Resonanssin ymmärtäminen mekaanisissa järjestelmissä

Määritelmä: Mikä on resonanssi?

Resonanssi on fysikaalinen ilmiö, joka tapahtuu, kun järjestelmään kohdistuu jaksollinen voima taajuudella, joka vastaa sen omaa taajuutta. luonnolliset taajuudetKun tämä taajuussovitus tapahtuu, järjestelmä alkaa värähdellä erittäin suurilla amplitudeilla. Syöttövoiman energia siirtyy järjestelmään erittäin tehokkaasti, mikä aiheuttaa värähtelyn dramaattisen kasvun. Ainoa tekijä, joka rajoittaa amplitudia resonanssissa, on järjestelmän vaimennus.

Yhteys luonnollisen taajuuden ja resonanssin välillä

Ymmärtääksesi resonanssin sinun on ensin ymmärrettävä ominaistaajuus. Jokaisella fyysisellä kappaleella on joukko ominaistaajuuksia, joilla se värähtelee, jos sitä häiritään. Nämä määräytyvät kappaleen massan ja jäykkyyden mukaan. Resonanssi tapahtuu, kun kappaletta jatkuvasti "työnnät" täsmälleen samalla nopeudella kuin yksi sen ominaistaajuuksista.

Klassinen analogia on lapsen työntäminen keinuun:

• Keinulla, jossa lapsi on, on tietty ominaistaajuus, joka perustuu köysien pituuteen (jäykkyyteen) ja lapsen massaan.
• Jos annat keinulle yhden työntöliikkeen, se värähtelee luonnollisella taajuudellaan ja lopulta pysähtyy vaimennuksen (ilmanvastuksen ja kitkan) vuoksi.
• Jos ajoitat työntösi vastaamaan täydellisesti svingin luonnollista taajuutta, jokainen työntö lisää järjestelmään energiaa ja svingi nousee yhä korkeammalle. Tätä kutsutaan resonanssiksi.
• Jos painat väärällä taajuudella (liian nopeasti tai liian hitaasti), painallukset eivät ole synkronoituja svingin liikkeen kanssa, etkä pysty rakentamaan suurta amplitudia.

Miksi resonanssi on ongelma koneissa?

Pyörivissä koneissa resonanssi on erittäin tuhoisa ja vaarallinen olotila. "Työntövoiman" aiheuttaa mikä tahansa koneen toiminnan synnyttämä jaksollinen voima, kuten epätasapaino, linjausvirhe tai terän ohitusvoimat. Jos jonkin näistä voimista taajuus on sama kuin koneen roottorin, perustuksen, tukirakenteen tai kiinnitetyn putkiston luonnollinen taajuus, seuraukset voivat olla vakavia:

• Äärimmäiset tärinätasot: Amplitudit voidaan vahvistaa 10, 50 tai jopa satoja kertoja vaimennuksen määrästä riippuen.
• Suuret dynaamiset rasitukset: Suuret taipumat aiheuttavat komponenteille valtavaa rasitusta, mikä johtaa nopeaan väsymiseen.
• Katastrofaalinen epäonnistuminen: Resonanssi voi johtaa haljenneisiin akseleihin, vioittuneisiin laakereihin, rikkoutuneisiin hitsauksiin ja täydelliseen rakenteelliseen pettämiseen hyvin lyhyessä ajassa.
• Liiallinen melu: Korkeat värähtelytasot säteilevät kovana ja usein tonaalisena kohinana.

Resonanssin oireet ja tunnistaminen

Resonanssilla on hyvin selkeä oireiden joukko, joka auttaa sen diagnoosissa:

• Erittäin suuntaava värähtely: Tärinä on tyypillisesti paljon voimakkaampaa yhdessä suunnassa (esim. vaakasuunnassa) kuin muissa.
• Terävä huippu tärinässä vs. nopeudessa: Tärnä on voimakasta vain hyvin kapealla nopeusalueella. Kun kone kiihtyy tai hidastuu tästä pisteestä eteenpäin, tärinä laskee dramaattisesti.
• 180 asteen vaihesiirto: Kun koneen nopeus kulkee resonanssitaajuuden läpi, värähtelyn vaihe siirtyy 180 astetta. Tämä on resonanssin lopullinen vahvistus.
• Vaikea tasapainottaa: Resonanssilla toimivan roottorin tasapainottaminen on usein tehotonta tai voi jopa pahentaa ongelmaa. Tasapainon korjauspainot ovat epätavallisen suuria tai pieniä, ja värähtely voi siirtyä eri paikkaan.

Resonanssi vahvistetaan kokeellisesti käyttämällä isku- (tai kolhu-) testi rakenteen luonnollisten taajuuksien tunnistamiseksi tai suorittamalla a kiihdytys-/rullaustesti tarkkailla amplitudin ja vaiheen muutoksia koneen kulkiessa epäillyn resonanssin läpi.

Resonanssiongelman ratkaiseminen

Koska resonanssi on taajuussovitusongelma, ratkaisuun liittyy aina joko "työntäjän" tai "työntäjän" taajuuden muuttaminen:

1. Muuta pakotustaajuutta: Tämä tarkoittaa yleensä koneen käyntinopeuden muuttamista. Tämä on yksinkertaisin ratkaisu, jos se on mahdollista.
2. Muuta ominaistaajuutta: Tämä on yleisin ratkaisu.
   • Osoitteeseen lisätä luonnollinen taajuus, sinun on lisää jäykkyyttä resonanssikomponentista (esim. lisäämällä tuen tai kulmavahvikkeen).
   • Osoitteeseen vähennys luonnollinen taajuus, voit joko vähentää jäykkyyttä tai lisää massaa komponentille.
3. Lisää vaimennus: Joissakin tapauksissa, joissa taajuuksia ei voida muuttaa, vaimennuksen lisääminen (esim. viskoelastisilla materiaaleilla tai erikoistuneilla vaimentimilla) voi vähentää resonanssipiikin amplitudia hyväksyttävälle tasolle.

← Takaisin päähakemistoon