Razumijevanje rezonancije u mehaničkim sustavima

Definicija: Što je rezonanca?

Rezonancija je fizička pojava koja se javlja kada je sustav podvrgnut periodičnoj sili frekvencije koja odgovara jednoj od njegovih vlastitih prirodne frekvencijeKada dođe do ovog usklađivanja frekvencija, sustav počinje vibrirati s izuzetno velikim amplitudama. Energija ulazne sile vrlo se učinkovito prenosi na sustav, uzrokujući dramatično povećanje vibracija. Jedini faktor koji ograničava amplitudu pri rezonanciji je sustav... prigušivanje.

Veza između prirodne frekvencije i rezonancije

Da biste razumjeli rezonancu, prvo morate razumjeti prirodnu frekvenciju. Svaki fizički objekt ima skup prirodnih frekvencija na kojima će vibrirati ako se poremeti. One su određene njegovom masom i krutošću. Rezonancija je ono što se događa kada kontinuirano "gurate" objekt istom brzinom kao jedna od njegovih prirodnih frekvencija.

Klasična analogija je guranje djeteta na ljuljački:

• Ljuljačka, s djetetom na njoj, ima specifičnu prirodnu frekvenciju temeljenu na duljini užadi (krutost) i masi djeteta.
• Ako ljuljačku pritisnete samo jednom, ona će oscilirati svojom prirodnom frekvencijom i na kraju se zaustaviti zbog prigušenja (otpora zraka i trenja).
• Ako tempirate svoje potisak tako da savršeno odgovara prirodnoj frekvenciji zamaha, svaki potisak dodaje više energije sustavu, a zamah ide sve više i više. To je rezonanca.
• Ako pritiskate pogrešnom frekvencijom (prebrzo ili presporo), vaši će pritisci biti neusklađeni s kretanjem zamaha i nećete moći postići veliku amplitudu.

Zašto je rezonanca problem u strojevima?

U rotirajućim strojevima, rezonancija je vrlo destruktivno i opasno stanje. "Potisak" uzrokuje bilo koja periodična sila generirana radom stroja, poput neravnoteže, neusklađenosti ili sila prolaska lopatica. Ako se frekvencija jedne od tih sila poravna s prirodnom frekvencijom rotora stroja, temelja, potporne konstrukcije ili priključenih cijevi, posljedice mogu biti ozbiljne:

• Ekstremne razine vibracija: Amplitude se mogu pojačati 10, 50 ili čak stotina puta, ovisno o količini prigušenja.
• Visoka dinamička naprezanja: Veliki otkloni uzrokuju ogromno naprezanje komponenti, što dovodi do brzog zamora.
• Katastrofalni neuspjeh: Rezonancija može dovesti do pukotina osovina, otkazivanja ležajeva, lomljenja zavara i potpunog strukturnog sloma u vrlo kratkom vremenu.
• Prekomjerna buka: Visoke razine vibracija zrače kao glasan i često tonski šum.

Simptomi i identifikacija rezonancije

Rezonancija ima vrlo različit skup simptoma koji pomažu u njezinoj dijagnozi:

• Visoko usmjerene vibracije: Vibracija je obično mnogo veća u jednom smjeru (npr. horizontalnom) nego u drugima.
• Oštar vrh u vibracijama u odnosu na brzinu: Vibracija je jaka samo unutar vrlo uskog raspona brzine. Kako se stroj ubrzava ili usporava nakon ove točke, vibracija dramatično opada.
• Fazni pomak od 180 stupnjeva: Kako brzina stroja prolazi kroz rezonantnu frekvenciju, faza vibracije će se pomaknuti za 180 stupnjeva. Ovo je konačna potvrda rezonancije.
• Teško je uravnotežiti: Pokušaj balansiranja rotora koji radi na rezonanciji često je neučinkovit ili čak može pogoršati problem. Utezi za korekciju balansa bit će neuobičajeno veliki ili mali, a vibracija se može pomaknuti na drugo mjesto.

Rezonancija je eksperimentalno potvrđena pomoću ispitivanje udarom (ili bumpom) identificirati prirodne frekvencije strukture ili izvođenjem ispitivanje ubrzanja/usporavanja promatrati promjene amplitude i faze dok stroj prolazi kroz pretpostavljenu rezonancu.

Kako riješiti problem rezonancije

Budući da je rezonanca problem usklađivanja frekvencija, rješenje uvijek uključuje promjenu frekvencije ili "potiskivača" ili "potiskivača":

1. Promijenite frekvenciju prisiljavanja: To obično znači promjenu radne brzine stroja. Ovo je najjednostavnije rješenje ako je izvedivo.
2. Promijenite prirodnu frekvenciju: Ovo je najčešće rješenje.
   • To povećati prirodnu frekvenciju, morate povećati krutost rezonantne komponente (npr. dodavanjem podupirača ili umetka).
   • To smanjenje prirodnu frekvenciju, možete ili smanjiti krutost ili dodati masu na komponentu.
3. Dodaj prigušivanje: U nekim slučajevima gdje se frekvencije ne mogu mijenjati, dodavanje prigušenja (npr. viskoelastičnim materijalima ili specijaliziranim prigušivačima) može smanjiti amplitudu rezonantnog vrha na prihvatljivu razinu.

← Natrag na glavni indeks