Разбиране на затихването при механични вибрации

Определение: Какво е демпфиране?

Затихване е явлението, чрез което вибрационната енергия се разсейва или преобразува в други форми, предимно топлина, в рамките на динамична система. Това е механизмът, който кара вибрациите да затихнат и евентуално да спрат, след като източникът на възбуждане бъде премахнат. По-просто казано, затихването е съпротивлението на движението, което действа срещу вибрациите. Всяка реална механична система притежава някакво ниво на затихване; без него, структурата, веднъж възбудена с естествената си честота, би вибрирала с безкрайно голяма амплитуда.

Критичната роля на затихването в динамиката на машините

Демпфирането е фундаментално и критично важно свойство в машиностроенето и вибрационния анализ. Основната му роля е да контролирайте амплитудите на вибрациите при резонансКогато работната скорост на машината достигне една от собствените си честоти (критична скорост), затихването е единственият фактор, който ограничава нарастването на вибрациите до разрушителни нива. Добре затихната система може да премине през критична скорост с управляем, контролиран пик на вибрациите, докато лошо затихната система може да претърпи катастрофална повреда.

Основните предимства на адекватното затихване включват:

• Предотвратява катастрофален резонанс: Това е основната защита срещу прекомерни вибрации при критични скорости.
• Подобрява стабилността на системата: В динамиката на ротора, затихването помага за предотвратяване на самовъзбуждащи се вибрации, като вихрушка и камшик от масло.
• Намалява времето за установяване: Това позволява на системата да се върне в равновесно състояние по-бързо след шок или преходно събитие.
• Минимизира шума и умората: Чрез намаляване на общите нива на вибрации, амортизацията намалява излъчването на шум и намалява напрежението от умора на механичните компоненти.

Видове механизми за амортисьори

Енергията може да се разсейва по няколко начина, което води до различни видове затихване:

1. Вискозно затихване

Това е най-често моделираният тип затихване. То се получава, когато тяло се движи през флуид, а силата на затихване е пропорционална на скоростта на тялото. Класически пример е амортисьорът в окачването на автомобил. При въртящите се машини, маслен филм в лагери с флуиден филм е основен източник на вискозно затихване и е от съществено значение за стабилността на високоскоростните ротори.

2. Структурно затихване (хистерезисно затихване)

Този тип затихване се дължи на вътрешното триене в самия материал, докато той се деформира. Когато материалът е циклично натоварен, част от енергията се губи като топлина по време на всеки цикъл. Макар и често малко, това вътрешно затихване е присъщо свойство на всички материали и може да бъде значително в сглобяеми конструкции с много съединения и крепежни елементи.

3. Кулоново затихване (сухо триене)

Това затихване е резултат от триенето между две сухи повърхности, които се трият една в друга. Силата на затихване е постоянна и винаги е противоположна на посоката на движение. Пример за това е триенето на спирачна накладка в ротор.

4. Аеродинамично затихване

Това е съпротивлението, оказвано от въздух или друг газ на движещ се обект. Обикновено е от значение само за големи, бързо движещи се структури, като например лопатките на турбини или перките на вентилатори.

Как се измерва и определя количествено затихването?

Затихването често е трудно за изчисляване от първи принципи и обикновено се определя експериментално. То се определя количествено с помощта на няколко свързани термина:

• Коефициент на затихване (ζ – дзета): Най-често срещаната безразмерна мярка. Това е съотношението на действителното затихване в системата към количеството затихване, необходимо за системата да бъде „критично затихнала“ (връщане към равновесие без трептене). Типична механична структура може да има коефициент на затихване от 0,01 до 0,05 (1% до 5% критично затихване).
• Q-фактор (фактор на качеството): Мярка за това колко недостатъчно е затихнала една система. Тя представлява усилването на вибрациите при резонанс. Висок Q фактор означава ниско затихване и много остър резонансен пик с висока амплитуда. (Q ≈ 1 / 2ζ).
• Логаритмично декрементиране: Метод за изчисляване на коефициента на затихване от скоростта на затихване на свободните вибрации, например по време на тест с „ring-down“ или „bump“ тест.

Идентифицирането и разбирането на източниците на затихване в машината е от решаващо значение за отстраняване на проблеми с резонанса и осигуряване на дългосрочна оперативна стабилност.

← Обратно към основния индекс