რეზონანსის გაგება მექანიკურ სისტემებში

განმარტება: რა არის რეზონანსი?

რეზონანსი ფიზიკური ფენომენი, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც სისტემა პერიოდულ ძალას ექვემდებარება სიხშირით, რომელიც ემთხვევა მის ერთ-ერთ ძალას. ბუნებრივი სიხშირეებიროდესაც ეს სიხშირის შესაბამისობა ხდება, სისტემა იწყებს ვიბრაციას უკიდურესად დიდი ამპლიტუდით. შემავალი ძალის ენერგია სისტემას ძალიან ეფექტურად გადაეცემა, რაც იწვევს ვიბრაციის მკვეთრად გაზრდას. რეზონანსის დროს ამპლიტუდის შემზღუდველი ერთადერთი ფაქტორია სისტემის ამორტიზაცია.

კავშირი ბუნებრივ სიხშირესა და რეზონანსს შორის

რეზონანსის გასაგებად, ჯერ საკუთარი სიხშირე უნდა გაიგოთ. ყველა ფიზიკურ ობიექტს აქვს საკუთარი სიხშირეების ერთობლიობა, რომლებზეც ის ვიბრირებს შეფერხების შემთხვევაში. ეს სიხშირეები განისაზღვრება მისი მასითა და სიმტკიცით. რეზონანსი არის ის, რაც ხდება მაშინ, როდესაც ობიექტს განუწყვეტლივ „აწვებით“ ზუსტად იმავე სიჩქარით, როგორც მისი ერთ-ერთი საკუთარი სიხშირე.

კლასიკური ანალოგია ბავშვის საქანელაზე აწევაა:

• საქანელას, რომელზეც ბავშვი ზის, აქვს კონკრეტული ბუნებრივი სიხშირე, რომელიც დამოკიდებულია თოკების სიგრძეზე (სიმტკიცეზე) და ბავშვის წონაზე.
• თუ საქანელას ერთხელ მაინც დააჭერთ, ის თავისივე სიხშირით ირხევა და საბოლოოდ გაჩერდება ჩაქრობის (ჰაერის წინაღობისა და ხახუნის) გამო.
• თუ თქვენს ბიძგებს საქანელის ბუნებრივ სიხშირეს იდეალურად დაარეგულირებთ, თითოეული ბიძგი სისტემას მეტ ენერგიას შემატებს და დარტყმა სულ უფრო და უფრო მაღლა ადის. ეს რეზონანსია.
• თუ არასწორი სიხშირით (ძალიან სწრაფად ან ძალიან ნელა) დააჭერთ, თქვენი ბიძგები არ იქნება სინქრონიზებული საქანელის მოძრაობასთან და დიდი ამპლიტუდის გაზრდას ვერ შეძლებთ.

რატომ არის რეზონანსი პრობლემა მანქანა-დანადგარებში?

მბრუნავ მექანიზმებში რეზონანსი ძლიერ დამანგრეველი და სახიფათო მდგომარეობაა. „ბიძგი“ უზრუნველყოფილია ნებისმიერი პერიოდული ძალის მიერ, რომელიც წარმოიქმნება მექანიზმის მუშაობის შედეგად, როგორიცაა დისბალანსი, არასწორი განლაგება ან პირების გავლის ძალები. თუ ამ ძალებიდან ერთ-ერთის სიხშირე ემთხვევა მექანიზმის როტორის, საძირკვლის, საყრდენი სტრუქტურის ან მიმაგრებული მილსადენის ბუნებრივ სიხშირეს, შედეგები შეიძლება მძიმე იყოს:

• ექსტრემალური ვიბრაციის დონეები: ამპლიტუდების გაძლიერება შესაძლებელია 10, 50 ან თუნდაც ასობითჯერ, დემპფიკაციის რაოდენობის მიხედვით.
• მაღალი დინამიური დაძაბულობა: დიდი გადახრები იწვევს უზარმაზარ დატვირთვას კომპონენტებზე, რაც იწვევს სწრაფ დაღლას.
• კატასტროფული მარცხი: რეზონანსმა შეიძლება ძალიან მოკლე დროში გამოიწვიოს ლილვების დაბზარვა, საკისრების დაზიანება, შედუღების შეერთებების გაწყვეტა და სტრუქტურის სრული უკმარისობა.
• ზედმეტი ხმაური: მაღალი ვიბრაციის დონეები ხმამაღალი და ხშირად ტონალური ხმაურის სახით გამოიყოფა.

