Razumijevanje prisilnih vibracija

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Parts

Vibration sensor

$107.47

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

Devices

Balanset-4

$8,123.32

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

Parts

Reflective tape

$11.94

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

Definicija: Što je prisilna vibracija?

Prisilne vibracije je oscilatorno gibanje uzrokovano vanjskom periodičnom silom primijenjenom na mehanički sustav. Vibracija se javlja na frekvenciji primijenjene sile (frekvencija prisile), a amplituda je proporcionalna veličini funkcije prisile i obrnuto proporcionalna otporu sustava gibanju na toj frekvenciji. Većina vibracija U rotirajućim strojevima postoji prisilna vibracija, s uobičajenim izvorima prisile koji uključuju neravnoteža (rotacijska centrifugalna sila), neusklađenost (sile spajanja) i aerodinamičke/hidrauličke pulsacije.

Prisilna vibracija se fundamentalno razlikuje od samopobudne vibracije (gdje sustav generira vlastite kontinuirane oscilacije) i slobodne vibracije (prijelazni odziv nakon impulsa). Razumijevanje principa prisilnih vibracija ključno je jer objašnjava kako je amplituda vibracija povezana s težinom kvara i kako se vibracije mogu kontrolirati smanjenjem prisile ili modificiranjem odziva sustava.

Karakteristike prisilnih vibracija

Podudaranje frekvencija

• Frekvencija vibracije jednaka je frekvenciji prisile
• Ako se forsira na 30 Hz, vibracija na 30 Hz
• Za razliku od samopobudnih vibracija koje se javljaju na prirodnoj frekvenciji
• Predvidljiva frekvencija na temelju izvora prisile

Proporcionalnost amplitude

• Amplituda vibracije proporcionalna veličini sile
• Dvostruka sila → dvostruka vibracija (linearni sustav)
• Uklonite prisilne → zaustavljače vibracija
• Upravljivo smanjenjem sile

Fazni odnos

• Definitivno faza odnos između sile i odgovora
• Faza ovisi o frekvenciji u odnosu na prirodnu frekvenciju
• Ispod rezonancije: vibracija u fazi sa silom
• Pri rezonanciji: fazni zaostatak od 90°
• Iznad rezonancije: fazni zaostatak od 180°

Stabilnost

• Sustav je stabilan - ograničen vibracijama
• Ne raste bezgranično
• Amplituda ograničena prisilom i odzivom sustava
• U suprotnosti s nestabilnom samopobudnom vibracijom

Uobičajene funkcije prisile u strojevima

1. Neravnoteža (1× Forsiranje)

• Sila: Rotacijska centrifugalna sila iz ekscentričnosti mase
• Frekvencija: Jednom po okretu (1× brzina osovine)
• Magnituda: F = m × r × ω² (proporcionalno kvadratu brzine)
• Najčešći: Primarni izvor vibracija u većini rotirajuće opreme

2. Neusklađenost (2× Forsiranje)

• Sila: Sile spajanja od kutnog/paralelnog pomaka
• Frekvencija: Dva puta po okretu (2× brzina osovine)
• Karakteristika: Visoka aksijalna komponenta

3. Aerodinamički/Hidraulički (Prolazak lopatica/krilaca)

• Sila: Pulsacije tlaka uzrokovane interakcijom lopatica i statora
• Frekvencija: Broj lopatica × brzina osovine
• Primjeri: Ventilatori, pumpe, kompresori

4. Sile mreže zupčanika

• Sila: Zahvat zuba stvara periodično opterećenje
• Frekvencija: Broj zuba × brzina osovine
• Magnituda: Vezano uz preneseni moment i kvalitetu zuba

5. Elektromagnetske sile

• Sila: Pulsacije magnetskog polja u motorima/generatorima
• Frekvencija: 2× mrežna frekvencija (120/100 Hz)
• Neovisni: Mehaničke brzine (asinkrono prisiljavanje)

