यांत्रिक प्रणालियों में अनुनाद को समझना

परिभाषा: अनुनाद क्या है?

गूंज यह एक भौतिक घटना है जो तब होती है जब किसी प्रणाली पर एक आवधिक बल लगाया जाता है, जिसकी आवृत्ति उसकी अपनी आवृत्ति से मेल खाती है। प्राकृतिक आवृत्तियोंजब यह आवृत्ति मिलान होता है, तो सिस्टम अत्यधिक बड़े आयामों के साथ कंपन करने लगता है। इनपुट बल से ऊर्जा सिस्टम में बहुत कुशलता से स्थानांतरित हो जाती है, जिससे कंपन नाटकीय रूप से बढ़ जाता है। अनुनाद पर आयाम को सीमित करने वाला एकमात्र कारक सिस्टम का भिगोना.

प्राकृतिक आवृत्ति और अनुनाद के बीच संबंध

अनुनाद को समझने के लिए, आपको पहले प्राकृतिक आवृत्ति को समझना होगा। प्रत्येक भौतिक वस्तु की प्राकृतिक आवृत्तियों का एक समूह होता है जिस पर उसे छेड़ने पर वह कंपन करेगी। ये आवृत्तियाँ उसके द्रव्यमान और कठोरता से निर्धारित होती हैं। अनुनाद तब होता है जब आप किसी वस्तु को उसकी प्राकृतिक आवृत्तियों में से एक के समान दर पर लगातार "धकेलते" हैं।

एक क्लासिक उदाहरण एक बच्चे को झूले पर धकेलना है:

• बच्चे के झूले पर झूलने की एक विशिष्ट प्राकृतिक आवृत्ति होती है जो रस्सियों की लंबाई (कठोरता) और बच्चे के भार पर आधारित होती है।
• यदि आप झूले को एक धक्का देते हैं, तो यह अपनी प्राकृतिक आवृत्ति पर दोलन करेगा और अंततः अवमंदन (वायु प्रतिरोध और घर्षण) के कारण रुक जाएगा।
• अगर आप अपने धक्कों का समय झूले की स्वाभाविक आवृत्ति से पूरी तरह मेल खाने के लिए तय करें, तो हर धक्का सिस्टम में और ऊर्जा जोड़ता है, और झूला और ऊँचा होता जाता है। इसे अनुनाद कहते हैं।
• यदि आप गलत आवृत्ति (बहुत तेज या बहुत धीमी) पर धक्का देते हैं, तो आपके धक्के झूले की गति के साथ तालमेल में नहीं होंगे, और आप बड़ा आयाम नहीं बना पाएंगे।

मशीनरी में अनुनाद एक समस्या क्यों है?

घूर्णन मशीनों में, अनुनाद एक अत्यंत विनाशकारी और खतरनाक स्थिति है। यह "धक्का" मशीन के संचालन से उत्पन्न किसी भी आवधिक बल द्वारा प्रदान किया जाता है, जैसे असंतुलन, गलत संरेखण, या ब्लेड पास बल। यदि इनमें से किसी एक बल की आवृत्ति मशीन के रोटर, नींव, आधार संरचना, या संलग्न पाइपिंग की प्राकृतिक आवृत्ति के साथ संरेखित होती है, तो परिणाम गंभीर हो सकते हैं:

• चरम कंपन स्तर: अवमंदन की मात्रा के आधार पर आयामों को 10, 50 या सैकड़ों गुना तक बढ़ाया जा सकता है।
• उच्च गतिशील तनाव: बड़े विक्षेपण के कारण घटकों पर अत्यधिक दबाव पड़ता है, जिससे तेजी से थकान होती है।
• भयावह विफलता: अनुनाद के कारण बहुत कम समय में शाफ्ट में दरार, बेयरिंग में खराबी, वेल्ड में टूटन, तथा सम्पूर्ण संरचनात्मक विफलता हो सकती है।
• अत्यधिक शोर: उच्च कंपन स्तर तेज और अक्सर स्वरात्मक शोर के रूप में विकीर्णित होता है।

अनुनाद के लक्षण और पहचान

अनुनाद के लक्षणों का एक बहुत ही विशिष्ट समूह है जो इसके निदान में मदद करता है:

• अत्यधिक दिशात्मक कंपन: कंपन आमतौर पर एक दिशा (जैसे, क्षैतिज) में अन्य की तुलना में बहुत अधिक होता है।
• कंपन बनाम गति में तीव्र शिखर: कंपन केवल एक बहुत ही सीमित गति सीमा में ही अधिक होता है। जैसे ही मशीन की गति इस बिंदु से आगे बढ़ती या धीमी होती है, कंपन नाटकीय रूप से कम हो जाता है।
• 180 डिग्री का चरण परिवर्तन: जैसे ही मशीन की गति अनुनाद आवृत्ति से गुज़रती है, कंपन का चरण 180 डिग्री बदल जाएगा। यह अनुनाद की एक निश्चित पुष्टि है।
• संतुलन बनाना कठिन: अनुनाद पर चल रहे रोटर को संतुलित करने का प्रयास अक्सर अप्रभावी होता है या समस्या को और भी बदतर बना सकता है। संतुलन सुधार भार असामान्य रूप से बड़े या छोटे होंगे, और कंपन किसी अन्य स्थान पर जा सकता है।

अनुनाद की पुष्टि प्रयोगात्मक रूप से की जाती है प्रभाव (या टक्कर) परीक्षण संरचना की प्राकृतिक आवृत्तियों की पहचान करने के लिए, या रन-अप/कोस्ट-डाउन परीक्षण मशीन के संदिग्ध अनुनाद से गुजरने पर आयाम और चरण परिवर्तनों का निरीक्षण करना।

अनुनाद समस्या का समाधान कैसे करें

चूंकि अनुनाद एक आवृत्ति-मिलान समस्या है, इसलिए समाधान में हमेशा "धकेलने वाले" या "धकेले जाने वाले" की आवृत्ति को बदलना शामिल होता है:

1. बल आवृत्ति बदलें: इसका मतलब आमतौर पर मशीन की ऑपरेटिंग स्पीड बदलना होता है। अगर यह संभव हो, तो यह सबसे आसान उपाय है।
2. प्राकृतिक आवृत्ति बदलें: यह सबसे आम समाधान है।
   • To बढ़ोतरी प्राकृतिक आवृत्ति, आपको अवश्य कठोरता बढ़ाएँ अनुनाद घटक का (उदाहरण के लिए, एक ब्रेस या गसेट जोड़कर)।
   • To घटाना प्राकृतिक आवृत्ति, आप या तो कर सकते हैं कठोरता कम करें या द्रव्यमान जोड़ें घटक के लिए.
3. डंपिंग जोड़ें: कुछ मामलों में जहां आवृत्तियों को बदला नहीं जा सकता, अवमंदन (जैसे, विस्कोइलास्टिक सामग्री या विशेष अवमंदकों के साथ) जोड़ने से अनुनाद शिखर के आयाम को स्वीकार्य स्तर तक कम किया जा सकता है।

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