Kehysresonanssin ymmärtäminen
Määritelmä: Mikä on kehysresonanssi?
Kehyksen resonanssi on tietyntyyppinen rakenteellinen resonanssi jossa koneen oma rakennekehys, kotelo, vaippa tai suojakuori värähtelee jossakin sen asennossa luonnolliset taajuudet vasteena pyörivien komponenttien herättämälle herätteelle. Toisin kuin perustusten tai jalustan resonanssit, jotka liittyvät tukirakenteeseen, rungon resonanssi liittyy itse koneen runkoon – valurautaiseen tai teräsrakenteiseen, joka sulkee sisäänsä pyörivät elementit.
Runkoresonanssi on yleinen koneissa, joissa on suuret ja suhteellisen kevyet kotelot, kuten tuulettimet, puhaltimet, pumput ja moottorit. Se ilmenee tyypillisesti liiallisena meluna, näkyvänä värähtelynä kansissa tai paneeleissa ja korkeana tärinä rungon lukemat, jotka ovat suhteettomia roottorin todelliseen värähtelyyn nähden.
Yleisiä kehysresonanssitilanteita
Moottori- ja generaattorirungot
- Luonnolliset taajuudet: Tyypillisesti 50–400 Hz koosta ja rakenteesta riippuen
- Herätys: 1× (epätasapaino), 2× verkkotaajuus (120 Hz 60 Hz:n moottoreille), sähkömagneettiset voimat
- Oireet: Rungon tärinä paljon voimakkaampaa kuin laakerin tärinä; kuuluu hurinaa tai surinaa
- Vakavuus: Rungossa voi olla 5–10 kertaa suurempi tärinä kuin laakereissa
Tuulettimen ja puhaltimen kotelot
- Luonnolliset taajuudet: 20–200 Hz tyypillisille teollisuuspuhaltimille
- Herätys: Terän ohitustaajuus (terien lukumäärä × RPM)
- Oireet: Kotelopaneelit tärisevät voimakkaasti; kova aerodynaaminen melu
- Ominaisuus: Voi tapahtua vain tietyillä nopeuksilla tai virtausolosuhteissa
Pumpun kotelot
- Luonnolliset taajuudet: 30–300 Hz kotelon rakenteesta riippuen
- Herätys: Siipien ohitustaajuus, hydrauliset pulssit
- Oireet: Kotelon tärinä, melu, väsymishalkeamien mahdollisuus
- Hydraulinen kytkentä: Nesteellä täytetty kotelo voi yhdistää roottorin ja kotelon värähtelyn
Vaihdelaatikon kotelot
- Vaihteiston verkkotaajuuden heräte
- Kehyksen ominaistaajuudet menevät usein päällekkäin verkkotaajuuksien kanssa
- Ominainen kovaääninen vinkuminen resonanssin aikana
Tärinän tunnistus ja tunnistus
Tyypilliset oireet
- Sijainnista riippuvainen: Tärinä vaihtelee dramaattisesti rungon pinnalla (10-kertaiset erot ovat yleisiä)
- Laakeri vs. runko: Rungon tärinä >> laakerin tärinä (voi olla 3–10×)
- Taajuuskohtainen: Vain resonanssitaajuudella; muut taajuudet normaalilla
- Nopeusherkkä: Voimakas kapealla nopeusalueella (±10-20% resonanssinopeudesta)
- Visuaalinen liike: Kehyksen liike näkyy usein paljaalla silmällä
Diagnostiset testit
Isku- (kolhu-) testi
- Iske runkoon kumivasaralla tai instrumentoidulla vasaralla
- Mittaa vastetta kiihtyvyysanturi
- Tunnista kuvan ominaistaajuudet taajuusvasteen huippujen perusteella
- Vertaa toimintataajuuksiin (1×, 2×, terän ohitus jne.)