Odgovor na forsiranje: Ponašanje sustava

Ispod prirodne frekvencije (kontrolirana krutost)

• Amplituda vibracije ≈ Sila / Krutost
• Odgovor u fazi s prisilom
• Amplituda se povećava s brzinom za sile ovisne o brzini
• Tipično radno područje za većinu krutih rotora

Na prirodnoj frekvenciji (rezonancija)

• Amplituda vibracija ≈ Sila / (Prigušenje × Prirodna frekvencija)
• Amplituda pojačana Q-faktorom (obično 10-50×)
• Fazni zastoj od 90°
• Male sile stvaraju velike vibracije
• Prigušenje je jedini ograničavajući faktor

Iznad prirodne frekvencije (kontrolirano masom)

• Amplituda vibracije ≈ Sila / (Masa × Frekvencija²)
• Fazni zastoj od 180° (vibracije suprotne smjeru sile)
• Amplituda se smanjuje s povećanjem frekvencije
• Radno područje za fleksibilne rotore iznad kritičnih brzina

Prisilne vibracije u odnosu na druge vrste

Prisilne i slobodne vibracije

• Prisilno: Kontinuirano forsiranje, vibracije održavane, na frekvenciji forsiranja
• Besplatno: Impulsni odziv, vibracije se smanjuju, na prirodnoj frekvenciji
• Primjer: Ispitivanje udarcem proizvodi slobodne vibracije; rad stroja proizvodi prisilne vibracije

Prisilne i samopobudne vibracije

• Prisilno: Vanjska sila, amplituda proporcionalna sili, stabilna
• Samouzbuđen: Unutarnji izvor energije, amplituda ograničena nelinearnošću, nestabilan
• Primjeri: Neravnoteža je prisilna; vrtlog ulja je samouzbuđen

Kontrola i ublažavanje

Smanjite prisiljavanje

• Balancing: Izravno smanjuje prisilu neravnoteže
• Alignment: Smanjuje sile neusklađenosti
• Popravak nedostataka: Popravite mehaničke probleme koji stvaraju sile
• Najučinkovitije: Uklonite ili smanjite izvor prisile

Izmijeni odgovor sustava

• Promjena krutosti: Pomaknite prirodne frekvencije dalje od prisilnih frekvencija
• Dodaj prigušivanje: Smanjite pojačanje rezonancije
• Promjena mase: Promijenite prirodne frekvencije
• Izolacija: Smanjite prijenos sile na konstrukciju

Izbjegavajte rezonancu

• Osigurajte da frekvencije prisiljavanja ne odgovaraju prirodnim frekvencijama
• Margina razdvajanja tipično ±20-30%
• Analiza faze projektiranja za provjeru
• Ograničenja brzine ako je rezonancija neizbježna

Praktični značaj

Većina vibracija strojeva je prisilna

• Neravnoteža, neusklađenost, zupčasti zahvat - sve prisilne vibracije
• Predvidljivo i kontrolirano putem smanjenja prisile
• Standardne radnje održavanja (balansiranje, poravnavanje) adresiraju prisiljavanje

Dijagnostički pristup

• Odredite prisilnu frekvenciju iz spektra
• Uskladi s poznatim izvorima prisile (1×, 2×, zupčasti zahvat itd.)
• Dijagnosticirajte izvor prisile
• Smanjite prisiljavanje odgovarajućim održavanjem

Prisilne vibracije su osnovni tip vibracija u rotirajućim strojevima, a nastaju zbog vanjskih periodičnih sila koje djeluju na sustav. Razumijevanje principa prisilnih vibracija - usklađivanja frekvencije, proporcionalnosti amplitude i karakteristika odziva - omogućuje pravilnu dijagnozu izvora vibracija, odgovarajuće korektivne radnje (smanjenje prisile ili modificiranje odziva) i strategije dizajniranja koje minimiziraju vibracije smanjenjem prisile i izbjegavanjem rezonancije.

---

← Natrag na glavni indeks