Resonantsi mõistmine mehaanilistes süsteemides

Definitsioon: Mis on resonants?

Resonants on füüsikaline nähtus, mis tekib siis, kui süsteemile mõjub perioodiline jõud sagedusega, mis vastab ühele tema enda jõusagedustest. loomulikud sagedusedKui see sageduste sobitamine toimub, hakkab süsteem vibreerima äärmiselt suure amplituudiga. Sisendjõu energia kandub süsteemi väga tõhusalt, põhjustades vibratsiooni dramaatilise suurenemise. Ainus tegur, mis piirab amplituudi resonantsil, on süsteemi summutamine.

Seos loomuliku sageduse ja resonantsi vahel

Resonantsi mõistmiseks tuleb kõigepealt mõista omavõnkesagedust. Igal füüsilisel objektil on hulk omavõnkesagedusi, millega see häirimise korral vibreerib. Need määravad objekti mass ja jäikus. Resonants tekib siis, kui objekti pidevalt "suruda" täpselt sama kiirusega, mis on üks selle omavõnkesagedustest.

Klassikaline analoogia on lapse kiigel lükkamine:

• Kiigel, millel laps on, on kindel loomulik sagedus, mis põhineb köite pikkusel (jäikusel) ja lapse massil.
• Kui annad kiigele ühe tõuke, hakkab see oma loomulikul sagedusel võnkuma ja lõpuks peatub summutuse (õhutakistuse ja hõõrdumise) tõttu.
• Kui ajastad oma tõuked nii, et need sobiksid ideaalselt kiiku loomuliku sagedusega, lisab iga tõuge süsteemile rohkem energiat ja kiik muutub üha kõrgemaks. See on resonants.
• Kui vajutad vale sagedusega (liiga kiiresti või liiga aeglaselt), siis pole su lükked kiige liikumisega sünkroonis ja sa ei suuda suurt amplituudi saavutada.

Miks on resonants masinate puhul probleemiks?

Pöörlevates masinates on resonants väga hävitav ja ohtlik seisund. „Tõuke“ tekib masina töötamise käigus tekkivate perioodiliste jõudude, näiteks tasakaalustamatuse, joonduse puudumise või labade läbimisjõudude poolt. Kui ühe sellise jõu sagedus langeb kokku masina rootori, vundamendi, tugikonstruktsiooni või kinnitatud torustiku loomuliku sagedusega, võivad tagajärjed olla tõsised:

• Äärmuslikud vibratsioonitasemed: Amplituude saab võimendada 10, 50 või isegi sadu kordi, olenevalt summutuse hulgast.
• Suured dünaamilised pinged: Suured läbipainded põhjustavad komponentidele tohutut pinget, mis viib kiire väsimuseni.
• Katastroofiline rike: Resonants võib väga lühikese aja jooksul põhjustada pragunenud võlle, rikkis laagreid, purunenud keevisõmblusi ja täielikku konstruktsiooni riket.
• Liigne müra: Kõrged vibratsioonitasemed kiirgavad valju ja sageli tonaalse mürana.

Resonantsi sümptomid ja tuvastamine

Resonantsil on väga selge sümptomite kogum, mis aitab diagnoosida:

• Väga suunatud vibratsioon: Vibratsioon on tavaliselt ühes suunas (nt horisontaalselt) palju suurem kui teistes.
• Vibratsiooni ja kiiruse järsk erinevus: Vibratsioon on tugev ainult väga kitsas kiirusvahemikus. Kui masin sellest punktist kiiremini või aeglasemalt kiirendab, langeb vibratsioon järsult.
• 180-kraadine faasinihe: Kui masina kiirus läbib resonantssagedust, nihkub vibratsiooni faas 180 kraadi. See on resonantsi lõplik kinnitus.
• Raske tasakaalustada: Resonantsil töötava rootori tasakaalustamine on sageli ebaefektiivne või võib probleemi isegi süvendada. Tasakaalu korrektsiooniraskused on ebatavaliselt suured või väikesed ning vibratsioon võib liikuda teise kohta.

Resonantsi kinnitatakse eksperimentaalselt, kasutades löögikatse (või põrutuskatse) struktuuri loomulike sageduste tuvastamiseks või a kiirendus-/vabajooksukatse et jälgida amplituudi ja faasi muutusi, kui masin läbib kahtlustatavat resonantsi.

Kuidas lahendada resonantsiprobleemi

Kuna resonants on sageduse sobitamise probleem, hõlmab lahendus alati kas "tõukuri" või "tõukuri" sageduse muutmist:

1. Muutke sundsagedust: Tavaliselt tähendab see masina töökiiruse muutmist. See on lihtsaim lahendus, kui see on teostatav.
2. Muutke omavõnkesagedust: See on kõige levinum lahendus.
   • aadressile suurendama loomulikku sagedust, peate suurendage jäikust resonantskomponendi osast (nt toe või vahetüki lisamisega).
   • aadressile vähenemine loomulikku sagedust, saate kas vähendada jäikust või lisa massi komponendile.
3. Lisa summutus: Mõnel juhul, kui sagedusi ei saa muuta, võib summutuse lisamine (nt viskoelastsete materjalide või spetsiaalsete summutitega) vähendada resonantsi tipu amplituudi vastuvõetava tasemeni.

← Tagasi põhiindeksi juurde