რეზონანსის გაგება მექანიკურ სისტემებში
რეზონანსი ფიზიკური ფენომენია, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც სისტემა ექვემდებარება პერიოდულ ძალას იმ სიხშირით, რომელიც ემთხვევა მისივე ერთ-ერთ საკუთარ სიხშირეს ბუნებრივი სიხშირეები. როდესაც ეს სიხშირის შესაბამისობა ხდება, სისტემა იწყებს ვიბრაციას უკიდურესად დიდი ამპლიტუდით: ენერგია შეტანის ძალიდან გადაირთვება სისტემაში დიდი ეფექტურობით, ამიტომ ვიბრაცია დაშენდება მკვეთრად ციკლის შემდეგ ციკლი. ერთადერთი ფაქტორი, რომელიც საბოლოოდ ზღუდავს ამპლიტუდას რეზონანსზე, სისტემის ამორტიზაცია. რეზონანსის გაგება და თავიდან აცილება არის როტორული დინამიკის და მექანიკური დიაგნოსტიკის ერთ-ერთი ცენტრალური ამოცანა, რადგან რამდენიმე პირობა შეუძლია აღჭურვილობა ისეთი სწრაფად ჩამოანგრიოს.
1. განმარტება: რა არის რეზონანსი?
რეზონანსი საუკეთესოდ გაცნობდება როგორც კითხვა timing, არა ძალა. მცირე აღოზების, გამოყენებული სტრუქტურის საკუთარი რიტმის თანამშრომლობით, გამოიმუშავებს ბევრად უფრო დიდ პასუხს, ვიდრე ბევრად უფრო ძლიერი ძალა გამოყენებული გამორჩენით. ყოველი კარგად დროითი ინპუტი ემატება조금 მეტი ენერგია, ვიდრე დემპინგმა ლოდინის მეშვეობით წაშალა ციკლის განმავლობაში, ამიტომ ამპლიტუდა იზრდება სანამ დემპინგის მიერ დაფაქტორებული ენერგია ციკლის განმავლობაში საბოლოოდ ბალანსირდება მოწოდებული ენერგიით. მსუბუქად დემპინგეულ სისტემაში, რომ ბალანსირების წერტილი მხოლოდ ძალიან მაღალ ამპლიტუდაზე მიიღწევა — რის გამოც რეზონანსი საშიშია. სიხშირე, რომელზეც ეს ხდება, არის ბუნებრივი სიხშირე, დაყენებული მთლიანად სისტემის მასით და სიმტკიცე.
2. ბუნებრივ სიხშირესა და რეზონანსს შორის კავშირი
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 არის ბავშვის საქანელზე უბიძგება:
- საქანელი, ბავშვით, აქვს სპეციფიკური ბუნებრივი სიხშირე, რომელიც დაყენებულია თოკის სიგრძით (მის ხისტობა) და ბავშვის მასით.
- ერთი უბიძგება გამოიწვევს ხას იმ ბუნებრივ სიხშირეზე და ნელა გაქრება დემპინგის გამო — ჰაერის წინააღმდეგობა და ხახუნი.
- თუ თქვენ დროს ენიჭება ყოველი უბიძგება საქანელის ბუნებრივი სიხშირის შესაბამისობას, ყოველი უბიძგება ემატება ენერგია და საქანელი უფრო და უფრო მაღლა მიდის. ეს არის რეზონანსი.
- თუ თქვენ უბიძგებთ არასწორი სიჩქარით — ძალიან სწრაფი ან ძალიან ნელი — თქვენი უბიძგება სიტყვიდან გამომავალი ხასის მოძრაობიდან და არა დიდი ამპლიტუდა არ შეიძლება აშენდეს.
იგივე მასა-და-ხისტობის ურთიერთობა მართავს მექანიკური კომპონენტებს. თქვენ შეგიძლიათ გამოიკვლიოთ ის რაოდენობრივად ჩვენი ბუნებრივი სიხშირის კალკულატორი მარტივი მასა-გაზაფთლის სისტემისთვის, ან, ბრუნვის ლილვებისთვის, რომელზეც ბუნებრივი სიხშირე ემთხვევა სამუშაო სიჩქარეს, როტორული კრიტიკული სიჩქარის კალკულატორი.
