Pochopení rezonance rámce

Zařízení

Přenosný vyvažovač a analyzátor vibrací Balanset-1A

$2,358.31

Díly

Snímač vibrací

$107.47

Díly

Optický senzor (laserový otáčkoměr)

$148.07

Zařízení

Balanset-4

$8,123.32

Díly

Magnetický stojan Insize-60-kgf

$54.93

Díly

Reflexní páska

$11.94

Zařízení

Dynamický balancer "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definice: Co je to frame rezonance?

Rezonance rámu je specifickým typem strukturální rezonance kde vlastní konstrukční rám, skříň, plášť nebo kryt stroje vibruje v jednom ze svých přirozené frekvence v reakci na buzení z rotujících součástí. Na rozdíl od rezonancí základů nebo podstavců, které zahrnují nosnou konstrukci, rezonance rámu zahrnuje samotné tělo stroje – litinovou nebo ocelovou konstrukci, která obklopuje rotující prvky.

Rezonance rámu je běžná u strojů s velkými, relativně lehkými skříněmi, jako jsou ventilátory, dmychadla, čerpadla a motory. Obvykle se projevuje nadměrným hlukem, viditelnými vibracemi krytů nebo panelů a vysokými vibrace hodnoty na rámu, které jsou neúměrné skutečným vibracím rotoru.

Běžné situace rezonance rámce

Rámy motorů a generátorů

• Přirozené frekvence: Typicky 50–400 Hz v závislosti na velikosti a konstrukci
• Excitace: 1× (nevyváženost), 2× síťová frekvence (120 Hz pro motory 60 Hz), elektromagnetické síly
• Příznaky: Vibrace rámu jsou mnohem vyšší než vibrace ložisek; slyšitelný hukot nebo bzučení
• Závažnost: Vibrace na rámu mohou být 5–10krát vyšší než na ložiskách.

Kryty ventilátorů a dmychadel

• Přirozené frekvence: 20–200 Hz pro typické průmyslové ventilátory
• Excitace: Frekvence průchodu čepele (počet lopatek × otáčky za minutu)
• Příznaky: Panely pouzdra prudce vibrují; hlasitý aerodynamický hluk
• Charakteristický: Může se vyskytnout pouze při specifických rychlostech nebo podmínkách proudění

Tělesa čerpadel

• Přirozené frekvence: 30–300 Hz v závislosti na provedení skříně
• Excitace: Frekvence průchodu lopatek, hydraulické pulzace
• Příznaky: Vibrace pláště, hluk, potenciál pro únavové trhliny
• Hydraulická spojka: Pouzdro naplněné kapalinou může přenášet vibrace rotoru a pouzdra

Skříně převodovek

• Buzení frekvencí záběru ozubených kol
• Vlastní frekvence rámce se často překrývají s frekvencemi sítě
• Charakteristické hlasité kvílení převodů při rezonanci

Vibrační podpis a detekce

Charakteristické příznaky

• Závislé na lokalitě: Vibrace se dramaticky liší na povrchu rámu (běžné rozdíly jsou 10×)
• Ložisko vs. rám: Vibrace rámu >> vibrace ložiska (může být 3–10×)
• Specifická frekvence: Pouze na rezonanční frekvenci; ostatní frekvence jsou normální
• Citlivý na rychlost: Silné v úzkém rozsahu otáček (±10-20% rezonanční rychlosti)
• Vizuální pohyb: Pohyb snímku je často viditelný pouhým okem

Diagnostické testy

Zkouška nárazem (bump)

• Udeřte do rámu gumovou kladívkem nebo kladívkem s nástrojem
• Změřte odezvu pomocí akcelerometr
• Identifikujte vlastní frekvence snímku z vrcholů ve frekvenční odezvě
• Porovnejte s provozními frekvencemi (1×, 2×, průchod lopatky atd.)

