Разбиране на сковаността
Скованост е основно физично свойство, което описва степента, в която даден обект или структура се съпротивлява на деформация или огъване под въздействието на приложена сила. В анализ на вибрациите, твърдост - обикновено обозначавана с буквата k - е едно от трите свойства, заедно с масата (m) и затихване (c), които управляват вибрационното поведение на всяка механична система. Ако сте избрали правилната коравина на машината, тя вибрация остава предвидима и контролирана; ако я сбъркате, същата машина може да се разклати.
Компонент с висока коравина се отклонява много малко при дадено натоварване, докато компонент с ниска коравина се отклонява значително. Дебел и къс стоманен прът има висока коравина; дълга и тънка гумена лента има много ниска коравина. Числено, коравината е просто силата, разделена на полученото отклонение (например нютон на милиметър), така че по-висока стойност на k означава, че е необходима по-голяма сила, за да се премести конструкцията на определено разстояние.
1. Определение: Какво е скованост?
Твърдостта е свойство на цялата структура, а не само на нейния материал. Тя зависи от модула на еластичност на материала, но също така и от геометрията и начина, по който се поддържа детайлът - ето защо удвояването на дълбочината на гредата я прави много по-твърда, отколкото замяната ѝ с по-твърда сплав. В една истинска машина “твърдостта”, за която се интересува анализаторът, рядко е единична пружина; тя е комбинираното съпротивление на вала, лагерите, корпуса, рамката и основата, които действат заедно. Когато няколко пружини се комбинират, тяхната ефективна стойност може да се оцени с Калкулатор на еквивалентната твърдост на пружината, което е полезна първа стъпка при разсъжденията за системата за подкрепа.
2. Критичната роля на твърдостта при вибрациите
Твърдостта на системата е основен фактор при определянето на нейното собствени честоти - честотите, на които ще трепти, ако бъде смутен, и след това оставен да вибрира свободно. Връзката се описва с основната формула:
Естествена честота (ωn) ≈ √(k/m)
където k е коравината и m е масата. Този единствен израз има три практически последствия:
- Нарастваща твърдост ще увеличение естествената честота.
- Намаляване на твърдостта ще намаляване естествената честота.
- Увеличаване на масата ще намаляване естествената честота.
Тъй като собствената честота зависи от квадратния корен на твърдостта, големите промени в k водят до по-скромни промени в честотата - четирикратното увеличаване на твърдостта само удвоява собствената честота. Ето защо решенията за втвърдяване често изискват значително укрепване, за да се премести честотата достатъчно далеч.
3. Скованост и резонанс
Тази връзка е толкова важна заради резонанс. Резонансът възниква, когато принудителна честота - например честотата на машината работна скорост - съвпада с една от собствените честоти на системата. Тогава амплитудата на вибрациите се усилва драстично, което често води до преждевременно износване, а в тежки случаи - до катастрофална повреда. Работата твърде близо до критична скорост е версията на същия капан за въртящи се машини.
Следователно разбирането на твърдостта е от съществено значение за диагностицирането и лечението на резонанса:
- Диагностика на проблема: ако машината е в резонанс, анализаторът знае, че принудителната честота е твърде близо до собствената честота. Инструменти като тест за удар може да се определи директно тази собствена честота.
- Проектиране на решение: за да се реши проблемът, трябва да се промени собствената честота. Тъй като често е непрактично да се променя масата на машината или нейната скорост на форсиране (движение), най-често срещаното решение е да се промени коравината. Добавянето на скоби, клинове или подобряване на основата увеличава коравината на системата, повишавайки собствената честота и измествайки я от честотата на форсиране - премахвайки резонанса. A Функция за честотна характеристика (FRF) След това измерването се използва за потвърждаване на промяната.
4. Твърдост в машинната диагностика
Промените в коравината не са само променлива величина при проектирането; те могат да бъдат пряк индикатор за развиваща се повреда. Загубата на коравина някъде в конструкцията обикновено се проявява като нарастваща вибрация с разпознаваем спектрален подпис:
- Разхлабеност: разхлабен монтажен болт или пукнатина в рамата или основата на машината представлява значителна загуба на локална коравина и повишава амплитудата на вибрациите. В FFT спектър, механичната хлабавост често генерира поредица от хармоници (1×, 2×, 3× и повече) на скоростта на бягане.
- Меко стъпало: когато кракът на машината не е разположен равномерно върху основата си, се получава изкривен, нелинеен профил на твърдост, който предизвиква силни вибрации и затруднява прецизното подравняване трудно.
- Износване на лагери: при износване на лагера хлабината между търкалящите елементи и направляващите се увеличава. Това води до намаляване на общата твърдост на системата за поддържане на ротора и може да намали критичните скорости на ротора.
- Твърдост на основата: слаба или влошена основа намалява опорната коравина на цялата машина, като измества собствените честоти надолу и понякога вкарва в резонанс някога безопасната скорост на движение.
5. Твърдост в практическата работа на полето
Проблемите с твърдостта се диагностицират по същия начин, както и всяка вибрационна повреда - чрез измерване. Инженер, който монтира акселерометър върху подозрителна рамка и улавянето на спектъра може да разграничи истинска повреда на ротора от структурна повреда: разхлабването или мекият подпис на краката сочат по-скоро към загубена твърдост, отколкото, да речем, дисбаланс. Преносим двуканален уред като Балансет-1а е много подходящ за това, като улавя амплитудата, фазата и хармоничната картина в собствените лагери на машината при работна скорост - така че анализаторът може да потвърди дали високите вибрации произтичат от проблем с баланса, който трябва да се коригира, или от недостиг на твърдост, който трябва да се укрепи. Това разграничение е от решаващо значение: балансирането на машина, която наистина страда от хлабина или резонанс, никога няма да реши проблема.
