Comprendre la résonance dans les systèmes mécaniques

Dispositifs

Equilibreur portable et analyseur de vibrations Balanset-1A

$2,336.95 Le prix initial était : $2,336.95.$2,011.55Le prix actuel est : $2,011.55.

Pièces détachées

Capteur de vibration

$106.49 Le prix initial était : $106.49.$82.83Le prix actuel est : $82.83.

Pièces détachées

Capteur optique (tachymètre laser)

$146.72 Le prix initial était : $146.72.$106.49Le prix actuel est : $106.49.

Dispositifs

Balanset-4

$8,049.74

Pièces détachées

Taille du support magnétique-60-kgf

$54.43

Pièces détachées

Bande réfléchissante

$11.83

Dispositifs

Equilibreur dynamique "Balanset-1A" OEM

$2,052.96 Le prix initial était : $2,052.96.$1,774.90Le prix actuel est : $1,774.90.

Définition : Qu'est-ce que la résonance ?

Résonance est un phénomène physique qui se produit lorsqu'un système est soumis à une force périodique à une fréquence qui correspond à la sienne. fréquences naturellesLorsque cette adaptation de fréquence se produit, le système commence à vibrer avec des amplitudes extrêmement importantes. L'énergie de la force d'entrée est transférée au système très efficacement, provoquant une amplification spectaculaire des vibrations. Le seul facteur limitant l'amplitude à la résonance est la force du système. amortissement.

Le lien entre la fréquence naturelle et la résonance

Pour comprendre la résonance, il faut d'abord comprendre la fréquence naturelle. Tout objet physique possède un ensemble de fréquences naturelles auxquelles il vibre s'il est perturbé. Ces fréquences sont déterminées par sa masse et sa rigidité. La résonance se produit lorsque l'on « pousse » continuellement l'objet à la même fréquence que l'une de ses fréquences naturelles.

Une analogie classique consiste à pousser un enfant sur une balançoire :

• La balançoire, avec l'enfant dessus, a une fréquence naturelle spécifique basée sur la longueur des cordes (rigidité) et la masse de l'enfant.
• Si vous donnez une seule poussée à la balançoire, elle oscillera à sa fréquence naturelle et finira par s'arrêter en raison de l'amortissement (résistance de l'air et frottement).
• Si vous synchronisez vos poussées pour qu'elles correspondent parfaitement à la fréquence naturelle du swing, chaque poussée ajoute de l'énergie au système, et le swing monte de plus en plus haut. C'est la résonance.
• Si vous poussez à la mauvaise fréquence (trop vite ou trop lentement), vos poussées ne seront pas synchronisées avec le mouvement du swing et vous ne pourrez pas créer une grande amplitude.

Pourquoi la résonance est-elle un problème dans les machines ?

Dans les machines tournantes, la résonance est un état hautement destructeur et dangereux. La « poussée » est fournie par toute force périodique générée par le fonctionnement de la machine, comme un balourd, un désalignement ou des forces de passage de pales. Si la fréquence de l'une de ces forces coïncide avec la fréquence naturelle du rotor, des fondations, de la structure de support ou des tuyauteries de la machine, les conséquences peuvent être graves :

• Niveaux de vibrations extrêmes : Les amplitudes peuvent être amplifiées 10, 50, voire des centaines de fois, selon le degré d’amortissement.
• Contraintes dynamiques élevées : Les grandes déflexions provoquent d’énormes contraintes sur les composants, entraînant une fatigue rapide.
• Échec catastrophique : La résonance peut entraîner des arbres fissurés, des roulements défaillants, des soudures brisées et une défaillance structurelle complète dans un laps de temps très court.
• Bruit excessif : Les niveaux de vibration élevés rayonnent sous forme de bruit fort et souvent tonal.

Symptômes et identification de la résonance

La résonance présente un ensemble très distinct de symptômes qui aident à son diagnostic :

• Vibration hautement directionnelle : La vibration est généralement beaucoup plus élevée dans une direction (par exemple, horizontale) que dans d’autres.
• Pic de vibration marqué par rapport à la vitesse : Les vibrations ne sont élevées que dans une plage de vitesse très étroite. Au-delà de ce seuil, lorsque la machine accélère ou ralentit, les vibrations diminuent considérablement.
• Un déphasage de 180 degrés : Lorsque la vitesse de la machine franchit la fréquence de résonance, la phase de la vibration se décale de 180 degrés. Ceci constitue une confirmation définitive de la résonance.
• Difficile à équilibrer : Tenter d'équilibrer un rotor fonctionnant par résonance est souvent inefficace, voire aggrave le problème. Les poids de correction d'équilibrage seront anormalement grands ou petits, et la vibration peut se déplacer.

La résonance est confirmée expérimentalement à l'aide d'un test d'impact (ou de choc) pour identifier les fréquences naturelles de la structure, ou en effectuant une test de montée/descente en roue libre d'observer les changements d'amplitude et de phase lorsque la machine traverse la résonance suspectée.

Comment résoudre un problème de résonance

La résonance étant un problème d’adaptation de fréquence, la solution implique toujours de changer la fréquence soit du « pousseur », soit du « poussé » :

1. Modifier la fréquence de forçage : Cela implique généralement de modifier la vitesse de fonctionnement de la machine. C'est la solution la plus simple, si elle est réalisable.
2. Changer la fréquence naturelle : C'est la solution la plus courante.
   • Pour augmenter la fréquence naturelle, vous devez augmenter la rigidité de la composante résonante (par exemple en ajoutant une entretoise ou un gousset).
   • Pour diminuer la fréquence naturelle, vous pouvez soit diminuer la rigidité ou ajouter de la masse au composant.
3. Ajouter un amortissement : Dans certains cas où les fréquences ne peuvent pas être modifiées, l'ajout d'amortissement (par exemple, avec des matériaux viscoélastiques ou des amortisseurs spécialisés) peut réduire l'amplitude du pic de résonance à un niveau acceptable.

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