Průzkum pohyblivého akcelerometru

• Měření vibrací v mnoha bodech rámu během provozu
• Vytvořte vibrační mapu zobrazující oblasti s vysokými a nízkými hladinami
• Vzor odhaluje tvar módu (ohýbání, kroucení, prohýbání panelu)
• Identifikuje antinody (maximální pohyb) a uzly (minimální pohyb)

Měření přenosové funkce

• Změřte koherenci mezi vibracemi ložiska (vstup) a vibracemi rámu (výstup)
• Vysoká koherence na specifické frekvenci potvrzuje rezonanci
• Přenosová funkce ukazuje faktor zesílení

Řešení a zmírňování následků

Úpravy ztužení

Přidejte konstrukční žebra nebo vyztuhy

• Zvyšte tuhost rámu v ohybu
• Zvyšuje vlastní frekvence nad rozsah excitace
• Relativně úsporné a efektivní
• Lze dodatečně namontovat na stávající zařízení

Zvětšení tloušťky materiálu

• Ztluštění rámových stěn nebo panelů
• Výrazně zvyšuje tuhost a frekvenci
• Může vyžadovat úpravu designu a nové odlitky/výroby

Konstrukční vazby a výztuhy

• Spojte protilehlé strany rámu, abyste zabránili jejich ohýbání
• Křížové ztužení zvyšuje torzní tuhost
• Lze přidat externě bez vnitřních úprav

Sčítání hmoty

• Nižší přirozená frekvence: Přidáním hmotnosti snížíte frekvenci pod rozsah buzení
• Strategické umístění: Pro maximální účinek přidejte hmotu v místech antinodů
• Laděná hmotnost: Pečlivě vypočítané přidání hmotnosti pro specifický režim řazení
• Kompromis: Zvýšená hmotnost nemusí být žádoucí pro všechny aplikace

Tlumící úpravy

Tlumení omezených vrstev

• Viskoelastický materiál vložený mezi kovové vrstvy
• Aplikuje se na velké ploché povrchy (panely, kryty)
• Snižuje amplitudu rezonančního píku o 50-80%
• Účinný v rozsahu 20–500 Hz

Volné tlumení vrstev

• Tlumicí materiál přilepený přímo k vibrujícímu povrchu
• Jednodušší než vrstva s omezenými podmínkami, ale méně efektivní
• Vhodné pro aplikace s omezenou přístupností

Provozní změny

• Změna rychlosti: Pracujte rychlostí, při které nedochází k rezonanci
• Snížení vynucování: Zlepšení rovnováhy a zarovnání pro snížení amplitudy buzení
• Změny procesu: Změnou průtoku, tlaku nebo zatížení posunete budicí frekvence

Prevence v designu

Principy designu

• Dostatečná tuhost: Navrhněte rám s vlastními frekvencemi > 2× nejvyšší budicí frekvence
• Distribuce hmoty: Vyhněte se koncentrovaným hmotám vytvářejícím nízkofrekvenční režimy
• Žebrování a výztuž: Začleňte prvky ztužení od začátku
• Modální analýza: MKP během návrhu pro predikci a optimalizaci vlastních frekvencí

Ověření návrhu

• Testování prototypů s analýzou dopadu
• Měření tvaru průhybu v provozu na prvních jednotkách
• Upravte návrh před výrobou, pokud se zjistí rezonance

Příklad případu

Situace: Motor o výkonu 75 HP pohánějící odstředivý ventilátor, nadměrný hluk a vibrace

• Příznaky: Vibrace rámu motoru 12 mm/s; vibrace ložisek pouze 2,5 mm/s
• Frekvence: 120 Hz (2× síťová frekvence pro motor 60 Hz)
• Zkouška nárazem: Vlastní frekvence odhaleného snímku při 118 Hz
• Hlavní příčina: Rámec rezonující na frekvenci elektromagnetického působení
• Řešení: Přidány čtyři úhlové železné klínky spojující patky motoru s koncovými zvony
• Výsledek: Vlastní frekvence rámu se posunula na 165 Hz, vibrace klesly na 3,2 mm/s
• Náklady: $200 v materiálech oproti $8 000 v případě výměny motoru

Rezonance rámu je běžný, ale často chybně diagnostikovaný problém s vibracemi. Rozpoznání charakteristických příznaků (vysoké vibrace rámu v porovnání s vibracemi ložiska, frekvenčně specifické, závislé na místě) a použití správných diagnostických technik (rázové zkoušky, analýza ODS) umožňuje cílená řešení, která mohou dramaticky snížit vibrace za nízké náklady.

---

← Zpět na hlavní index