3. რატომ არის რეზონანსი პრობლემა მექანიკებში?
ბრუნავ მანქანებში რეზონანსი অত უკიდურესად დამღუპველი და საშიში მდგომარეობაა. “მოწოდება” მომდინარეობს ნებისმიერი პერიოდული ძალიდან, რომელსაც მანქანა ქმნის ნორმალური მუშაობის დროს — დისბალანსი, არასწორი განლაგება, ან ფრთის გავლის ძალები მათ შორის. თუ ამ ძალებიდან რომელიმეს სიხშირე დაემთხვევა როტორის, საძირკვლის, საყრდენი სტრუქტურის ან დაკავშირებული მილების რომელიმე ბუნებრივ სიხშირეს, შედეგები შეიძლება იყოს მძიმე:
- ექსტრემალური ვიბრაციის დონეები: ამპლიტუდები შეიძლება გაძლიერდეს ათი, fifty ან თუნდაც ასზე მეტჯერ, იმაზე დამოკიდებულია რამდენად მცირე დემპირება არის.
- მაღალი დინამიკური სტრესი: დიდი გადახრები აკისრებენ კომპონენტებზე ვნებიერ ციკლურ სტრესს, რაც იწვევს სწრაფ დაღლილობა.
- კატასტროფული უკმარობა: რეზონანსი შეიძლება წარმოქმნას cracked shafts, დაბილწული ხელმოწერები, გატეხილი შედები და სრული სტრუქტურული უკმარობა დაკმაყოფილებელი მოკლე დროში.
- ზედმეტი ხმაური: მაღალი ვიბრაცია ჩქრიტდება მკაფიო, ხშირად ტონალური ხმაურად.
განსაკუთრებული და განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი შემთხვევა არის კრიტიკული სიჩქარე — როტორის სიჩქარე, რომელშიც სიჩქარის მიხედვით (1×) აგზილება დაემთხვევა როტორის ბუნებრივ სიხშირეს. მანქანები დიზაინერებულია იმისთვის, რომ სიჩქარით დაშორდნენ მათი კრიტიკული სიჩქარებიდან, და გაიაროს ისინი სწრაფად ჩაწყობის და კაბელის დროს.
4. რეზონანსის სიმპტომები და იდენტიფიკაცია
რეზონანსი აქვს განსხვავებული სიმპტომების ნაკრები, რომელიც ეხმარება დიაგნოზს და ხელს უყრის მას მარტივი forced-vibration პრობლემა, როგორიცაა ჩვეულებრივი დისბალანსი:
- ខ្ពង់ दোlაத ვიბრაცია: ვიბრაცია ტიპიურად ბევრად უფრო მაღალია ერთი მიმართულებით — ხშირად ჰორიზონტალური — ვიდრე სხვაში, რადგან სტრუქტურული სიმყარე განსხვავდება მიმართულებით.
- მკვეთრი პიკი ვიბრაციაში სიჩქარის მიმართ: ვიბრაცია მაღალია მხოლოდ ვიწრო სიჩქარის ზოლში; რადგან მანქანა აჩქარდება ან ნელდება ამ წერტილის გარშემო, ამპლიტუდა დრამატულად ვერცხლისფერი.
- 180-გრადუსიანი ფაზის ცვლა: სიჩქარე რეზონანტული სიხშირის გავლის დროს, ფაზა ვიბრაციის ფაზა 180 გრადუსით იცვლება. ეს ფაზის გადატრიალება რეზონანსის განსაზღვრული დამადასტურებელი ნიშანია.
- დაბალანსება რთულია: რეზონანსზე მომუშავე ротორის დაბალანსება ხშირად უეფექტო ან კიდეც უარესს გახდის — საჭირო კორექციული წონა ძალიან დიდი ან პატარა აღმოჩნდება, ხოლო ვიბრაცია შეიძლება უბრალოდ სხვა ადგილზე გადაიტანოს.
