Forståelse af selvophidsede vibrationer

1. Definition: Hvad er selvexciteret vibration?

Selvophidsede vibrationer (også kendt som en selvinduceret eller ustabil vibration) er en særlig farlig type vibration, hvor et systems bevægelse inducerer kræfter, der igen opretholder eller forstærker bevægelsen. Dette skaber en feedback-loop, hvor vibrationen kan vokse i amplitude, nogle gange til et katastrofalt niveau, uden nogen tilsvarende stigning i en ekstern påvirkningsfrekvens.

Dette er fundamentalt forskelligt fra en tvungen vibration, som f.eks. ubalance eller forskydning, hvor vibrationen er en direkte reaktion på et specifikt, periodisk input (påvirkningsfrekvensen). I et selv-exciteret system skaber vibrationen sin egen drivende kraft.

2. Feedback-loop-mekanismen

Mekanismen bag selvophidsede vibrationer kan opsummeres som følger:

1. Et system (f.eks. en rotor i et leje) er i bevægelse.
2. En lille, tilfældig forstyrrelse forårsager en lille forskydning eller ændring i hastighed.
3. Denne ændring i bevægelse ændrer de kræfter, der virker på systemet (f.eks. væsketrykket i et leje eller et værktøjs skærekraft).
4. Afgørende er det, at denne ændrede kraft virker på en måde, der *tilfører energi* til systemet og skubber komponenten yderligere i den retning, den allerede bevægede sig i.
5. Denne øgede bevægelse genererer en endnu større kraft, som tilføjer mere energi, og så videre.

Denne feedback-sløjfe får vibrationen til at vokse, indtil den enten er begrænset af ikke-lineariteter i systemet (som at ramme et hårdt stop) eller fører til fejl.

3. Almindelige eksempler på selvophidsede vibrationer

Adskillige velkendte fænomener inden for maskindiagnostik er klassiske eksempler på selvophidset vibration:

• Oliehvirvel og oliepisk: De mest almindelige eksempler i roterende maskiner. I et fluidfilm-leje skaber den roterende aksel en oliekile. En forstyrrelse kan få oliekilen til at begynde at rotere (hvirvle) omkring lejet. Trykket fra denne hvirvlende kile skubber akslen, hvilket tilføjer mere energi til hvirvlen. Den resulterende vibration er ikke ved driftshastigheden, men ved en subsynkron frekvens (typisk 0,42-0,48X løbehastighed).
• Snak i bearbejdning: Ved metalbearbejdning (drejning eller fræsning) opstår vibrationer, når skæreværktøjet begynder at vibrere. Denne vibration får tykkelsen af den spån, der skæres, til at variere. Den varierende spåntykkelse forårsager igen en udsving i skærekraften, og denne fluktuerende kraft kan pumpe energi tilbage i værktøjets vibration, hvilket får det til at udvikle sig til en voldsom vibration.
• Aerodynamisk flagren: Vibrationen i en flyvinge, hvor vingens bøjnings- og vridningsbevægelse ændrer dens aerodynamiske profil. Denne ændring i profil ændrer lufttrykket på en måde, der tilføjer energi til vingens bevægelse, hvilket fører til katastrofale svigt, hvis den ikke kontrolleres.
• Rotorgnidninger: En tilstand, hvor en rotor kommer i kontakt med en stationær del. Friktionen fra gnidningen kan opvarme rotoren, hvilket får den til at bøje. Denne bøjning øger gnidningskraften, hvilket øger varmen og bøjningen, hvilket skaber en feedback-loop, der kan føre til fastbrænding.

4. Nøglekarakteristika og diagnose

Selvophidsede vibrationer har ofte forskellige karakteristika i FFT-spektrum:

• Ikke-synkrone frekvenser: Vibrationen er typisk ikke et helt multiplum eller en harmonisk af løbehastigheden. Den forekommer ofte ved en subsynkron frekvens.
• Ustabilitet: Amplituden kan være meget ustabil og kan vokse hurtigt med små ændringer i driftsforholdene (hastighed, temperatur, belastning).
• Pludselig indtræden: Vibrationen er muligvis slet ikke til stede, før maskinen krydser en bestemt hastigheds- eller belastningstærskel, hvor den kan opstå pludseligt og med høj amplitude.

Diagnosticering af selvexciterede vibrationer involverer at identificere disse karakteristiske ikke-synkrone toppe og forstå de fysiske mekanismer, der kan forårsage en sådan ustabilitet i den specifikke maskine.

← Tilbage til hovedindekset