درک رزونانس در سیستم‌های مکانیکی

تعریف: رزونانس چیست؟

رزونانس یک پدیده فیزیکی است که زمانی رخ می‌دهد که یک سیستم تحت تأثیر نیروی تناوبی با فرکانسی برابر با فرکانس خودش قرار گیرد. فرکانس‌های طبیعیوقتی این تطبیق فرکانس رخ می‌دهد، سیستم شروع به ارتعاش با دامنه‌های بسیار بزرگ می‌کند. انرژی حاصل از نیروی ورودی به طور بسیار موثری به سیستم منتقل می‌شود و باعث می‌شود ارتعاش به طور چشمگیری افزایش یابد. تنها عاملی که دامنه را در رزونانس محدود می‌کند، سیستم است. میرایی.

ارتباط بین فرکانس طبیعی و رزونانس

برای درک رزونانس، ابتدا باید فرکانس طبیعی را درک کنید. هر جسم فیزیکی مجموعه‌ای از فرکانس‌های طبیعی دارد که در صورت ایجاد اختلال، در آنها می‌لرزد. این فرکانس‌ها توسط جرم و سختی آن تعیین می‌شوند. رزونانس زمانی اتفاق می‌افتد که شما به طور مداوم جسم را دقیقاً با همان سرعت یکی از فرکانس‌های طبیعی آن "فشار" دهید.

یک قیاس کلاسیک، هل دادن یک کودک روی تاب است:

• تاب، در حالی که کودک روی آن است، فرکانس طبیعی خاصی دارد که بستگی به طول طناب‌ها (سختی) و جرم کودک دارد.
• اگر تاب را یک بار هل دهید، با فرکانس طبیعی خود نوسان می‌کند و در نهایت به دلیل میرایی (مقاومت هوا و اصطکاک) متوقف می‌شود.
• اگر زمان‌بندی ضربات خود را طوری تنظیم کنید که کاملاً با فرکانس طبیعی تاب مطابقت داشته باشد، هر ضربه انرژی بیشتری به سیستم اضافه می‌کند و تاب بالاتر و بالاتر می‌رود. به این پدیده رزونانس می‌گویند.
• اگر با فرکانس اشتباه (خیلی سریع یا خیلی آهسته) ضربه بزنید، ضربات شما با حرکت تاب هماهنگ نخواهد بود و نمی‌توانید دامنه‌ی نوسان زیادی ایجاد کنید.

چرا رزونانس در ماشین آلات یک مشکل است؟

در ماشین‌آلات دوار، رزونانس یک وضعیت بسیار مخرب و خطرناک است. "فشار" توسط هر نیروی تناوبی تولید شده توسط عملکرد دستگاه، مانند عدم تعادل، ناهم‌ترازی یا نیروهای عبور تیغه، ایجاد می‌شود. اگر فرکانس یکی از این نیروها با فرکانس طبیعی روتور دستگاه، فونداسیون، سازه نگهدارنده یا لوله‌کشی متصل به آن هم‌تراز شود، عواقب آن می‌تواند شدید باشد:

• سطوح ارتعاش شدید: بسته به میزان میرایی، دامنه‌ها می‌توانند ۱۰، ۵۰ یا حتی صدها برابر تقویت شوند.
• تنش‌های دینامیکی بالا: انحرافات بزرگ باعث ایجاد تنش بسیار زیاد روی اجزا شده و منجر به خستگی سریع می‌شود.
• شکست فاجعه‌بار: رزونانس می‌تواند منجر به ترک خوردن شفت‌ها، خرابی یاتاقان‌ها، شکستگی جوش‌ها و خرابی کامل سازه در مدت زمان بسیار کوتاهی شود.
• سر و صدای بیش از حد: سطوح بالای ارتعاش به صورت صدای بلند و اغلب تُنال منتشر می‌شوند.

علائم و شناسایی رزونانس

رزونانس مجموعه‌ای از علائم کاملاً مشخص دارد که به تشخیص آن کمک می‌کند:

• ارتعاش بسیار جهت‌دار: ارتعاش معمولاً در یک جهت (مثلاً افقی) بسیار بیشتر از جهات دیگر است.
• اوج شدید در ارتعاش در مقابل سرعت: لرزش فقط در محدوده سرعت بسیار کمی زیاد است. با افزایش یا کاهش سرعت دستگاه از این نقطه، لرزش به طرز چشمگیری کاهش می‌یابد.
• تغییر فاز ۱۸۰ درجه‌ای: با عبور سرعت دستگاه از فرکانس رزونانس، فاز ارتعاش ۱۸۰ درجه تغییر می‌کند. این یک تأیید قطعی برای رزونانس است.
• حفظ تعادل دشوار است: تلاش برای متعادل کردن روتوری که با رزونانس کار می‌کند، اغلب بی‌اثر است یا حتی ممکن است مشکل را بدتر کند. وزنه‌های اصلاح تعادل به طور غیرمعمول بزرگ یا کوچک خواهند بود و لرزش ممکن است به مکان دیگری منتقل شود.

رزونانس با استفاده از یک روش تجربی تأیید می‌شود آزمایش ضربه (یا ضربه) برای شناسایی فرکانس‌های طبیعی سازه، یا با انجام یک آزمون بالا آمدن/پایین آمدن از سطح آب برای مشاهده تغییرات دامنه و فاز هنگام عبور دستگاه از ناحیه رزونانس مشکوک.

چگونه یک مشکل رزونانس را حل کنیم

از آنجایی که رزونانس یک مسئله تطبیق فرکانس است، راه حل همیشه شامل تغییر فرکانس یا «فشار دهنده» یا «فشار گیرنده» است:

1. فرکانس اعمال نیرو را تغییر دهید: این معمولاً به معنای تغییر سرعت عملکرد دستگاه است. این ساده‌ترین راه حل در صورت امکان است.
2. تغییر فرکانس طبیعی: این رایج‌ترین راه حل است.
   • To افزایش فرکانس طبیعی، شما باید سفتی را افزایش دهید از مؤلفه رزونانس (مثلاً با اضافه کردن یک مهاربند یا یک صفحه اتصال).
   • To کاهش فرکانس طبیعی، شما می‌توانید سفتی را کاهش دهید یا جرم اضافه کنید به جزء.
3. اضافه کردن میرایی: در برخی موارد که فرکانس‌ها قابل تغییر نیستند، اضافه کردن میرایی (مثلاً با مواد ویسکوالاستیک یا میراگرهای تخصصی) می‌تواند دامنه پیک رزونانس را تا حد قابل قبولی کاهش دهد.

← بازگشت به فهرست اصلی