Κατανόηση του Συντονισμού σε Μηχανικά Συστήματα

Ορισμός: Τι είναι ο Συντονισμός;

Αντήχηση είναι ένα φυσικό φαινόμενο που συμβαίνει όταν ένα σύστημα υπόκειται σε μια περιοδική δύναμη σε μια συχνότητα που ταιριάζει με μία από τις δικές του. φυσικές συχνότητεςΌταν συμβαίνει αυτή η αντιστοίχιση συχνότητας, το σύστημα αρχίζει να δονείται με εξαιρετικά μεγάλα πλάτη. Η ενέργεια από τη δύναμη εισόδου μεταφέρεται στο σύστημα πολύ αποτελεσματικά, προκαλώντας δραματική συσσώρευση της δόνησης. Ο μόνος παράγοντας που περιορίζει το πλάτος στον συντονισμό είναι η συχνότητα του συστήματος. απόσβεση.

Η σύνδεση μεταξύ φυσικής συχνότητας και συντονισμού

Για να κατανοήσετε τον συντονισμό, πρέπει πρώτα να κατανοήσετε τη φυσική συχνότητα. Κάθε φυσικό αντικείμενο έχει ένα σύνολο φυσικών συχνοτήτων στις οποίες θα δονείται εάν διαταραχθεί. Αυτές καθορίζονται από τη μάζα και την ακαμψία του. Ο συντονισμός είναι αυτό που συμβαίνει όταν «σπρώχνετε» συνεχώς το αντικείμενο με τον ίδιο ακριβώς ρυθμό με μία από τις φυσικές του συχνότητες.

Μια κλασική αναλογία είναι να σπρώχνεις ένα παιδί σε μια κούνια:

• Η κούνια, με το παιδί πάνω της, έχει μια συγκεκριμένη φυσική συχνότητα που βασίζεται στο μήκος των σχοινιών (ακαμψία) και τη μάζα του παιδιού.
• Αν δώσετε στην κούνια μια μόνο ώθηση, θα ταλαντωθεί στην φυσική της συχνότητα και τελικά θα σταματήσει λόγω απόσβεσης (αντίσταση του αέρα και τριβή).
• Αν χρονίσετε τις πιέσεις σας ώστε να ταιριάζουν απόλυτα με τη φυσική συχνότητα της κούνιας, κάθε πιέση προσθέτει περισσότερη ενέργεια στο σύστημα και η κούνια ανεβαίνει όλο και πιο ψηλά. Αυτός είναι ο συντονισμός.
• Αν πιέζετε σε λάθος συχνότητα (πολύ γρήγορα ή πολύ αργά), οι πιέσεις σας δεν θα είναι συγχρονισμένες με την κίνηση της κούνιας και δεν θα μπορείτε να αναπτύξετε μεγάλο πλάτος.

Γιατί ο συντονισμός αποτελεί πρόβλημα στις μηχανές;

Σε περιστρεφόμενα μηχανήματα, ο συντονισμός είναι μια εξαιρετικά καταστροφική και επικίνδυνη κατάσταση. Η «ώθηση» παρέχεται από οποιαδήποτε περιοδική δύναμη που παράγεται από τη λειτουργία του μηχανήματος, όπως ανισορροπία, κακή ευθυγράμμιση ή δυνάμεις διέλευσης λεπίδας. Εάν η συχνότητα μιας από αυτές τις δυνάμεις ευθυγραμμιστεί με μια φυσική συχνότητα του ρότορα, της θεμελίωσης, της δομής στήριξης ή των συνδεδεμένων σωληνώσεων του μηχανήματος, οι συνέπειες μπορεί να είναι σοβαρές:

• Ακραία επίπεδα κραδασμών: Τα πλάτη μπορούν να ενισχυθούν 10, 50 ή ακόμα και εκατοντάδες φορές, ανάλογα με το μέγεθος της απόσβεσης.
• Υψηλές Δυναμικές Τάσεις: Οι μεγάλες παραμορφώσεις προκαλούν τεράστια καταπόνηση στα εξαρτήματα, οδηγώντας σε ταχεία κόπωση.
• Καταστροφική Αποτυχία: Ο συντονισμός μπορεί να οδηγήσει σε ραγισμένους άξονες, αστοχία ρουλεμάν, σπασμένες συγκολλήσεις και πλήρη δομική αστοχία σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα.
• Υπερβολικός θόρυβος: Τα υψηλά επίπεδα δόνησης ακτινοβολούν ως δυνατός και συχνά τονικός θόρυβος.

