Apibrėžimas: Kas yra natūralusis dažnis?

Greitas atsakymas

Natūralus dažnis tai dažnis, kuriuo mechaninė sistema laisvai svyruoja po to, kai ji buvo išstumta iš pusiausvyros. Jį lemia sistemos masė ir standumas: fn = (1/2π) × √(k/m), kur k - standumas (N/m), o m - masė (kg). Kai išorinės jėgos dažnis sutampa su savituoju dažniu, rezonansas vibracijos amplitudė gali padidėti 10-50 kartų ir sukelti katastrofišką gedimą. Besisukančiose mašinose kritinis greitis (RPM) = fn × 60. Greitas lauko įvertinimas atliekamas naudojant statinę deformaciją: fn ≈ 15.76 / √δmm.

A natūralus dažnis tai specifinis dažnis, kuriuo fizinis objektas ar sistema svyruoja, kai yra išjudinama iš pusiausvyros padėties ir leidžiama jai laisvai vibruoti be jokios išorinės varomosios jėgos. Tai yra prigimtinė, pagrindinė objekto savybė, kurią lemia tik jo fizikinės savybės - daugiausia jo masė (inercija) ir jo standumas (elastingumas). Kiekvienas fizinis objektas - nuo gitaros stygos iki tilto tarpatramio ir mašinos atramos pjedestalo - turi vieną ar daugiau savųjų dažnių.

Natūralieji dažniai kartais vadinami savieji dažniai (nuo vokiško žodžio "eigen", reiškiančio "savas" arba "būdingas"), o atitinkami virpesių modeliai vadinami režimo formos arba savitieji režimai. Sudėtinga konstrukcija, pavyzdžiui, mašinos pagrindas, gali turėti šimtus savųjų dažnių, kurių kiekvienas susijęs su unikaliu deformacijos modeliu - lenkimu, sukimu, kvėpavimu, svyravimu ir pan.

Kodėl vibracijų analizėje svarbus natūralusis dažnis

Besisukančiose mašinose vibracijos problemų dažnai kyla ne dėl per didelių sužadinimo jėgų (pvz., disbalanso), bet dėl nesėkmingo sužadinimo dažnio sutapimo su konstrukcijos savituoju dažniu. Visiškai priimtinas disbalanso dydis gali sukelti destruktyvią vibraciją, jei mašina veikia struktūriniame rezonanse arba netoli jo. Todėl natūraliųjų dažnių nustatymas yra vienas svarbiausių diagnostikos etapų tiriant nepaaiškinamą didelę vibraciją.

Masės, standumo ir natūralaus dažnio ryšys

Esminis masės, standumo ir savojo dažnio ryšys yra viena svarbiausių vibracijos inžinerijos sąvokų. Jis yra intuityvus ir matematiškai tikslus.

Intuityvus supratimas

  • Standumas (k): Standesnis objektas turi didesnis natūralus dažnis. Pagalvokite apie gitaros stygą: įtempus stygą (padidinus jos įtempimą ir (arba) standumą) padidėja jos aukštis (dažnis). Stora plieninė sija vibruoja daug didesniu dažniu nei tokio pat ilgio plona aliuminio juostelė.
  • Masė (m): Masyvesnis objektas turi mažesnis natūralus dažnis. Įsivaizduokite liniuotę, besitęsiančią nuo stalo krašto: ilgesnė ir sunkesnė liniuotė svyruoja lėčiau (mažesnis dažnis) nei trumpesnė ir lengvesnė. Pridėjus konstrukcijai svorio, jos savieji dažniai visada sumažėja.

Pagrindinė formulė

Paprastos vieno laisvumo laipsnio (SDOF) sistemos - masės, sujungtos su spyruokle, - neslopinamasis savasis dažnis yra:

Neslopintas natūralus dažnis
fn = (1 / 2π) × √(k / m)
fn Hz, k - N/m, m - kg. Taip pat: ωn = √(k/m), rad/s

Ši formulė turi didelę praktinę reikšmę:

  • Į padidėjimas fn 2×, standumą reikia padidinti 4× (dėl kvadratinės šaknies) - arba 4× sumažinti masę.
  • Į sumažėjimas fn 2×, turite 4× sumažinti standumą arba 4× padidinti masę.
  • Pasikeitė standumas ir masė mažėjanti grąža: kiekvienas f padvigubinimasn reikia 4 kartus pakeisti parametrą

Statinio atspindžio trumpinys

Viena iš naudingiausių praktinių formulių vibracijos inžinerijoje tiesiogiai susieja savitąjį dažnį su statine deformacija veikiant sunkio jėgai:

Natūralusis dažnis nuo statinės deformacijos
fn = (1 / 2π) × √(g / δ) ≈ 15,76 / √δ
fn Hz, δ - mm, g = 9810 mm/s². Labai patogu greitai apskaičiuoti!

Tai nepaprastai naudinga, nes statinę deformaciją dažnai lengva išmatuoti arba įvertinti: tiesiog išmatuokite, kiek konstrukcija deformuojasi veikiama mašinos svorio. Mašinos, kurios atramos pasvyra 1 mm, vertikalusis savasis dažnis yra apie 15,8 Hz (948 aps/min). Mašinos, kuri pasvyra 0,25 mm, fn ≈ 31,5 Hz (1890 aps./min).

Greitas lauko įvertinimas

Reikia greitai įvertinti savitąjį dažnį be prietaisų? Padėkite ciferblatinį indikatorių po mašinos guolio korpusu ir stebėkite statinę deformaciją, kai mašina apkraunama svoriu (pvz., montuojant). Formulė fn ≈ 15.76/√δmm gaunamas labai geras pirmasis apytikslis pagrindinio vertikalaus savojo dažnio įvertinimas.

Keli laisvės laipsniai

Realios konstrukcijos nėra paprastos SDOF sistemos - jose yra daugybė masių, sujungtų paskirstytu standumu, todėl atsiranda daugybė savųjų dažnių. Paprastas standus kūnas ant tamprių atramų turi šešis natūraliuosius dažnius, atitinkančius šešis laisvės laipsnius: tris transliacinius (vertikalųjį, šoninį, ašinį) ir tris sukamuosius (posvyrio, posvyrio, posvyrio). Lanksti konstrukcija turi be galo daug režimų, nors praktiškai svarbūs tik keli mažiausi.

Pagrindinis principas: savųjų dažnių skaičius lygus modelio laisvės laipsnių skaičiui. Paprastos sijos, sumodeliuotos naudojant 10 vienalyčių masių, savieji dažniai yra 10; baigtinių elementų modelis, turintis 10 000 mazgų, turi 30 000 savųjų dažnių (3 DOF kiekvienam mazgui), nors tik kelios dešimtys iš jų gali priklausyti dominančiam dažnių diapazonui.

Amortizavimo poveikis

Realiose sistemose visada yra tam tikras slopinimas - trintis, medžiagų histerezė, spinduliavimas į aplinkinę struktūrą, skysčių pasipriešinimas ir t. t. Slopinimas turi du poveikius:

  • Šiek tiek sumažina faktinį rezonansinį dažnį: Nuosavas slopinamasis dažnis yra fd = fn × √(1 - ζ²), kur ζ yra slopinimo koeficientas. Tipiškoms mechaninėms konstrukcijoms (ζ = 0,01-0,05) šis poveikis yra nereikšmingas - sumažėja mažiau nei 0,1%.
  • Apriboja amplitudę rezonanso metu: Be slopinimo teoriškai rezonanso amplitudė būtų begalinė. Stiprinimo koeficientas Q (kokybės koeficientas) rezonanso metu yra apytiksliai Q = 1/(2ζ). Silpnai slopinamos konstrukcijos, kurios ζ = 0,02, Q = 25, t. y. virpesių amplitudė rezonanso metu yra 25 kartus didesnė už tą, kuri būtų toli nuo rezonanso. Štai kodėl net ir nedidelis disbalansas gali sukelti milžinišką vibraciją esant kritiniam greičiui.

Natūralusis dažnis ir rezonansas: Kritinis ryšys

Savojo dažnio sąvoka yra labai svarbi inžinerijoje būtent dėl jos tiesioginio ryšio su reiškiniu rezonansas.

Kas yra rezonansas?

Rezonansas atsiranda, kai sistemą veikia periodinė išorinė jėga, kurios dažnis yra lygus arba labai artimas vienam iš sistemos savųjų dažnių. Kai taip atsitinka, sistema maksimaliai efektyviai sugeria išorinės jėgos energiją, todėl virpesių amplitudė smarkiai padidėja. Kiekvienas jėgos funkcijos ciklas prideda sistemai energijos tiksliai sinchroniškai su sistemos savitaisiais svyravimais, didindamas amplitudę ciklas po ciklo, kol slopinimas apriboja tolesnį augimą arba konstrukcija sugenda.

Stiprinimo veiksnys

Virpesių padidėjimas rezonanso metu labai priklauso nuo sistemos slopinimo. Dinaminio padidėjimo koeficientas (DMF) apibūdina, kiek didesnis yra dinaminis atsakas, palyginti su statine deformacija, kurią sukeltų ta pati jėga:

Dinaminis didinimo koeficientas
DMF = 1 / √[(1 - r²)² + (2ζr)²]
r = fpriverstinis/fn (dažnio santykis), ζ = slopinimo koeficientas. Kai r = 1: DMF ≈ 1/(2ζ)
Slopinimo koeficientas (ζ) Tipinė sistema Q koeficientas (≈ 1/2ζ) Stiprinimas rezonanso metu
0.005 Suvirinta plieninė konstrukcija, be amortizatorių 100 100× statinė deformacija
0.01 Plieninis rėmas, varžtiniai sujungimai 50 50× statinė deformacija
0.02 Tipinė mašinų struktūra 25 25× statinė deformacija
0.05 Betoniniai pamatai, varžtiniai sujungimai 10 10× statinė deformacija
0.10 Guma sumontuota, gerai amortizuojama 5 5× statinė deformacija
0.20 Didelė amortizacija (klampus slopintuvas) 2.5 2,5× statinė deformacija

Kodėl rezonansas yra pavojingas

Rezonansas yra ypač klastingas, nes virpesių amplitudė gali būti 10-100 kartų didesnė, nei tikimasi vien pagal jėgos dydį. Rotorius, kurio ekscentricitetas yra 50 µm ir kuris, esant nerezonansiniam greičiui, sukelia 1 mm/s vibraciją, esant rezonansui gali sukelti 25-50 mm/s vibraciją - to pakanka, kad būtų sunaikinti guoliai, nuvarginti varžtai, sutrūkinėtų suvirinimo siūlės ir įvyktų kaskadinis įrangos gedimas.

Istorinis pavyzdys - Tacomos siaurasis tiltas (1940 m.)

Tacoma Narrows tilto griūtis tebėra vienas dramatiškiausių rezonanso pavyzdžių inžinerijos istorijoje. Vėjo jėgos, kurių dažnis buvo artimas tilto sukimo savitajam dažniui, sukėlė vis didesnės amplitudės tilto perdangos svyravimus, kol įvyko konstrukcijos gedimas. Šis įvykis lėmė esminius pokyčius tiltų inžinerijoje ir yra nagrinėjamas visuose konstrukcijų dinamikos kursuose visame pasaulyje. Šiuolaikiniai inžinieriai nuolat atlieka modalinę analizę, kad užtikrintų, jog konstrukcijos būtų suprojektuotos taip, kad būtų apsaugotos nuo numatomų sužadinimo dažnių.

Kritiniai besisukančių mašinų greičiai

Sukamose mašinose svarbiausia savojo dažnio apraiška yra kritinis greitis - sukimosi dažnis, kuriam esant veleno sukimosi dažnis (1× aps/min) sutampa su rotoriaus, guolių ir atramos sistemos savituoju dažniu. Kai mašina veikia kritiniu greičiu, 1× disbalanso jėga sužadina savitąjį dažnį ir sukelia stiprią rezonansinę vibraciją.

Kritinių greičių tipai

  • Kietojo kėbulo kritikai: Kai veleno sukimosi dažnis sutampa su rotoriaus ant guolių atramų savituoju dažniu, o pats velenas iš esmės lieka tiesus. Paprastai tai yra pirmasis ir antrasis kritiniai režimai (atsitrenkimo ir šuolio režimai), kurie pasireiškia esant mažesniems greičiams. Kietojo kūno kritines vertes galima keisti keičiant guolių standumą arba atraminės konstrukcijos masę.
  • Lankstaus rotoriaus kritinės reikšmės (lenkimo kritinės reikšmės): Pasitaiko, kai veleno greitis atitinka natūralųjį dažnį, susijusį su veleno lenkimo deformacija. Pirmasis kritinis lenkimas paprastai susijęs su veleno išlinkimu į pusės sinusoidės formą. Jie yra pavojingesni, nes susiję su didelėmis deformacijomis ties veleno viduriu ir negali būti valdomi vien tik keičiant guolius - turi būti keičiama pati veleno geometrija.

Atskyrimo marža

Pramonės standartuose (pvz., API 610, API 617) reikalaujama mažiausiai atskyrimo riba tarp darbinio greičio ir kritinio greičio:

  • API tipinis reikalavimas: Darbinis greitis turi būti ne mažesnis kaip 15-20% nuo bet kokio šoninio kritinio greičio (be amortizatorių)
  • Bendroji geroji praktika: 20% atsarga laikoma mažiausia; kritinei įrangai pageidautina 30%.
  • VFD valdoma įranga: Kintamo dažnio pavaros keičia darbinį greitį, todėl gali būti keičiami kritiniai parametrai. Turi būti patikrintas visas veikimo diapazonas, o kritiniai parametrai diapazone turi būti nustatyti ir pašalinti arba suprogramuotas greitas perėjimas.
Praktinė lauko balansavimo reikšmė

Balansuojant mašiną, kuri veikia arti (bet saugiai viršija) kritinį greitį, disbalanso ir vibracijos reakcijos fazių santykis skirsis nuo to, ko tikimasi iš "žemiau rezonanso" veikiančios mašinos. Vibracijos signalas gali būti 90-180° prieš sunkiąją vietą, o ne fazėje. Geras balansavimo įranga tai atliekama automatiškai, matuojant bandomojo svorio atsaką, tačiau analitikas turėtų žinoti, kad beveik kritinis veikimas apsunkina paprastą vektorinę analizę.

Kaip nustatomi natūralūs dažniai?

Mašinos ar konstrukcijos savitųjų dažnių nustatymas yra pagrindinis diagnostikos įgūdis. Yra keletas metodų - nuo paprastų iki sudėtingų:

1. Smūgio bandymas (smūgio bandymas)

Labiausiai paplitęs ir praktiškas eksperimentinis metodas, skirtas konstrukcijos saviesiems dažniams nustatyti. Atliekant šią procedūrą, mašina arba konstrukcija smūgiuojama (kai ji yra ne bėgimas) smūginiu plaktuku su prietaisais ir gautos vibracijos matavimas akselerometru. Smūgis plaktuku vienu metu perduoda energiją plačiame dažnių diapazone, o konstrukcija natūraliai "skamba" savaisiais dažniais, todėl gautame FFT spektre matomi aiškūs maksimumai.

Praktinė procedūra

Paruoškite įrangą

Prie konstrukcijos, esančios dominančiame taške (paprastai prie guolio korpuso arba atraminės konstrukcijos), pritvirtinkite akcelerometrą. Prijunkite prie FFT analizatoriaus arba duomenų rinkiklio, sukonfigūruoto smūgių bandymams (laiko srities trigeris, atitinkamas dažnių diapazonas, paprastai 0-1000 Hz konstrukcijos rezonansams nustatyti).

Pasirinkite plaktuko antgalį

Skirtingo kietumo smūginių plaktukų antgaliai sužadina skirtingus dažnių diapazonus. Minkšti guminiai antgaliai sužadina 0-200 Hz; vidutinio sunkumo plastikiniai antgaliai sužadina 0-500 Hz; kieti plieniniai antgaliai sužadina 0-5000 Hz. Pasirinkite tokį antgalį, kuris apima konkrečiam bandymui reikalingą dažnių diapazoną.

Streikas ir įrašas

Stipriai suduokite vieną stiprų smūgį į konstrukciją. Venkite dvigubų smūgių (atšokimo). Analizatorius turėtų užfiksuoti laiko bangos formą, rodančią smūgį ir dėl jo atsiradusį laisvųjų virpesių silpnėjimą. Šios reakcijos FFT parodo savituosius dažnius kaip viršūnes.

Vidutinis kelių pataikymų skaičius

Kad pagerintumėte signalo ir triukšmo santykį ir patvirtintumėte nuoseklumą, imkite 3-5 vidurkius. Jei dažninio atsako funkcija (FRF) labai skiriasi tarp smūgių, patikrinkite, ar nėra dvigubų smūgių, blogai pritvirtintas akselerometras arba pasikeitusios ribinės sąlygos.

Nustatyti natūralius dažnius

Natūralieji dažniai FRF dydžio diagramoje rodomi kaip viršūnės. Patikrinkite naudodami fazės grafiką (savieji dažniai rodo 180° fazės poslinkį) ir koherentiškumo funkciją (savieji dažniai turėtų būti artimi 1,0). Užrašykite dažnius ir palyginkite su darbiniu greičiu ir harmoninėmis.

Patarimai apie smūgio testą iš lauko

Visada atlikite smūgio testą su mašina surinktas bet neveikia. Nuimant rotorių (keičiasi masė) arba mašinai veikiant (giroskopinis poveikis, su greičiu kintantis guolių standumas, šiluminis poveikis), savieji dažniai gali labai pasikeisti. Atlikite bandymą keliomis kryptimis (vertikalia, horizontalia, ašine), kad rastumėte visas svarbias režimo rūšis. Pakartokite po bet kokio konstrukcijos pakeitimo, kad patikrintumėte, ar pakeitimu pasiektas pageidaujamas poveikis.

2. Įsibėgėjimo / kranto nuleidimo bandymas

Veikiančioms mašinoms praktiškiausias būdas nustatyti savituosius dažnius, kuriuos sužadina sukimosi jėgos, yra įsibėgėjimo arba įsibėgėjimo žemyn bandymas. Keičiantis mašinos greičiui, 1× disbalanso jėga (ir bet kokios kitos nuo greičio priklausančios jėgos) pereina per dažnių diapazoną. Kai jėgos dažnis kerta savąjį dažnį, virpesių amplitudė rodo ryškų maksimumą - savasis dažnis nustatomas kaip kritinis greitis.

Norint susieti vibracijos amplitudę ir fazę su veleno sūkių dažniu, atliekant bandymą reikia vienu metu matuoti vibraciją ir tachometro signalą (klaviatūros fazę). Duomenys paprastai rodomi kaip Bode grafikas (amplitudės ir fazės priklausomybė nuo sūkių dažnio) arba poliarinis grafikas (amplitudės × fazės vektoriaus priklausomybė nuo sūkių dažnio). Abiejose diagramose aiškiai matomi kritiniai greičiai kaip amplitudės viršūnės, kurias lydi ~180° fazės poslinkiai.

3. Krioklio / kaskadinių diagramų analizė

Krioklio (arba kaskadinis) grafikas - tai 3D vaizdas, kuriame vaizduojami keli FFT spektrai, gauti esant skirtingiems mašinos greičiams, kai ji įsibėgėja arba įsibėgėja. Jame rodomas dažnis (horizontalioji), amplitudė (vertikalioji) ir greitis (gylio ašis). Šiuo formatu:

  • Nuo greičio priklausančios linijos (įsakymai) rodomi kaip įstrižos linijos: 1×, 2×, 3× ir t. t., o didėjant greičiui jos juda į dešinę.
  • Natūralūs dažniai yra vertikalios viršūnės (pastovus dažnis, nepriklausomai nuo greičio) - keičiantis greičiui jos nejuda.
  • Rezonansai matomos ten, kur nuo greičio priklausanti eiliškumo linija kerta natūralųjį dažnį, todėl susidaro vietinis amplitudės šuolis.

Tai viena iš galingiausių diagnostikos priemonių, leidžiančių atskirti nuo greičio priklausančią vibraciją (dėl disbalanso, nesuderinamumo ir pan.) nuo struktūrinio rezonanso problemų.

4. Baigtinių elementų analizė (BEM)

Projektavimo etape inžinieriai naudoja kompiuterinius modelius komponentų, mašinų ir atraminių konstrukcijų saviesiems dažniams prognozuoti dar prieš juos sukonstruojant. Skaidriosios elektrotechninės analizės metu konstrukcija diskretizuojama į tūkstančius mažų elementų, pritaikomos tinkamos medžiagų savybės (tankis, tamprumo modulis, Puasono santykis), modeliuojamos kraštinės sąlygos (varžtinės jungtys, atramos, pamatai) ir išsprendžiamas savųjų reikšmių uždavinys, kad būtų išvesti savieji dažniai ir modų formos.

FEA yra neįkainojama:

  • Konstrukcijų projektavimas siekiant išvengti rezonanso problemų prieš gaminant
  • Atlikti analizę "kas būtų, jeigu būtų": kas nutiks, jei pridėsime standiklį? Pakeisime guolio tarpą? Naudosime kitą medžiagą?
  • Sudėtingų geometrijų, kurias sunku išbandyti eksperimentiškai, modalinės elgsenos prognozavimas
  • Eksperimentinių rezultatų patvirtinimas koreliuojant išmatuotus ir prognozuojamus natūraliuosius dažnius

5. Operacinė modalinė analizė (OMA)

Palyginti modernus metodas, kurį taikant iš veikiančių mašinų nustatomi jų savieji dažniai ir modų formos, naudojant tik atsako duomenis - nereikia jokio valdomo sužadinimo (plaktuko ar vibratoriaus). OMA naudojami pažangūs algoritmai (pvz., stochastinis poerdvinis identifikavimas), kurie mašinos darbines jėgas traktuoja kaip "baltojo triukšmo" sužadinimą. Tai ypač vertinga dideliems ar kritinės svarbos įrenginiams, kurių negalima sustabdyti bandymams su smūgiais arba kurių eksploatacinės ribinės sąlygos labai skiriasi nuo sustabdytų sąlygų.

Praktiniai pramoninių mašinų pavyzdžiai

1 atvejis: vertikalusis siurblys pernelyg stipriai vibruoja

Problema: Vertikalaus turbininio siurblio, veikiančio 1780 aps/min (29,7 Hz) dažniu, variklio viršuje 12 mm/s vibracija, esant 1× aps/min. Bandymai balansuoti laikinai sumažina vibraciją, tačiau po kelių savaičių ji vėl sugrįžta.

Tyrimas: Atlikus variklio ir siurblio sąrankos smūginį bandymą, nustatytas 28,5 Hz savasis dažnis - tik 4% mažesnis už darbinį greitį. Sistema veikia rezonansinėje juostoje.

Sprendimas: Prie motorinės taburetės pridedama plieninė atraminė atrama, padidinanti jos standumą. Po modifikavimo atliktas smūginis bandymas rodo, kad savasis dažnis padidėjo iki 42 Hz (42% virš darbinio greičio). Vibracija sumažėja iki 2,5 mm/s be jokios balansavimo korekcijos - tai patvirtina, kad pagrindinė priežastis buvo rezonansas, o ne disbalansas.

2 atvejis: ventiliatoriaus fondo rezonansas

Problema: Ant plieninio karkaso pamato esantis didelis indukcinės traukos ventiliatorius veikia 990 apsukų per minutę (16,5 Hz) dažniu. Pamato vibracijos, esant 1× aps/min, yra 8 mm/s, o paties ventiliatoriaus guolio korpuso vibracijos yra tik 2 mm/s.

Tyrimas: Tai, kad pamatas vibruoja labiau nei šaltinis (ventiliatorius), yra klasikinis rezonanso rodiklis. Atlikus smūginį bandymą paaiškėjo, kad pamato šoninis savasis dažnis yra 17,2 Hz, t. y. neviršija 4% darbinio greičio.

Sprendimas: Svarstytos dvi galimybės: 1) padidinti pamatų masę (sumažinti fn) arba (2) padidinti standumą (padidinti fn). Prie pamatų rėmo pridedami skersiniai sutvirtinimai, padidinantys fn iki 24 Hz. Pamatų vibracija sumažėja iki 1,8 mm/s.

3 atvejis: vamzdynų rezonansas siurblio BPF

Problema: Vamzdyne, prijungtame prie 5 menčių išcentrinio siurblio, dirbančio 1480 aps/min. greičiu, pastebima stipri 123 Hz vibracija (= 5 × 24,7 Hz, menčių praleidimo dažnis). Vamzdžių spaustuvai atsilaisvina, o suvirintose atramose atsiranda nuovargio įtrūkimų.

Tyrimas: Atlikus smūginį bandymą paveiktame vamzdžio ruože nustatytas 120 Hz savasis dažnis - beveik lygiai toks pat, kaip siurblio menčių praleidimo dažnis (5 × aps/min = 123 Hz).

Sprendimas: Vidurinėje tarpatramio dalyje sumontuota papildoma vamzdžio atrama, dėl kurios tarpatramio savasis dažnis padidėja iki 185 Hz. Kai kuriuose įrenginiuose taip pat gali būti veiksminga vamzdžio antinoduose pridėti sureguliuotą vibracijos slopintuvą (dinaminį slopintuvą). Pridėjus atramą, vamzdyno vibracija sumažėja 85%.

Rezonanso problemų išvengimo strategijos

Rezonanso problemą geriausia spręsti projektavimo metu, tačiau ją galima ištaisyti ir lauke. Yra trys pagrindinės strategijos:

1. Detune - Pakeiskite natūralųjį dažnį

Nuosavąjį dažnį atitolinkite nuo sužadinimo dažnio. Reikalaukite minimalios atskyrimo atsargos (paprastai 20-30%). Galimi variantai:

  • Padidinkite standumą: Įdėkite sutvirtinimus, standiklius, tarpiklius, storesnes plokštes arba betono užpildą. Tai padidina fn. Dažniausiai taisomos konstrukcijos, kurios rezonuoja žemiau darbinio greičio.
  • Pridėti masės: Pritvirtinkite papildomą masę (plienines plokštes, betoną). Tai sumažina fn. Naudojama, kai savasis dažnis yra šiek tiek didesnis už sužadinimo dažnį ir jį lengviau perkelti žemiau.
  • Pakeiskite guolio standumą: Keičiant kritinį veleno greitį, keičiant guolio laisvumą, išankstinę apkrovą arba tipą, gali pasikeisti kritinis greitis. Tvirtesni guoliai didina kritinę reikšmę, o minkštesni - mažina.
  • Pakeiskite veleno geometriją: Lenkimo kritinių verčių atveju, didinant veleno skersmenį, didėja kritinis greitis (standumas didėja greičiau nei masė). Trumpinant guolių tarpą taip pat didėja kritinė vertė.

2. Damp - sumažinti amplitudę rezonanso metu

Jei savojo dažnio negalima atitolinti nuo sužadinimo, pridėkite slopinimo, kad apribotumėte rezonanso amplitudę. Galimi šie variantai:

  • Apriboto sluoksnio slopinimas: Viskoelastinė medžiaga, įterpta tarp konstrukcinių plokščių - labai veiksminga plokščių ir korpusų rezonansams mažinti
  • Klampos slopintuvai: "Squeeze-film" arba klampūs "dashpot" amortizatoriai, paprastai naudojami turbininių mašinų guolių atramose.
  • Sureguliuoti vibracijos slopintuvai: Prie vibruojančios konstrukcijos pritvirtinta masės ir spyruoklių sistema, suderinta su probleminiu dažniu. Absorberis vibruoja antifaziškai, panaikindamas konstrukcijos judėjimą tiksliniu dažniu.
  • Varžtiniai sujungimai: Didėjant varžtinių jungčių skaičiui (palyginti su suvirintomis), atsiranda trinties slopinimas dėl mikroslydimo jungčių sandūrose.

3. Sumažinkite sužadinimo jėgą

Jei nėra galimybių nei detuninguoti, nei slopinti, sumažinkite priverstinį dydį:

  • Geresnis balansavimas: Sumažinkite 1× sužadinimą balansuodami į griežtesnį G klasės - net jei nėra rezonanso, tai sumažina jėgą, kuria galima sužadinti bet kokį rezonansą.
  • Tikslus derinimas: Sumažinti 2× sužadinimą dėl nesuderinimo
  • Greičio keitimas: Jei mašina valdoma VFD, neįtraukite rezonansinio greičio į darbinį diapazoną arba užprogramuokite greitą perėjimą per rezonansinę juostą.
  • Isolation: Sumontuokite vibroizolatorius, kad sužadinimas nepasiektų rezonansinės konstrukcijos.
20% nykščio taisyklė

Praktiškai siekite, kad tarp bet kurio savojo dažnio ir bet kurio reikšmingo sužadinimo dažnio būtų bent 20% atstumas. Kritinėms reikmėms (elektros energijos gamybai, jūroje, kosminėje erdvėje) pageidautina 30% ar daugiau. Tai taikytina ne tik 1× sūkių dažniui, bet ir 2× (nesutapimas), menčių ir (arba) lėkščių praleidimo dažniams, krumpliaračių tinklelio dažniams ir bet kokiam kitam periodiniam sužadinimui. Išsami rezonanso išvengimo analizė palygina visi sužadinimo dažniai prieš visi sistemos savieji dažniai.

Supratimas apie savąjį dažnį ir jo pavojingą ryšį su rezonansu yra esminis vibracijos analizės ir mašinų patikimumo inžinerijos praktikoje. Kiekvienas vibracijos analitikas turėtų būti kompetentingas nustatyti natūraliuosius dažnius atlikdamas bandymus, aiškinti jų ryšį su eksploatavimo sąlygomis ir rekomenduoti atitinkamus taisomuosius veiksmus, kai nustatoma, kad rezonansas prisideda prie vibracijos problemos.

← Grįžti į žodyno rodyklę