რეზონანსი ორი ურთიერთდამატებელი გზით დამტკიცდება. ა დარტყმის (აკრემლის) ტესტი მოსვენებული სტრუქტურის აგზნება მის ბუნებრივი სიხშირეების პირდაპირ გამოვლენის შუაზე. ალტერნატივულად, აჩქარება ან შენელება ტესტი ჩაწერს ამპლიტუდა და ფაზა სიმძლავრის ძიებისას ეჭვიანი რეზონანსის მეშვეობით, თოკოსანი ამპლიტუდის წვერი და 180 გრადუსის ფაზის ცვლა დაკვიცვული ბოდის ნაკვეთი.
5. როგორ გადაწყვიტოთ რეზონანსის პრობლემა
რადგან რეზონანსი ფუნდამენტურად სიხშირის შესატყობი პრობლემაა, ყოველი გამოსავალი მოდის ან “მოძრავი” ან “დაძრული” სიხშირის შეცვლამდე — ან ენერგიის უფრო სწრაფი დისიპაციამდე:
- შეცვალეთ იძულებითი სიხშირე. ჩვეულებრივ ეს ნიშნავს მანქანის მოქმედების სიჩქარის შეცვლას. ეს არის უმარტივესი გამოსავალი, სადაც პროცესი ნება দების, ხოლო ცვლადი სიჩქარის გამოკვების დროს აკრძალული სიჩქარის ზოლი შეიძლება პროგრამირებული იყოს.
- შეცვალეთ ბუნებრივი სიხშირე. ეს ყველაზე გავრცელებული გამოსავალია.
- To ზრდა ბუნებრივი სიხშირე, სიმტკიცის გაზრდა რეზონანსული კომპონენტის — მაგალითად გამაგრების ან სამკე დამატებით.
- To შემცირება ბუნებრივი სიხშირე, ორივე შეამციროს სიმტკიცე ან მასის დამატება კომპონენტს.
- Add damping. სადაც არც სიხშირეზე უშუალოდ არ შეიძლება კვლებულება, დემპირების დამატება — ვისკოელასტიური დამუშავება ან სპეციალიზირებული დემპერი — რეზონანსული პიკის სიმაღლე მისაღებ დონეზე ამცირებს. დამატებული დემპირების სარგებელი შეიძლება რაოდენობრივი მოთხოვნილება დემპირების კოეფიციენტის კალკულატორი.
აღსანიშნავია, რომ რეზონანსი, რომელიც მხარდამჭერ სისტემას ეხება — სტრუქტურული რეზონანსი or weak საძირკვლის სიხისტე — არის ხშირი პროვოკატორი და იგი იმავე გზით წყდება, შესაბამისი წევრის გამკრთოლებით, მასის დამატებით ან დემპირებით.
6. რეზონანსი და ველში ბალანსირება
რეზონანსი და ბალანსირების შორის კავშირი პრაქტიკული ხაფანგია, რომელიც სჯობს უღებელი იყოს. რადგან როტორი, რომელიც რეზონანსის მახლობლად მუშაობს, იძლევა მიმზიდველ, არამდგრად ამპლიტუდა-ფაზის მაჩვენებლებს, ჯერ უნდა დადგინოთ, რომ მანქანა არ მუშაობს რეზონანსზე, სანამ გამოწვევთ მის ბალანსირებას. ველში ეს სამართლიანი ხელმისაწვდომია პორტატული ორ-არხიანი ანალიზატორით, როგორიცაა ბალანსეტი-1ა: მისი გაშვების და დინების გაჩერების გაზომვა იჭერს ამპლიტუდას და ფაზას სიჩქარის დიაპაზონში, რის დროსაც გამოირჩევა რომელიმე რეზონანსული პიკი და 180 გრადუსის ფაზის ცვლა, ხოლო მისი ლაზერული ტაქომეტრი გამოწვევს ფაზის საკითხს. მას შემდეგ რაც დადასტურდება, რომ მანქანა კომფორტულად მუშაობს რეზონანსიდან შორს, იმავე ინსტრუმენტი გამოითვლის კორექციის წონებს და ამოწმებს შედეგს დაკმარების წინააღმდეგ დაბალანსება ტოლერანციის — თუმცა კორექციის მცდელობა რეზონანსზე მხოლოდ სიმპტომს დაიძებდა.