Kiertävä kiihtyvyysanturitutkimus
- Mittaa tärinää useissa pisteissä rungon yli käytön aikana
- Luo värähtelykartta, joka näyttää korkeat ja matalat alueet
- Kuvio paljastaa moodin muodon (taipuminen, kiertyminen, paneelin taipuminen)
- Tunnistaa antinoodit (maksimaalinen liike) ja solmut (minimaalinen liike)
Siirtofunktion mittaus
- Mittaa laakerin värähtelyn (tulo) ja rungon värähtelyn (lähtö) välistä koherenssia
- Korkea koherenssi tietyllä taajuudella vahvistaa resonanssin
- Siirtofunktio näyttää vahvistuskertoimen
Ratkaisut ja lieventäminen
Jäykistävät muutokset
Lisää rakenteellisia kylkiluita tai haaroituksia
- Lisää rungon taivutusjäykkyyttä
- Nostaa luonnolliset taajuudet viritysalueen yläpuolelle
- Suhteellisen taloudellinen ja tehokas
- Voidaan jälkiasentaa olemassa oleviin laitteisiin
Lisää materiaalin paksuutta
- Paksuunna runkoseiniä tai paneeleita
- Lisää merkittävästi jäykkyyttä ja taajuutta
- Saattaa vaatia suunnittelumuutoksia ja uusia valukappaleita/rakenteita
Rakenteelliset siteet ja tuennat
- Yhdistä rungon vastakkaiset sivut taipumisen estämiseksi
- Ristituet lisäävät vääntöjäykkyyttä
- Voidaan lisätä ulkoisesti ilman sisäisiä muutoksia
Massan lisäys
- Alempi luonnollinen taajuus: Lisää massaa taajuuden pienentämiseksi herätealueen alapuolelle
- Strateginen sijoittelu: Lisää massaa antinoodeihin maksimaalisen tehon saavuttamiseksi
- Viritetty massa: Huolellisesti laskettu massan lisäys vuorokohtaiseen tilaan
- Kompromissi: Lisääntynyt paino, ei välttämättä ole toivottavaa kaikissa sovelluksissa
Vaimennuskäsittelyt
Rajoitettu kerrosvaimennus
- Viskoelastinen materiaali metallikerrosten välissä
- Levitetään suurille tasaisille pinnoille (paneelit, suojat)
- Vähentää resonanssihuipun amplitudia 50-80%:llä
- Tehokas 20–500 Hz:n taajuusalueella
Vapaa kerrosvaimennus
- Vaimennusmateriaali kiinnitetty suoraan värähtelevään pintaan
- Yksinkertaisempi kuin rajoitettu kerros, mutta vähemmän tehokas
- Hyvä sovelluksiin, joissa on rajoitettu saavutettavuus
Toiminnalliset muutokset
- Nopeuden muutos: Käytä nopeudella, jolla ei esiinny resonanssia
- Vähennä pakottamista: Paranna tasapainoa ja linjausta vähentääksesi heräteamplitudia
- Prosessimuutokset: Muuta virtausta, painetta tai kuormitusta herätetaajuuksien muuttamiseksi
Ennaltaehkäisy suunnittelussa
Suunnitteluperiaatteet
- Riittävä jäykkyys: Suunnittelukehys, jonka ominaistaajuudet ovat > 2 × korkein herätetaajuus
- Massajakauma: Vältä keskittyneitä massoja, jotka aiheuttavat matalataajuisia moodia
- Nauha ja vahvikkeet: Sisällytä jäykistävät ominaisuudet alusta alkaen
- Modaalinen analyysi: FEA suunnittelun aikana luonnollisten taajuuksien ennustamiseksi ja optimoimiseksi
Suunnittelun varmennus
- Prototyyppitestaus ja vaikutusanalyysi
- Ensimmäisten yksiköiden toimintasuuntauman mittaus
- Muokkaa suunnittelua ennen tuotantoa, jos resonansseja havaitaan
Tapausesimerkki
Tilanne: 75 hv:n moottori pyörittää keskipakopuhallinta, liiallinen melu ja tärinä
- Oireet: Moottorin rungon tärinä 12 mm/s; laakerin tärinä vain 2,5 mm/s
- Taajuus: 120 Hz (2 × verkkotaajuus 60 Hz:n moottorille)
- Iskutesti: Paljastettu kehyksen luonnollinen taajuus 118 Hz:ssä
- Perimmäinen syy: Kehys resonoi sähkömagneettisella pakotetaajuudella
- Ratkaisu: Lisätty neljä kulmarautaista haaroitusta, jotka yhdistävät moottorin jalat päätykelloihin
- Tulos: Rungon ominaistaajuus muuttui 165 Hz:iin, tärinä laski 3,2 mm/s:iin
- Maksaa: $200 materiaaleissa vs. $8,000 moottorin vaihdossa
Runkoresonanssi on yleinen, mutta usein väärin diagnosoitu tärinäongelma. Tyypillisten oireiden tunnistaminen (korkea rungon tärinä suhteessa laakerin tärinään, taajuuskohtainen, sijaintiriippuvainen) ja asianmukaisten diagnostiikkatekniikoiden (iskukoe, ODS-analyysi) soveltaminen mahdollistaa kohdennetut ratkaisut, jotka voivat vähentää tärinää merkittävästi kohtuullisin kustannuksin.
Luokat: SanastoTärinädiagnostiikka
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 