A kényszerített rezgés megértése
Definíció: Mi a kényszerített rezgés?
Kényszerített rezgés egy külső, periodikus erőhatás által okozott oszcilláló mozgás, amelyet egy mechanikus rendszerre hatnak. A rezgés az alkalmazott erő frekvenciáján (kényszerítő frekvencia) keletkezik, és az amplitúdója arányos a kényszerítő függvény nagyságával, és fordítottan arányos a rendszer mozgással szembeni ellenállásával ezen a frekvencián. A legtöbb rezgés forgó gépekben a kényszerített rezgés a leggyakoribb kényszerítő források közé tartozik kiegyensúlyozatlanság (forgó centrifugális erő), eltérés (csatolási erők) és aerodinamikai/hidraulikus pulzációk.
A kényszerített rezgés alapvetően különbözik a öngerjesztett rezgés (ahol a rendszer saját tartós rezgést generál) és szabad rezgés (impulzus utáni átmeneti válasz). A kényszerített rezgés elveinek megértése elengedhetetlen, mivel megmagyarázza, hogyan kapcsolódik a rezgés amplitúdója a hiba súlyosságához, és hogyan lehet a rezgést szabályozni a kényszerítés csökkentésével vagy a rendszer válaszának módosításával.
A kényszerített rezgés jellemzői
Frekvenciaillesztés
- A rezgési frekvencia egyenlő a kényszerítő frekvenciával
- Ha 30 Hz-en erőltetjük, akkor a rezgés 30 Hz-en van
- Ellentétben az öngerjesztett rezgéssel, amely természetes frekvencián fordul elő
- Előrejelezhető gyakoriság a kényszerítő forrás alapján
Amplitúdó arányosság
- A rezgés amplitúdója arányos a kényszerítő nagysággal
- Dupla erő → dupla rezgés (lineáris rendszer)
- A kényszerítés megszüntetése → a rezgés leáll
- Erőcsökkentéssel szabályozható
Fáziskapcsolat
- Határozott fázis az erő és a válasz közötti kapcsolat
- A fázis a frekvenciától függ a természetes frekvenciához képest
- Rezonancia alatt: az erővel fázisban lévő rezgés
- Rezonancián: 90°-os fáziskésés
- Fenti rezonancia: 180°-os fáziskésés
Stabilitás
- A rendszer stabil – rezgéskorlátozott
- Nem növekszik korlátlanul
- Az amplitúdót a kényszerítés és a rendszer válasza korlátozza
- Ellentétben áll az instabil, öngerjesztett rezgéssel
Gépekben alkalmazott gyakori kényszerítő függvények
1. Kiegyensúlyozatlanság (1× Kényszerítés)
- Erő: Forgó centrifugális erő a tömeg excentricitásából
- Frekvencia: Fordulatonként egyszer (1× tengelysebesség)
- Nagyságrend: F = m × r × ω² (arányos a sebesség négyzetével)
- Leggyakoribb: A legtöbb forgó berendezés elsődleges rezgésforrása
2. Eltolódás (2× Kényszerítés)
- Erő: Szög-/párhuzamos eltolásból eredő kapcsolóerők
- Frekvencia: Fordulatonként kétszer (2× tengelysebesség)
- Jellegzetes: Nagy axiális komponens
3. Aerodinamikai/Hidraulikus (lapát/szárnykerekes áthaladás)
- Erő: Nyomásingadozások a lapát-sztátor kölcsönhatásból
- Frekvencia: Lapátok száma × tengelysebesség
- Példák: Ventilátorok, szivattyúk, kompresszorok
4. Fogaskerék-háló erői
- Erő: A fogak összekapcsolódása periodikus terhelést okoz
- Frekvencia: Fogak száma × tengelysebesség
- Nagyságrend: Az átvitt nyomatékkal és a fogminőséggel összefüggésben
5. Elektromágneses erők
- Erő: Mágneses tér pulzációi motorokban/generátorokban
- Frekvencia: 2× vonali frekvencia (120/100 Hz)
- Független: Mechanikus sebesség (aszinkron kényszer)
Válasz a kényszerítésre: a rendszer viselkedése
Saját frekvencia alatt (merevségvezérelt)
- Rezgési amplitúdó ≈ Erő / Merevség
- Válasz fázisban kényszerítéssel
- A sebességtől függő erők amplitúdója a sebességgel növekszik
- A legtöbb merev rotor tipikus működési tartománya
Sajátfrekvencián (rezonancia)
- Rezgési amplitúdó ≈ Erő / (Csillapítás × Sajátfrekvencia)
- Q-faktorral erősített amplitúdó (jellemzően 10-50×)
- 90°-os fáziskésés
- Kis erők nagy rezgést hoznak létre
- A csillapítás az egyetlen korlátozó tényező
Saját frekvencia felett (tömegvezérelt)
- Rezgési amplitúdó ≈ Erő / (Tömeg × Frekvencia²)
- 180°-os fáziskésés (az erő irányával ellentétes rezgés)
- Az amplitúdó csökken a növekvő frekvenciával
- A kritikus sebesség feletti rugalmas rotorok működési tartománya
Kényszerített rezgés vs. más típusok
Kényszerített vs. szabad rezgés
- Kényszerű: Folyamatos erőltetés, tartós rezgés, erőltetési frekvencián
- Ingyenes: Impulzusválasz, rezgéscsillapítás, természetes frekvencián
- Példa: A bump teszt szabad rezgést hoz létre; a futó gép kényszerített rezgést kelt
Kényszerített vs. öngerjesztett rezgés
- Kényszerű: Külső erő, amplitúdója arányos az erővel, stabil
- Önfelkeltő: Belső energiaforrás, amplitúdóját nemlinearitás korlátozza, instabil
- Példák: Az egyensúlyhiány kikényszerített; olajörvény önfelizgatott
Ellenőrzés és mérséklés
Csökkentse a kényszerítést
- Kiegyensúlyozottság: Közvetlenül csökkenti az egyensúlyhiányt
- Kijelölés: Csökkenti az eltolódási erőket
- Javítási hibák: Erőket létrehozó mechanikai problémák javítása
- Leghatékonyabb: Szüntesd meg vagy minimalizáld a kényszerítő forrást
Rendszerválasz módosítása
- Merevség változása: A természetes frekvenciák eltolása a kényszerített frekvenciáktól
- Csillapítás hozzáadása: Csökkentse a rezonanciaerősítést
- Tömegváltás: Természetes frekvenciák módosítása
- Elkülönítés: Csökkentse az erőátvitelt a szerkezetre
Kerülje a rezonanciát
- Győződjön meg arról, hogy a kényszerített frekvenciák nem egyeznek meg a természetes frekvenciákkal
- Elválasztási határ jellemzően ±20-30%
- Tervezési fázisú elemzés az ellenőrzéshez
- Sebességkorlátozások, ha a rezonancia elkerülhetetlen
Gyakorlati jelentőség
A legtöbb géprezgés kényszerített
- Kiegyensúlyozatlanság, hibás beállítás, fogaskerék-összekapcsolódás – csupa kényszerített rezgés
- Kiszámítható és kontrollálható a csökkentés kényszerítésével
- Standard karbantartási műveletek (kiegyensúlyozás, igazítás) címkényszerítés
Diagnosztikai megközelítés
- A spektrumból származó kényszerítő frekvencia azonosítása
- Ismert kényszerítő forrásokhoz igazítandó (1×, 2×, fogaskerék-kapcsolás stb.)
- Kényszerítő forrás diagnosztizálása
- Csökkentse a terhelést megfelelő karbantartással
A kényszerített rezgés a forgó gépek alapvető rezgéstípusa, amely a rendszerre ható külső periodikus erőkből keletkezik. A kényszerített rezgés alapelveinek – frekvenciaillesztés, amplitúdóarányosság és válaszjellemzők – megértése lehetővé teszi a rezgésforrások megfelelő diagnosztizálását, a megfelelő korrekciós intézkedéseket (a kényszerítés csökkentése vagy a válasz módosítása), valamint olyan tervezési stratégiákat, amelyek minimalizálják a rezgést a kényszerítés csökkentése és a rezonancia elkerülése révén.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 