Razumijevanje samopobudnih vibracija

1. Definicija: Što je samopobudna vibracija?

Samopobudne vibracije (također poznata kao samoinducirana ili nestabilna vibracija) je posebno opasna vrsta vibracije gdje gibanje sustava inducira sile koje zauzvrat održavaju ili pojačavaju to gibanje. To stvara povratnu petlju u kojoj vibracija može rasti u amplitudi, ponekad do katastrofalne razine, bez ikakvog odgovarajućeg povećanja frekvencije vanjskog djelovanja.

To se fundamentalno razlikuje od prisilne vibracije, kao što je neravnoteža ili neusklađenost, gdje je vibracija izravan odgovor na specifični, periodični ulaz (frekvencija prisile). U samopobudnom sustavu, vibracija stvara vlastitu pogonsku silu.

2. Mehanizam povratne petlje

Mehanizam samopobudnih vibracija može se sažeti na sljedeći način:

1. Sustav (npr. rotor u ležaju) je u pokretu.
2. Mali, slučajni poremećaj uzrokuje blagi pomak ili promjenu brzine.
3. Ova promjena gibanja mijenja sile koje djeluju na sustav (npr. tlak fluida u ležaju ili silu rezanja alata).
4. Ključno je da ova promijenjena sila djeluje na način da *dodaje energiju* sustavu, gurajući komponentu dalje u smjeru u kojem se već kretala.
5. Ovo povećano kretanje generira još veću silu, koja dodaje više energije i tako dalje.

Ova povratna petlja uzrokuje rast vibracija sve dok ih ne ograniče nelinearnosti u sustavu (poput naglog zaustavljanja) ili sve dok ne dođe do kvara.

3. Uobičajeni primjeri samopobudnih vibracija

Nekoliko dobro poznatih fenomena u dijagnostici strojeva klasični su primjeri samopobudnih vibracija:

• Uljni vrtlog i uljni bič: Najčešći primjeri u rotirajućim strojevima. U ležaju s fluidnim filmom, rotirajuće vratilo stvara uljni klin. Poremećaj može uzrokovati da se sam uljni klin počne okretati (vrtjeti) oko ležaja. Tlak ovog vrtložnog klina gura vratilo, što vrtlogu dodaje više energije. Rezultirajuća vibracija nije na brzini rada, već na subsinkronoj frekvenciji (obično 0,42-0,48X brzina trčanja).
• Čavrljanje u strojnoj obradi: Kod rezanja metala (tokarenje ili glodanje), vibracije nastaju kada alat za rezanje počne vibrirati. Ove vibracije uzrokuju promjenu debljine strugotine koja se reže. Promjenjiva debljina strugotine, pak, uzrokuje fluktuacije sile rezanja, a ta fluktuirajuća sila može pumpati energiju natrag u vibracije alata, uzrokujući da se one razviju u snažno vibriranje.
• Aerodinamičko treperenje: Vibracija krila aviona gdje savijanje i uvijanje krila mijenja njegov aerodinamički profil. Ova promjena profila mijenja tlak zraka na način koji dodaje energiju kretanju krila, što dovodi do katastrofalnog kvara ako se ne kontrolira.
• Trljanje rotora: Stanje u kojem rotor dolazi u kontakt s nepokretnim dijelom. Trenje od trljanja može zagrijati rotor, uzrokujući njegovo savijanje. To savijanje povećava silu trenja, što povećava toplinu i savijanje, stvarajući povratnu petlju koja može dovesti do blokiranja.

4. Ključne karakteristike i dijagnoza

Samopobudne vibracije često imaju različite karakteristike u FFT spectrum:

• Nesinkrone frekvencije: Vibracija obično nije cijeli višekratnik ili harmonik brzine rada. Često se javlja pri subsinkroni frekvencija.
• Nestabilnost: Amplituda može biti vrlo nestabilna i može brzo rasti s malim promjenama radnih uvjeta (brzina, temperatura, opterećenje).
• Iznenadni početak: Vibracija možda uopće neće biti prisutna sve dok stroj ne prijeđe određeni prag brzine ili opterećenja, u kojem trenutku se može pojaviti iznenada i s velikom amplitudom.

Dijagnosticiranje samopobudnih vibracija uključuje identificiranje ovih karakterističnih nesinkronih vrhova i razumijevanje fizičkih mehanizama koji bi mogli uzrokovati takvu nestabilnost u određenom stroju.

← Natrag na glavni indeks