बलपूर्वक कंपन को समझना

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परिभाषा: बलपूर्वक कंपन क्या है?

बलपूर्वक कंपन किसी यांत्रिक तंत्र पर लगाए गए बाह्य आवर्ती बल के कारण होने वाली दोलन गति। कंपन, लगाए गए बल की आवृत्ति (बल आवृत्ति) पर होता है, और इसका आयाम बल फलन के परिमाण के समानुपाती और उस आवृत्ति पर तंत्र के गति के प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होता है। अधिकांश कंपन घूर्णन मशीनरी में बलपूर्वक कंपन होता है, जिसके सामान्य बल स्रोत हैं असंतुलित होना (घूर्णन केन्द्रापसारक बल), मिसलिग्न्मेंट (युग्मन बल), और वायुगतिकीय/हाइड्रोलिक स्पंदन।.

बलपूर्वक कंपन मूलतः इससे भिन्न है स्व-उत्तेजित कंपन (जहाँ प्रणाली अपना स्वयं का निरंतर दोलन उत्पन्न करती है) और मुक्त कंपन (आवेग के बाद क्षणिक प्रतिक्रिया)। बलात् कंपन सिद्धांतों को समझना आवश्यक है क्योंकि यह बताता है कि कंपन आयाम दोष की गंभीरता से कैसे संबंधित है और बलात् कंपन को कम करके या प्रणाली प्रतिक्रिया को संशोधित करके कैसे नियंत्रित किया जा सकता है।.

बलपूर्वक कंपन की विशेषताएँ

आवृत्ति मिलान

• कंपन आवृत्ति बल आवृत्ति के बराबर होती है
• यदि बल 30 हर्ट्ज पर लगाया जाए, तो कंपन 30 हर्ट्ज पर होगा
• स्व-उत्तेजित कंपन के विपरीत जो प्राकृतिक आवृत्ति पर होता है
• बल स्रोत के आधार पर पूर्वानुमानित आवृत्ति

आयाम आनुपातिकता

• कंपन आयाम बल परिमाण के समानुपाती होता है
• दोगुना बल → दोगुना कंपन (रैखिक प्रणाली)
• बल हटाना → कंपन बंद हो जाता है
• बल में कमी के माध्यम से नियंत्रणीय

चरण संबंध

• निश्चित चरण बल और प्रतिक्रिया के बीच संबंध
• चरण प्राकृतिक आवृत्ति के सापेक्ष आवृत्ति पर निर्भर करता है
• अनुनाद से नीचे: बल के साथ कंपन
• अनुनाद पर: 90° कला विलंब
• अनुनाद से ऊपर: 180° चरण अंतराल

स्थिरता

• प्रणाली स्थिर है—कंपन सीमित है
• बिना सीमा के नहीं बढ़ता
• बल और प्रणाली प्रतिक्रिया द्वारा सीमित आयाम
• अस्थिर स्व-उत्तेजित कंपन के साथ विरोधाभास

मशीनरी में सामान्य बल कार्य

1. असंतुलन (1× बल)

• बल: द्रव्यमान उत्केन्द्रता से घूर्णन अपकेन्द्रीय बल
• आवृत्ति: प्रति चक्कर एक बार (1× शाफ्ट गति)
• परिमाण: F = m × r × ω² (गति के वर्ग के समानुपाती)
• अत्यन्त साधारण: अधिकांश घूर्णन उपकरणों में प्राथमिक कंपन स्रोत

2. मिसलिग्न्मेंट (2× बल)

• बल: कोणीय/समानांतर ऑफसेट से युग्मन बल
• आवृत्ति: प्रति चक्कर दो बार (2× शाफ्ट गति)
• विशेषता: उच्च अक्षीय घटक

3. वायुगतिकीय/हाइड्रोलिक (ब्लेड/वेन पासिंग)

• बल: ब्लेड-स्टेटर इंटरैक्शन से दबाव स्पंदन
• आवृत्ति: ब्लेडों की संख्या × शाफ्ट की गति
• उदाहरण: पंखे, पंप, कंप्रेसर

4. गियर मेष बल

• बल: दांतों की संलग्नता से आवधिक भार उत्पन्न होता है
• आवृत्ति: दांतों की संख्या × शाफ्ट की गति
• परिमाण: प्रेषित टॉर्क और दांत की गुणवत्ता से संबंधित

5. विद्युत चुम्बकीय बल

• बल: मोटरों/जनरेटरों में चुंबकीय क्षेत्र स्पंदन
• आवृत्ति: 2× लाइन आवृत्ति (120/100 हर्ट्ज)
• स्वतंत्र: यांत्रिक गति (अतुल्यकालिक बल)

बल प्रयोग की प्रतिक्रिया: सिस्टम व्यवहार

प्राकृतिक आवृत्ति से नीचे (कठोरता-नियंत्रित)

• कंपन आयाम ≈ बल / कठोरता
• बल के साथ चरणबद्ध प्रतिक्रिया
• गति-निर्भर बलों के लिए आयाम गति के साथ बढ़ता है
• अधिकांश कठोर रोटरों के लिए विशिष्ट संचालन क्षेत्र

प्राकृतिक आवृत्ति (अनुनाद) पर

• कंपन आयाम ≈ बल / (अवमंदन × प्राकृतिक आवृत्ति)
• क्यू-फैक्टर द्वारा प्रवर्धित आयाम (आमतौर पर 10-50×)
• 90° चरण अंतराल
• छोटे बल बड़े कंपन पैदा करते हैं
• अवमंदन एकमात्र सीमित कारक है

प्राकृतिक आवृत्ति से ऊपर (द्रव्यमान-नियंत्रित)

• कंपन आयाम ≈ बल / (द्रव्यमान × आवृत्ति²)
• 180° चरण अंतराल (बल दिशा के विपरीत कंपन)
• बढ़ती आवृत्ति के साथ आयाम घटता है
• महत्वपूर्ण गति से ऊपर लचीले रोटरों के लिए परिचालन क्षेत्र

बलपूर्वक कंपन बनाम अन्य प्रकार

बलपूर्वक बनाम मुक्त कंपन

• मजबूर: निरंतर बल, कंपन निरंतर, बल आवृत्ति पर
• मुक्त: आवेग प्रतिक्रिया, कंपन क्षय, प्राकृतिक आवृत्ति पर
• उदाहरण: बम्प परीक्षण मुक्त कंपन उत्पन्न करता है; चलती मशीन बलपूर्वक कंपन उत्पन्न करती है

बलपूर्वक बनाम स्व-उत्तेजित कंपन

• मजबूर: बाह्य बल, आयाम बल के समानुपाती, स्थिर
• आत्म-उत्साहित: आंतरिक ऊर्जा स्रोत, अरैखिकता द्वारा सीमित आयाम, अस्थिर
• उदाहरण: असंतुलन मजबूर है; तेल भंवर आत्म-उत्साहित है

नियंत्रण और शमन

बल कम करें

• Balancing: असंतुलन बल को सीधे कम करता है
• Alignment: गलत संरेखण बलों को कम करता है
• मरम्मत दोष: बल उत्पन्न करने वाली यांत्रिक समस्याओं को ठीक करें
• सबसे प्रभावी: बल स्रोत को समाप्त या न्यूनतम करें

सिस्टम प्रतिक्रिया संशोधित करें

• परिवर्तन कठोरता: प्राकृतिक आवृत्तियों को बलपूर्वक आवृत्तियों से दूर स्थानांतरित करें
• डंपिंग जोड़ें: अनुनाद प्रवर्धन कम करें
• परिवर्तन मास: प्राकृतिक आवृत्तियों को संशोधित करें
• एकांत: संरचना में बल संचरण को कम करें

अनुनाद से बचें

• सुनिश्चित करें कि बल आवृत्तियाँ प्राकृतिक आवृत्तियों से मेल न खाएँ
• पृथक्करण मार्जिन आमतौर पर ±20-30%
• सत्यापित करने के लिए डिज़ाइन-चरण विश्लेषण
• यदि अनुनाद अपरिहार्य हो तो गति प्रतिबंध

व्यवहारिक महत्व

अधिकांश मशीनरी कंपन बलपूर्वक होता है

• असंतुलन, गलत संरेखण, गियर जाल - सभी मजबूर कंपन
• बलपूर्वक न्यूनीकरण के माध्यम से पूर्वानुमान योग्य और नियंत्रणीय
• मानक रखरखाव क्रियाएँ (संतुलन, संरेखण) पता बल

नैदानिक दृष्टिकोण

• स्पेक्ट्रम से बल आवृत्ति की पहचान करें
• ज्ञात बल स्रोतों (1×, 2×, गियर मेश, आदि) से मिलान करें
• बल स्रोत का निदान करें
• उचित रखरखाव के माध्यम से बल को कम करें

घूर्णन मशीनों में कंपन का मूलभूत प्रकार बलाघात कंपन है, जो तंत्र पर लगने वाले बाह्य आवधिक बलों के कारण उत्पन्न होता है। बलाघात कंपन के सिद्धांतों—आवृत्ति मिलान, आयाम आनुपातिकता, और प्रतिक्रिया विशेषताएँ—को समझने से कंपन स्रोतों का उचित निदान, उचित सुधारात्मक क्रियाएँ (बल कम करना या प्रतिक्रिया संशोधित करना), और बल न्यूनीकरण तथा अनुनाद परिहार के माध्यम से कंपन को न्यूनतम करने वाली रणनीतियाँ तैयार करना संभव हो पाता है।.

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