Forståelse af tvungen vibration

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,358.31

Dele

Vibrationssensor

$107.47

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$148.07

Enheder

Balanset-4

$8,123.32

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.93

Dele

Reflekterende tape

$11.94

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definition: Hvad er tvungen vibration?

Tvungen vibration er oscillerende bevægelse forårsaget af en ekstern periodisk kraft, der påføres et mekanisk system. Vibrationen forekommer ved frekvensen af den påførte kraft (kraftfrekvensen), og amplituden er proportional med størrelsen af kraftfunktionen og omvendt proportional med systemets modstand mod bevægelse ved den frekvens. De fleste vibrationer i roterende maskiner er tvungen vibration, med almindelige tvingende kilder, herunder ubalance (roterende centrifugalkraft), forskydning (koblingskræfter) og aerodynamiske/hydrauliske pulsationer.

Tvungen vibration er fundamentalt forskellig fra selvophidsede vibrationer (hvor systemet genererer sin egen vedvarende oscillation) og fri vibration (transient respons efter impuls). Forståelse af principperne for tvungen vibration er afgørende, fordi det forklarer, hvordan vibrationsamplitude relaterer sig til fejlens alvorlighed, og hvordan vibration kan kontrolleres ved at reducere tvungen oscillation eller ændre systemrespons.

Karakteristika for tvungen vibration

Frekvenstilpasning

• Vibrationsfrekvensen er lig med tvangsfrekvensen
• Hvis tvangsindstillingen er 30 Hz, vibration ved 30 Hz
• I modsætning til selvophidsede vibrationer, der forekommer ved naturlig frekvens
• Forudsigelig frekvens baseret på tvangskilde

Amplitudeproportionalitet

• Vibrationsamplitude proportional med kraftstørrelsen
• Dobbelt kraft → dobbelt vibration (lineært system)
• Fjern tvang → vibrationsstop
• Styrbar gennem kraftreduktion

Faseforhold

• Bestemt fase forholdet mellem kraft og respons
• Fase afhænger af frekvens i forhold til egenfrekvens
• Under resonans: vibration i fase med kraften
• Ved resonans: 90° faseforsinkelse
• Over resonans: 180° faseforsinkelse

Stabilitet

• Systemet er stabilt – vibrationsbegrænset
• Vokser ikke uden begrænsninger
• Amplitude begrænset af tvang og systemrespons
• Kontraster med ustabil selvophidset vibration

Almindelige tvangsfunktioner i maskiner

1. Ubalance (1× Tvang)

• Kraft: Roterende centrifugalkraft fra massens excentricitet
• Frekvens: En gang pr. omdrejning (1× akselhastighed)
• Størrelsesorden: F = m × r × ω² (proportional med hastighed i anden potens)
• Mest almindelige: Primær vibrationskilde i det meste roterende udstyr

2. Forskydning (2× Tvang)

• Kraft: Koblingskræfter fra vinkel-/parallelforskydning
• Frekvens: To gange pr. omdrejning (2× akselhastighed)
• Karakteristisk: Høj aksial komponent

3. Aerodynamisk/hydraulisk (blad-/vingepassering)

• Kraft: Trykpulsationer fra blad-stator-interaktion
• Frekvens: Antal knive × akselhastighed
• Eksempler: Ventilatorer, pumper, kompressorer

4. Gearnetværkskræfter

• Kraft: Tandindgreb skaber periodisk belastning
• Frekvens: Antal tænder × akselhastighed
• Størrelsesorden: Relateret til overført drejningsmoment og tandkvalitet

5. Elektromagnetiske kræfter

• Kraft: Magnetiske feltpulsationer i motorer/generatorer
• Frekvens: 2× netfrekvens (120/100 Hz)
• Uafhængig: Af mekanisk hastighed (asynkron tvangspåvirkning)

Reaktion på tvungen styring: Systemadfærd

Under naturlig frekvens (stivhedskontrolleret)

• Vibrationsamplitude ≈ Kraft / Stivhed
• Reaktion i fase med tvang
• Amplituden stiger med hastigheden for hastighedsafhængige kræfter
• Typisk driftsområde for de fleste stive rotorer

Ved naturlig frekvens (resonans)

• Vibrationsamplitude ≈ Kraft / (Dæmpning × Naturfrekvens)
• Amplitude forstærket af Q-faktor (typisk 10-50×)
• 90° faseforsinkelse
• Små kræfter skaber store vibrationer
• Dæmpning er den eneste begrænsende faktor

Over naturlig frekvens (massekontrolleret)

• Vibrationsamplitude ≈ Kraft / (Masse × Frekvens²)
• 180° faseforsinkelse (vibration modsat kraftretningen)
• Amplituden falder med stigende frekvens
• Driftsområde for fleksible rotorer over kritiske hastigheder

Tvungen vibration vs. andre typer

Tvungen vs. fri vibration

• Tvunget: Kontinuerlig kraftpåvirkning, vibration vedvarende, ved kraftpåvirkningsfrekvens
• Gratis: Impulsrespons, vibration aftager ved naturlig frekvens
• Eksempel: Bumptest producerer fri vibration; løbebånd producerer tvungen vibration

Tvungen vs. selvophidset vibration

• Tvunget: Ekstern kraft, amplitude proportional med kraften, stabil
• Selvophidset: Intern energikilde, amplitude begrænset af ikke-linearitet, ustabil
• Eksempler: Ubalance er påtvunget; oliehvirvel er selvophidset

Kontrol og afbødning

Reducer tvang

• Afbalancering: Reducerer direkte ubalancepåvirkning
• Retning: Reducerer kræfter ved skæv justering
• Reparation af defekter: Løs mekaniske problemer, der skaber kræfter
• Mest effektiv: Eliminer eller minimer påvirkningskilden

Rediger systemrespons

• Ændring af stivhed: Flyt naturlige frekvenser væk fra at tvinge frekvenser
• Tilføj dæmpning: Reducer resonansforstærkning
• Ændre masse: Ændre naturlige frekvenser
• Isolation: Reducer kraftoverførslen til strukturen

Undgå resonans

• Sørg for, at forceringsfrekvenserne ikke matcher de naturlige frekvenser
• Separationsmargin typisk ±20-30%
• Designfaseanalyse for at verificere
• Hastighedsbegrænsninger, hvis resonans uundgåelig

Praktisk betydning

De fleste maskinvibrationer er tvungne

• Ubalance, forkert justering, gearindgreb – alt sammen tvungen vibration
• Forudsigelig og kontrollerbar gennem tvangsreduktion
• Standard vedligeholdelseshandlinger (balance, justering) adresserer tvungen

Diagnostisk tilgang

• Identificer tvangsfrekvens fra spektrum
• Match med kendte kraftkilder (1×, 2×, tandhjulsindgreb osv.)
• Diagnosticér kilden til tvangsindgreb
• Reducer tvangspåvirkning gennem passende vedligeholdelse

Tvungen vibration er den grundlæggende vibrationstype i roterende maskiner, der stammer fra eksterne periodiske kræfter, der virker på systemet. Forståelse af principperne for tvungen vibration - frekvenstilpasning, amplitudeproportionalitet og responskarakteristika - muliggør korrekt diagnose af vibrationskilder, passende korrigerende handlinger (reduktion af tvungen vibration eller ændring af respons) og designstrategier, der minimerer vibration gennem reduktion af tvungen vibration og undgåelse af resonans.

---

← Tilbage til hovedindekset