Συμπτώματα και αναγνώριση του συντονισμού

Ο συντονισμός έχει ένα πολύ ξεχωριστό σύνολο συμπτωμάτων που βοηθούν στη διάγνωσή του:

• Υψηλή κατευθυντική δόνηση: Η δόνηση είναι συνήθως πολύ υψηλότερη σε μία κατεύθυνση (π.χ., οριζόντια) από ό,τι σε άλλες.
• Αιχμηρή Κορυφή σε Δόνηση έναντι Ταχύτητας: Η δόνηση είναι υψηλή μόνο σε πολύ στενό εύρος στροφών. Καθώς το μηχάνημα επιταχύνει ή επιβραδύνει πέρα από αυτό το σημείο, η δόνηση μειώνεται δραματικά.
• Μετατόπιση φάσης 180 μοιρών: Καθώς η ταχύτητα της μηχανής διέρχεται από τη συχνότητα συντονισμού, η φάση της δόνησης θα μετατοπιστεί κατά 180 μοίρες. Αυτή είναι μια οριστική επιβεβαίωση του συντονισμού.
• Δύσκολη η ισορροπία: Η προσπάθεια εξισορρόπησης ενός ρότορα που λειτουργεί σε συντονισμό είναι συχνά αναποτελεσματική ή μπορεί ακόμη και να επιδεινώσει το πρόβλημα. Τα βάρη διόρθωσης εξισορρόπησης θα είναι ασυνήθιστα μεγάλα ή μικρά και η δόνηση μπορεί να μετακινηθεί σε διαφορετική θέση.

Ο συντονισμός επιβεβαιώνεται πειραματικά χρησιμοποιώντας ένα δοκιμή πρόσκρουσης (ή πρόσκρουσης) για να προσδιορίσετε τις φυσικές συχνότητες της δομής ή εκτελώντας μια δοκιμή επιτάχυνσης/καθόδου με νεκρά για να παρατηρηθούν οι αλλαγές πλάτους και φάσης καθώς η μηχανή διέρχεται από τον ύποπτο συντονισμό.

Πώς να λύσετε ένα πρόβλημα συντονισμού

Δεδομένου ότι ο συντονισμός είναι ένα πρόβλημα αντιστοίχισης συχνότητας, η λύση περιλαμβάνει πάντα την αλλαγή της συχνότητας είτε του "ώθησης" είτε του "ώθησης":

1. Αλλαγή της συχνότητας εξαναγκασμού: Αυτό συνήθως σημαίνει αλλαγή της ταχύτητας λειτουργίας του μηχανήματος. Αυτή είναι η απλούστερη λύση, εάν είναι εφικτή.
2. Αλλαγή της φυσικής συχνότητας: Αυτή είναι η πιο συνηθισμένη λύση.
   • Προς αύξηση η φυσική συχνότητα, πρέπει αυξήστε την ακαμψία του συντονισμένου στοιχείου (π.χ., προσθέτοντας ένα στήριγμα ή μια ενίσχυση).
   • Προς μείωση τη φυσική συχνότητα, μπορείτε είτε μειώστε την ακαμψία ή προσθήκη μάζας στο στοιχείο.
3. Προσθήκη απόσβεσης: Σε ορισμένες περιπτώσεις όπου οι συχνότητες δεν μπορούν να αλλάξουν, η προσθήκη απόσβεσης (π.χ., με ιξωδοελαστικά υλικά ή εξειδικευμένους αποσβεστήρες) μπορεί να μειώσει το πλάτος της συντονισμένης κορυφής σε ένα αποδεκτό επίπεδο.

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο