Capire la rigidità

1. Definizione: cos'è la rigidità?

Rigidità è una proprietà fisica fondamentale che descrive la misura in cui un oggetto o una struttura resiste alla deformazione o alla flessione in risposta a una forza applicata. Nel contesto di analisi delle vibrazioni, la rigidità (spesso indicata con la lettera 'k') è una delle tre proprietà chiave, insieme alla massa (m) e smorzamento (c), che regolano il comportamento vibrazionale di qualsiasi sistema meccanico.

Un componente con elevata rigidezza si piegherà molto poco sotto un dato carico, mentre un componente con bassa rigidezza si piegherà significativamente. Ad esempio, una barra d'acciaio spessa e corta ha un'elevata rigidezza, mentre un elastico lungo e sottile ha una rigidezza molto bassa.

2. Il ruolo critico della rigidità nelle vibrazioni

La rigidità di un sistema è un fattore primario nel determinarne la frequenze naturaliLa frequenza naturale è la frequenza alla quale un sistema oscillerà se viene disturbato e poi lasciato vibrare liberamente. La relazione è definita dalla formula di base:

Frequenza naturale (ωn) ≈ √(k / m)

Dove 'k' è la rigidezza e 'm' è la massa. Questa relazione mostra che:

• Aumento della rigidità Volere aumento la frequenza naturale.
• Rigidità decrescente Volere diminuire la frequenza naturale.
• Massa crescente Volere diminuire la frequenza naturale.

3. Rigidità e risonanza

Questa relazione è di fondamentale importanza a causa del fenomeno di risonanzaLa risonanza si verifica quando una frequenza forzante (come la velocità di corsa di una macchina) corrisponde a una delle frequenze naturali del sistema. Quando ciò accade, l'ampiezza della vibrazione viene amplificata drasticamente, causando spesso un'usura prematura e guasti catastrofici.

La comprensione della rigidità è quindi essenziale per diagnosticare e risolvere i problemi di risonanza:

• Diagnosi del problema: Se una macchina è in risonanza, l'analista sa che la frequenza di forzatura è troppo vicina a una frequenza naturale.
• Progettazione della soluzione: Per risolvere il problema, l'analista deve modificare la frequenza naturale del sistema. Poiché è spesso difficile modificare la massa di una macchina o la frequenza di forzamento (la sua velocità di funzionamento), la soluzione più comune è modificarne la rigidezza. Aggiungendo rinforzi, rinforzi o migliorando le fondamenta della macchina, si aumenta la rigidezza del sistema. Questo aumenta la frequenza naturale, allontanandola dalla frequenza di forzamento ed eliminando la condizione di risonanza. Funzione di risposta in frequenza (FRF) la misurazione viene utilizzata per confermare la variazione della frequenza naturale.

4. Rigidità nella diagnostica dei macchinari

Anche le variazioni di rigidità possono essere un indicatore diretto dello sviluppo di un guasto:

• Scioltezza: Un bullone di montaggio allentato o una crepa nel telaio o nelle fondamenta di una macchina rappresentano una significativa perdita di rigidità locale. Ciò causerà un aumento dell'ampiezza delle vibrazioni della macchina. Spettro FFT, l'allentamento meccanico genera spesso una serie di armoniche (1X, 2X, 3X, ecc.) della velocità di corsa.
• Piede zoppo: Questa condizione, in cui il piede della macchina non poggia in piano sulla base, crea un profilo di rigidità distorto e non lineare, che può causare forti vibrazioni e rendere difficile l'allineamento.
• Usura dei cuscinetti: Con l'usura di un cuscinetto, il gioco tra gli elementi volventi e le piste aumenta. Questo può essere interpretato come una diminuzione della rigidità complessiva del sistema di supporto del rotore, che può abbassare le velocità critiche del rotore.

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