Rezonanses izpratne mehāniskajās sistēmās

Definīcija: Kas ir rezonanse?

Rezonanse ir fiziska parādība, kas rodas, ja sistēma tiek pakļauta periodiskam spēkam ar frekvenci, kas atbilst vienai no tās pašas frekvencēm. dabiskās frekvencesKad notiek šī frekvenču saskaņošana, sistēma sāk vibrēt ar ārkārtīgi lielām amplitūdām. Enerģija no ieejas spēka tiek ļoti efektīvi pārnesta uz sistēmu, izraisot vibrācijas dramatisku palielināšanos. Vienīgais faktors, kas ierobežo amplitūdu rezonansē, ir sistēmas slāpēšana.

Saikne starp dabisko frekvenci un rezonansi

Lai izprastu rezonansi, vispirms ir jāsaprot dabiskā frekvence. Katram fiziskam objektam ir noteiktu dabisko frekvenču kopums, kurās tas vibrē, ja tiek traucēts. Tās nosaka tā masa un stingrība. Rezonanse notiek, kad objektu nepārtraukti "spiež" ar tādu pašu ātrumu kā vienu no tā dabiskajām frekvencēm.

Klasiska analoģija ir bērna stumšana šūpolēs:

• Šūpolēm, kurās atrodas bērns, ir noteikta dabiskā frekvence, kas atkarīga no virvju garuma (stingrības) un bērna masas.
• Ja šūpoles tiks viegli pastumtas, tās svārstīsies ar savu dabisko frekvenci un galu galā apstāsies slāpēšanas (gaisa pretestības un berzes) dēļ.
• Ja grūdienu laiku pielāgojat šūpoles dabiskajai frekvencei, katrs grūdiens sistēmai pievieno vairāk enerģijas, un šūpole kļūst arvien augstāka. Tā ir rezonanse.
• Ja spiežat nepareizā frekvencē (pārāk ātri vai pārāk lēni), jūsu grūdieni nebūs sinhronizēti ar šūpoles kustību, un jūs nevarēsiet sasniegt lielu amplitūdu.

Kāpēc rezonanse ir problēma mašīnās?

Rotējošās mašīnās rezonanse ir ļoti destruktīvs un bīstams stāvoklis. "Grūdienu" rada jebkurš periodisks spēks, ko rada mašīnas darbība, piemēram, nelīdzsvarotība, nobīde vai lāpstiņas pārejas spēki. Ja viena no šiem spēkiem frekvence sakrīt ar mašīnas rotora, pamatnes, atbalsta konstrukcijas vai pievienotās cauruļvadu dabiskās frekvences svārstībām, sekas var būt nopietnas:

• Ekstrēms vibrācijas līmenis: Amplitūdas var pastiprināt 10, 50 vai pat simtiem reižu atkarībā no slāpēšanas apjoma.
• Augstas dinamiskās slodzes: Lielās deformācijas rada milzīgu slodzi uz detaļām, kas noved pie ātra noguruma.
• Katastrofāla neveiksme: Rezonanse ļoti īsā laikā var izraisīt vārpstu plaisas, gultņu bojājumus, metinājumu šuvju bojājumus un pilnīgu konstrukcijas bojājumu.
• Pārmērīgs troksnis: Augstie vibrāciju līmeņi izstaro kā skaļu un bieži vien tonālu troksni.

Rezonanses simptomi un identificēšana

Rezonansei ir ļoti atšķirīgs simptomu kopums, kas palīdz to diagnosticēt:

• Ļoti virziena vibrācija: Vibrācija parasti ir daudz spēcīgāka vienā virzienā (piemēram, horizontāli) nekā citos.
• Straujš vibrācijas maksimums pret ātrumu: Vibrācija ir augsta tikai ļoti šaurā ātruma diapazonā. Mašīnai paātrinoties vai samazinoties pēc šī punkta, vibrācija ievērojami samazinās.
• 180 grādu fāzes nobīde: Mašīnas ātrumam pārsniedzot rezonanses frekvenci, vibrācijas fāze nobīdīsies par 180 grādiem. Tas ir nepārprotams rezonanses apstiprinājums.
• Grūti līdzsvarot: Mēģinājums līdzsvarot rotoru, kas darbojas rezonanses režīmā, bieži vien ir neefektīvs vai pat var pasliktināt problēmu. Balansēšanas korekcijas atsvari būs neparasti lieli vai mazi, un vibrācija var pārvietoties uz citu vietu.

Rezonanse tiek eksperimentāli apstiprināta, izmantojot trieciena (vai trieciena) tests lai identificētu struktūras dabiskās frekvences vai veicot ieskrējiena/ripas tests lai novērotu amplitūdas un fāzes izmaiņas, mašīnai šķērsojot iespējamo rezonansi.

Kā atrisināt rezonanses problēmu

Tā kā rezonanse ir frekvenču saskaņošanas problēma, risinājums vienmēr ietver vai nu "stūmēja", vai "stūmēja" frekvences maiņu:

1. Mainiet piespiedu frekvenci: Tas parasti nozīmē mainīt iekārtas darbības ātrumu. Šis ir vienkāršākais risinājums, ja tas ir iespējams.
2. Mainiet dabisko frekvenci: Šis ir visizplatītākais risinājums.
   • Uz pieaugums dabiskā frekvence, jums ir jābūt palielināt stingrību rezonanses komponentes (piemēram, pievienojot stiprinājumu vai ieliktni).
   • Uz samazinājums dabiskā frekvence, jūs varat vai nu samazināt stingrību vai pievienot masu uz komponentu.
3. Pievienot slāpēšanu: Dažos gadījumos, kad frekvences nevar mainīt, slāpēšanas pievienošana (piemēram, ar viskoelastīgiem materiāliem vai specializētiem slāpētājiem) var samazināt rezonanses pīķa amplitūdu līdz pieņemamam līmenim.

← Atpakaļ uz galveno indeksu