기계 시스템의 공명 이해

정의: 공명이란 무엇인가?

공명 시스템이 자체 주파수와 일치하는 주파수로 주기적인 힘을 받을 때 발생하는 물리적 현상입니다. 고유 진동수이러한 주파수 일치가 발생하면 시스템은 매우 큰 진폭으로 진동하기 시작합니다. 입력 힘의 에너지는 시스템으로 매우 효율적으로 전달되어 진동이 급격히 증가합니다. 공진 시 진폭을 제한하는 유일한 요인은 시스템의 제동.

고유 진동수와 공명 사이의 연관성

공명을 이해하려면 먼저 고유 진동수를 이해해야 합니다. 모든 물체는 진동할 때 진동하는 고유 진동수를 가지고 있습니다. 이 진동수는 물체의 질량과 강성에 의해 결정됩니다. 공명은 물체의 고유 진동수 중 하나와 정확히 같은 속도로 물체를 계속 "밀 때" 발생하는 현상입니다.

고전적인 비유로는 그네에 아이를 태워 보내는 것을 들 수 있습니다.

• 아이가 타고 있는 그네는 밧줄의 길이(단단함)와 아이의 질량에 따라 특정한 자연 진동수를 갖습니다.
• 그네를 한 번만 밀어도 그네는 본래의 진동수로 진동하다가 결국 감쇠(공기 저항과 마찰)로 인해 멈춥니다.
• 스윙의 고유 진동수에 맞춰 푸시 타이밍을 맞추면, 푸시할 때마다 시스템에 더 많은 에너지가 추가되고 스윙은 점점 더 높이 올라갑니다. 이것이 바로 공명입니다.
• 잘못된 주파수(너무 빠르거나 너무 느림)로 밀면 밀기 동작이 스윙 동작과 동기화되지 않아 큰 진폭을 형성할 수 없습니다.

기계에서 공명이 문제가 되는 이유는 무엇인가?

회전 기계에서 공진은 매우 파괴적이고 위험한 상태입니다. "밀어내기"는 기계 작동으로 발생하는 모든 주기적인 힘, 예를 들어 불균형, 정렬 불량, 또는 블레이드 통과력에 의해 발생합니다. 이러한 힘 중 하나의 주파수가 기계의 회전자, 기초, 지지 구조물 또는 연결된 배관의 고유 진동수와 일치하면 심각한 결과가 발생할 수 있습니다.

• 극한 진동 수준: 진폭은 감쇠량에 따라 10배, 50배, 심지어 수백 배까지 증폭될 수 있습니다.
• 높은 동적 응력: 큰 처짐은 부품에 엄청난 응력을 가해 빠른 피로로 이어집니다.
• 치명적인 실패: 공진은 짧은 시간 내에 샤프트 균열, 베어링 고장, 용접부 파손, 구조적 완전 고장으로 이어질 수 있습니다.
• 과도한 소음: 높은 진동 수준은 크고 종종 음색적인 소음으로 방출됩니다.

공명의 증상 및 식별

공명에는 진단에 도움이 되는 매우 독특한 일련의 증상이 있습니다.

• 강한 방향성 진동: 진동은 일반적으로 한 방향(예: 수평)에서 다른 방향보다 훨씬 더 높습니다.
• 진동 대 속도의 날카로운 피크: 진동은 매우 좁은 속도 범위에서만 높습니다. 기계가 이 지점을 지나 속도를 높이거나 낮추면 진동이 급격히 감소합니다.
• 180도 위상 변화: 기계의 속도가 공진 주파수를 통과하면서 진동의 위상은 180도 변합니다. 이는 공진의 확실한 증거입니다.
• 균형을 맞추기 어려움: 공진으로 작동하는 로터의 균형을 맞추려는 시도는 종종 효과가 없거나 문제를 악화시킬 수 있습니다. 균형 보정 추는 비정상적으로 크거나 작을 수 있으며, 진동이 다른 위치로 이동할 수 있습니다.

공명은 실험적으로 확인됩니다. 충격(또는 충돌) 테스트 구조물의 고유 진동수를 식별하거나 다음을 수행하여 런업/코스트다운 테스트 기계가 의심되는 공진점을 통과할 때 진폭과 위상 변화를 관찰합니다.

공명 문제를 해결하는 방법

공명은 주파수 일치 문제이므로 솔루션에는 항상 "푸셔" 또는 "푸시"의 주파수를 변경하는 것이 포함됩니다.

1. 강제 주파수 변경: 이는 일반적으로 기계의 작동 속도를 변경하는 것을 의미합니다. 가능하다면 이것이 가장 간단한 해결책입니다.
2. 고유 주파수 변경: 가장 일반적인 해결책은 다음과 같습니다.
   • To 증가하다 자연 주파수를 알아야 합니다 강성을 높이다 공진 구성 요소의 (예: 브레이스 또는 거셋 추가)
   • To 감소하다 고유 주파수를 선택할 수 있습니다. 강성을 감소시키다 또는 질량을 추가하다 구성 요소에.
3. 댐핑 추가: 주파수를 변경할 수 없는 경우 감쇠를 추가하면(예: 점탄성 재료나 특수 감쇠기 사용) 공진 피크의 진폭을 허용 가능한 수준으로 줄일 수 있습니다.

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