителните вибрации

Определение: Какво е принудителна вибрация?

Принудителна вибрация е осцилаторно движение, причинено от външна периодична сила, приложена към механична система. Вибрацията възниква с честотата на приложената сила (честота на форсиране), а амплитудата е пропорционална на величината на форсиращата функция и обратно пропорционална на съпротивлението на системата на движение с тази честота. Повечето вибрация При въртящите се машини има принудителна вибрация, като често срещаните източници на вибрация включват дисбаланс (въртяща се центробежна сила), несъответствие (сили на свързване) и аеродинамични/хидравлични пулсации.

Принудителната вибрация е коренно различна от самовъзбуждаща се вибрация (където системата генерира свои собствени устойчиви трептения) и свободни вибрации (преходен отговор след импулс). Разбирането на принципите на принудителните вибрации е от съществено значение, защото обяснява как амплитудата на вибрациите е свързана с тежестта на повредата и как вибрациите могат да бъдат контролирани чрез намаляване на форсирането или промяна на отговора на системата.

Характеристики на принудителните вибрации

Съвпадение на честотата

  • Честотата на вибрациите е равна на честотата на принуждаване
  • Ако се прилага форсиране при 30 Hz, вибрация при 30 Hz
  • За разлика от самовъзбуждащите се вибрации, които възникват със собствена честота
  • Предсказуема честота, базирана на източника на форсиране

Пропорционалност на амплитудата

  • Амплитудата на вибрациите е пропорционална на величината на форсирането
  • Двойна сила → двойна вибрация (линейна система)
  • Премахнете принуждаването → спирачките за вибрации
  • Контролируемо чрез намаляване на силата

Фазова връзка

  • Определено фаза връзка между сила и реакция
  • Фазата зависи от честотата спрямо собствената честота
  • Под резонанса: вибрация във фаза със силата
  • При резонанс: фазово закъснение от 90°
  • Над резонанса: фазово закъснение от 180°

Стабилност

  • Системата е стабилна - ограничена от вибрации
  • Не расте безкрайно
  • Амплитудата е ограничена от форсиране и системен отговор
  • Контрастира с нестабилна самовъзбуждаща се вибрация

Често срещани функции за принуждаване в машините

1. Дисбаланс (1× Форсиране)

  • Сила: Въртяща се центробежна сила от ексцентрицитет на масата
  • Честота: Веднъж на оборот (1× скорост на вала)
  • Величина: F = m × r × ω² (пропорционално на скоростта на квадрат)
  • Най-често срещани: Основен източник на вибрации в повечето въртящи се съоръжения

2. Несъосност (2× Форсиране)

  • Сила: Сили на свързване от ъглово/паралелно отместване
  • Честота: Два пъти на оборот (2× скорост на вала)
  • Характеристика: Висок аксиален компонент

3. Аеродинамичен/Хидравличен (преминаване на лопатки/перки)

  • Сила: Пулсации на налягането от взаимодействието между лопатката и статора
  • Честота: Брой лопатки × скорост на вала
  • Примери: Вентилатори, помпи, компресори

4. Сили на зъбната мрежа

  • Сила: Зацепване на зъбите, създаващо периодично натоварване
  • Честота: Брой зъби × скорост на вала
  • Величина: Свързано с предавания въртящ момент и качеството на зъбите

5. Електромагнитни сили

  • Сила: Пулсации на магнитното поле в двигатели/генератори
  • Честота: 2× мрежова честота (120/100 Hz)
  • Независим: На механична скорост (асинхронно форсиране)

Реакция на форсиране: Поведение на системата

Под естествената честота (контролирана скованост)

  • Амплитуда на вибрациите ≈ Сила / Коравина
  • Реакция във фаза с форсиране
  • Амплитудата се увеличава със скоростта за сили, зависими от скоростта
  • Типична работна област за повечето твърди ротори

При естествена честота (резонанс)

  • Амплитуда на вибрациите ≈ Сила / (Затихване × Собствена честота)
  • Амплитуда, усилена с Q-фактор (обикновено 10-50×)
  • 90° фазово забавяне
  • Малките сили създават големи вибрации
  • Затихването е единственият ограничаващ фактор

Над естествената честота (контролирано от масата)

  • Амплитуда на вибрациите ≈ Сила / (Маса × Честота²)
  • 180° фазово забавяне (вибрация, противоположна на посоката на силата)
  • Амплитудата намалява с увеличаване на честотата
  • Работна област за гъвкави ротори над критичните скорости

Принудителна вибрация спрямо други видове

Принудителна срещу свободна вибрация

  • Принудително: Непрекъснато форсиране, вибрации, поддържани при честота на форсиране
  • Безплатно: Импулсен отговор, затихване на вибрациите, при собствена честота
  • Пример: Тестът за удар произвежда свободни вибрации; работещата машина произвежда принудителни вибрации

Принудителна срещу самовъзбуждаща се вибрация

  • Принудително: Външна сила, амплитуда пропорционална на силата, стабилна
  • Самовъзбуден: Вътрешен източник на енергия, амплитудата е ограничена от нелинейност, нестабилен
  • Примери: Дисбалансът е принудителен; маслен вихър е самовъзбуден

Контрол и смекчаване

Намалете форсирането

  • Балансиране: Намалява директното налагане на дисбаланс
  • Подравняване: Намалява силите на несъосност
  • Поправка на дефекти: Отстраняване на механични проблеми, създаващи сили
  • Най-ефективни: Елиминирайте или минимизирайте източника на принуда

Промяна на системния отговор

  • Промяна на твърдостта: Изместете естествените честоти далеч от форсиращите честоти
  • Добавяне на затихване: Намалете резонансното усилване
  • Промяна на масата: Промяна на естествените честоти
  • Изолация: Намалете предаването на сила към конструкцията

Избягвайте резонанса

  • Уверете се, че форсиращите честоти не съвпадат с естествените честоти
  • Граница на разделяне типично ±20-30%
  • Анализ на етапа на проектиране за проверка
  • Ограничения на скоростта, ако резонансът е неизбежен

Практическо значение

Повечето вибрации на машините са принудителни

  • Дисбаланс, несъосност, зъбно зацепване - всичко това е принудителна вибрация
  • Предвидимо и контролируемо чрез намаляване на принуждаването
  • Стандартни действия по поддръжка (балансиране, подравняване) адресират форсиране

Диагностичен подход

  • Идентифицирайте форсиращата честота от спектъра
  • Съпоставяне с известни източници на форсиране (1×, 2×, зъбно зацепване и др.)
  • Диагностициране на източника на форсиране
  • Намалете насилственото боравене чрез подходяща поддръжка

Принудителните вибрации са основният вид вибрации във въртящите се машини, произтичащи от външни периодични сили, действащи върху системата. Разбирането на принципите на принудителните вибрации – честотно съгласуване, амплитудна пропорционалност и характеристики на реакцията – позволява правилна диагностика на източниците на вибрации, подходящи коригиращи действия (намаляване на форсирането или промяна на реакцията) и проектиране на стратегии, които минимизират вибрациите чрез намаляване на форсирането и избягване на резонанс.

← Обратно към основния индекс

Категории:
WhatsApp