Rezonanso supratimas mechaninėse sistemose

Apibrėžimas: Kas yra rezonansas?

Rezonansas yra fizikinis reiškinys, atsirandantis, kai sistema yra veikiama periodinės jėgos, kurios dažnis atitinka vieną iš jos pačios jėgų. natūralieji dažniaiKai įvyksta šis dažnio suderinimas, sistema pradeda vibruoti itin didelėmis amplitudėmis. Įvesties jėgos energija sistemai perduodama labai efektyviai, todėl vibracija smarkiai padidėja. Vienintelis veiksnys, ribojantis amplitudę rezonanso metu, yra sistemos slopinimas.

Ryšys tarp natūralaus dažnio ir rezonanso

Norint suprasti rezonansą, pirmiausia reikia suprasti natūralų dažnį. Kiekvienas fizinis objektas turi natūralių dažnių rinkinį, kuriuo jis vibruos, jei bus sutrikdytas. Juos lemia jo masė ir standumas. Rezonansas yra tai, kas vyksta, kai nuolat „stumiate“ objektą tokiu pačiu greičiu, kaip ir vienas iš jo natūralių dažnių.

Klasikinė analogija – vaiko stūmimas ant sūpynių:

• Sūpynės su jose esančiu vaiku turi specifinį natūralų dažnį, pagrįstą virvių ilgiu (standumu) ir vaiko mase.
• Jei sūpynę pastūmėsite vieną kartą, ji svyruos natūraliu dažniu ir galiausiai sustos dėl slopinimo (oro pasipriešinimo ir trinties).
• Jei stūmimo dažnis idealiai atitinka natūralų sūpynės dažnį, kiekvienas stūmimas prideda sistemai daugiau energijos, o sūpynės kyla vis aukščiau. Tai yra rezonansas.
• Jei spausite netinkamu dažniu (per greitai arba per lėtai), jūsų stūmimai nebus sinchronizuoti su sūpynės judesiu ir negalėsite sukurti didelės amplitudės.

Kodėl rezonansas yra mašinų problema?

Besisukančiose mašinose rezonansas yra labai žalinga ir pavojinga būsena. „Stūmimą“ sukuria bet kokia periodinė jėga, kurią sukuria mašinos veikimas, pvz., disbalansas, nesuderinamumas arba menčių judėjimo jėgos. Jei vienos iš šių jėgų dažnis sutampa su mašinos rotoriaus, pamato, atraminės konstrukcijos ar pritvirtintų vamzdynų natūraliu dažniu, pasekmės gali būti sunkios:

• Ekstremalus vibracijos lygis: Amplitudės gali būti sustiprintos 10, 50 ar net šimtus kartų, priklausomai nuo slopinimo kiekio.
• Dideli dinaminiai įtempiai: Dėl didelių įlinkimų komponentai patiria didžiulį įtempimą, dėl kurio greitai nusidėvi.
• Katastrofiškas gedimas: Dėl rezonanso per labai trumpą laiką gali įtrūkti velenai, sugesti guoliai, sutrūkinėti suvirinimo siūlės ir visiškai sugesti konstrukcija.
• Per didelis triukšmas: Aukšto lygio vibracijos spinduliuoja kaip garsus ir dažnai toninis triukšmas.

Rezonanso simptomai ir identifikavimas

Rezonansas turi labai aiškų simptomų rinkinį, kuris padeda diagnozuoti:

• Labai kryptinga vibracija: Vibracija paprastai yra daug didesnė viena kryptimi (pvz., horizontaliai) nei kitomis.
• Staigus vibracijos ir greičio skirtumas: Vibracija didelė tik labai siaurame greičio diapazone. Įrenginiui greitėjant arba lėtėjant virš šio taško, vibracija smarkiai sumažėja.
• 180 laipsnių fazės poslinkis: Mašinos greičiui kertant rezonansinį dažnį, vibracijos fazė pasislenka 180 laipsnių. Tai yra galutinis rezonanso patvirtinimas.
• Sunku subalansuoti: Bandymas subalansuoti rotorių, veikiantį rezonanso režimu, dažnai yra neveiksmingas arba netgi gali pabloginti problemą. Balanso korekcijos svareliai bus neįprastai dideli arba maži, o vibracija gali persikelti į kitą vietą.

Rezonansas patvirtinamas eksperimentiškai naudojant smūgio (arba smūgio) bandymas siekiant nustatyti struktūros natūralius dažnius arba atliekant įsibėgėjimo / lėtėjimo bandymas stebėti amplitudės ir fazės pokyčius, kai mašina praeina per įtariamą rezonansą.

Kaip išspręsti rezonanso problemą

Kadangi rezonansas yra dažnio atitikimo problema, sprendimas visada apima „stūmiklio“ arba „stūmiklio“ dažnio keitimą:

1. Keisti priverstinio dažnio nustatymą: Paprastai tai reiškia mašinos veikimo greičio keitimą. Tai paprasčiausias sprendimas, jei tai įmanoma.
2. Natūralaus dažnio keitimas: Tai yra labiausiai paplitęs sprendimas.
   • Į padidėjimas natūralus dažnis, jūs turite padidinti standumą rezonansinio komponento (pvz., pridedant įtvarą arba įdėklą).
   • Į sumažėjimas natūralus dažnis, galite arba sumažinti standumą arba pridėti masę prie komponento.
3. Pridėti slopinimą: Kai kuriais atvejais, kai dažnių pakeisti negalima, slopinimo pridėjimas (pvz., naudojant klampsiai elastingas medžiagas arba specializuotus slopintuvus) gali sumažinti rezonansinio piko amplitudę iki priimtino lygio.

← Atgal į pagrindinį rodyklę