რეზონანსის სიმპტომები და იდენტიფიკაცია

რეზონანსს აქვს სიმპტომების ძალიან განსხვავებული ნაკრები, რომლებიც ხელს უწყობს მის დიაგნოზს:

• მაღალი მიმართულებითი ვიბრაცია: ვიბრაცია, როგორც წესი, ერთი მიმართულებით (მაგალითად, ჰორიზონტალურად) გაცილებით მაღალია, ვიდრე სხვა მიმართულებით.
• ვიბრაციისა და სიჩქარის მკვეთრი პიკი: ვიბრაცია მაღალია მხოლოდ ძალიან ვიწრო სიჩქარის დიაპაზონში. როდესაც მანქანა აჩქარებს ან ანელებს ამ წერტილს მიღმა, ვიბრაცია მკვეთრად იკლებს.
• 180 გრადუსიანი ფაზური ცვლა: როდესაც მანქანის სიჩქარე რეზონანსულ სიხშირეზე გადადის, ვიბრაციის ფაზა 180 გრადუსით გადაინაცვლებს. ეს რეზონანსის საბოლოო დადასტურებაა.
• დაბალანსება რთულია: რეზონანსზე მომუშავე როტორის დაბალანსების მცდელობა ხშირად არაეფექტურია ან შეიძლება პრობლემა კიდევ უფრო გააუარესოს. ბალანსის კორექციის წონა შეიძლება უჩვეულოდ დიდი ან პატარა იყოს და ვიბრაცია შეიძლება სხვა ადგილას გადავიდეს.

რეზონანსი დადასტურებულია ექსპერიმენტულად, დარტყმის (ან დარტყმის) ტესტი სტრუქტურის ბუნებრივი სიხშირეების იდენტიფიცირებისთვის, ან შესრულებით ასვლა/დაშვება ტესტი რათა დააკვირდნენ ამპლიტუდისა და ფაზის ცვლილებებს, როდესაც მანქანა გადის საეჭვო რეზონანსში.

როგორ გადავჭრათ რეზონანსული პრობლემა

რადგან რეზონანსი სიხშირის შესაბამისობის პრობლემაა, გამოსავალი ყოველთვის გულისხმობს ან „მიმზიდველის“ ან „მიმზიდველის“ სიხშირის შეცვლას:

1. შეცვალეთ ფორსირების სიხშირე: ეს, როგორც წესი, მანქანის მუშაობის სიჩქარის შეცვლას ნიშნავს. თუ ეს შესაძლებელია, ეს ყველაზე მარტივი გამოსავალია.
2. ბუნებრივი სიხშირის შეცვლა: ეს ყველაზე გავრცელებული გამოსავალია.
   • To ზრდა ბუნებრივი სიხშირე, თქვენ უნდა სიმტკიცის გაზრდა რეზონანსული კომპონენტის (მაგ., სამაგრის ან სამაგრის დამატებით).
   • To შემცირება ბუნებრივი სიხშირით, შეგიძლიათ ან შეამციროს სიმტკიცე ან მასის დამატება კომპონენტის მიმართ.
3. დატენვის დამატება: ზოგიერთ შემთხვევაში, როდესაც სიხშირეების შეცვლა შეუძლებელია, დემპინგის დამატებამ (მაგ., ვისკოელასტიური მასალებით ან სპეციალიზებული დემპფერებით) შეიძლება რეზონანსული პიკის ამპლიტუდა მისაღებ დონემდე შეამციროს.

← დაბრუნება მთავარ ინდექსზე