Mengimbangi Objek Linear dan Bukan Linear

Getaran Linear dan Bukan Linear, Ciri-cirinya dan Kaedah Pengimbangan

Mekanisme berputar mengelilingi kami di mana-mana - daripada kipas kecil dalam komputer hingga turbin gergasi di loji kuasa. Operasi yang boleh dipercayai dan cekap secara langsung bergantung pada pengimbangan - proses menghapuskan ketidakseimbangan jisim yang membawa kepada getaran yang tidak diingini. Getaran, seterusnya, bukan sahaja mengurangkan prestasi dan jangka hayat peralatan tetapi juga boleh menyebabkan kemalangan dan kecederaan yang serius. Oleh itu, pengimbangan adalah prosedur penting dalam pengeluaran, operasi, dan penyelenggaraan peralatan berputar.

Pengimbangan yang berjaya memerlukan pemahaman bagaimana objek bertindak balas terhadap penambahan atau penyingkiran jisim. Dalam konteks ini, konsep objek linear dan bukan linear memainkan peranan penting. Memahami sama ada objek adalah linear atau bukan linear membolehkan pemilihan strategi pengimbangan yang betul dan membantu mencapai hasil yang diinginkan.

Objek linear memegang tempat yang istimewa dalam bidang ini kerana kebolehramalan dan kestabilannya. Mereka membenarkan penggunaan kaedah diagnostik dan pengimbangan yang mudah dan boleh dipercayai, menjadikan kajian mereka sebagai langkah penting dalam diagnostik getaran.

Apakah Objek Linear?

Objek linear ialah sistem di mana getaran adalah berkadar terus dengan magnitud ketidakseimbangan.

Objek linear, dalam konteks pengimbangan, ialah model ideal yang dicirikan oleh hubungan berkadar langsung antara magnitud ketidakseimbangan (jisim tidak seimbang) dan amplitud getaran. Ini bermakna jika ketidakseimbangan digandakan, amplitud getaran juga akan berganda, dengan syarat kelajuan putaran pemutar kekal malar. Sebaliknya, mengurangkan ketidakseimbangan akan mengurangkan getaran secara berkadar.

Tidak seperti sistem tak linear, di mana tingkah laku objek mungkin berbeza-beza bergantung pada banyak faktor, objek linear membenarkan tahap ketepatan yang tinggi dengan usaha yang minimum.

Selain itu, ia berfungsi sebagai asas untuk latihan dan latihan untuk pengimbang. Memahami prinsip objek linear membantu membangunkan kemahiran yang kemudiannya boleh digunakan pada sistem yang lebih kompleks.

Perwakilan Grafik Lineariti

Bayangkan graf di mana paksi mendatar mewakili magnitud jisim tidak seimbang (ketidakseimbangan), dan paksi menegak mewakili amplitud getaran. Untuk objek linear, graf ini akan menjadi garis lurus yang melalui asalan (titik di mana kedua-dua magnitud ketidakseimbangan dan amplitud getaran adalah sifar). Kecerunan garisan ini mencirikan kepekaan objek terhadap ketidakseimbangan: semakin curam cerun, semakin besar getaran untuk ketidakseimbangan yang sama.

Graf 1: Hubungan Antara Amplitud Getaran (µm) dan Jisim Tidak Seimbang (g)

Graf 1 menggambarkan hubungan antara amplitud getaran (µm) objek pengimbangan linear dan jisim tidak seimbang (g) pemutar. Pekali perkadaran ialah 0.5 µm/g. Hanya membahagikan 300 dengan 600 memberikan 0.5 µm/g. Untuk jisim tidak seimbang 800 g (UM=800 g), getaran akan menjadi 800 g * 0.5 µm/g = 400 µm. Ambil perhatian bahawa ini terpakai pada kelajuan pemutar tetap. Pada kelajuan putaran yang berbeza, pekali akan berbeza.

Pekali perkadaran ini dipanggil pekali pengaruh (pekali sensitiviti) dan mempunyai dimensi µm/g atau, dalam kes yang melibatkan ketidakseimbangan, µm/(g*mm), di mana (g*mm) ialah unit ketidakseimbangan. Mengetahui pekali pengaruh (IC), juga boleh menyelesaikan masalah songsang, iaitu, menentukan jisim tidak seimbang (UM) berdasarkan magnitud getaran. Untuk melakukan ini, bahagikan amplitud getaran dengan IC.

Contohnya, jika getaran yang diukur ialah 300 µm dan pekali yang diketahui ialah IC=0.5 µm/g, bahagikan 300 dengan 0.5 untuk mendapatkan 600 g (UM=600 g).

Pekali Pengaruh (IC): Parameter Utama Objek Linear

Ciri kritikal objek linear ialah pekali pengaruh (IC). Ia secara berangka sama dengan tangen sudut cerun garisan pada graf getaran berbanding ketidakseimbangan dan menunjukkan berapa banyak perubahan amplitud getaran (dalam mikron, µm) apabila unit jisim (dalam gram, g) ditambah dalam satah pembetulan tertentu pada kelajuan pemutar tertentu. Dengan kata lain, IC ialah ukuran sensitiviti objek terhadap ketidakseimbangan. Unit ukurannya ialah µm/g, atau, apabila ketidakseimbangan dinyatakan sebagai hasil darab jisim dan jejari, µm/(g*mm).

IC pada asasnya ialah ciri "pasport" objek linear, membolehkan ramalan kelakuannya apabila jisim ditambah atau dikeluarkan. Mengetahui IC membolehkan menyelesaikan kedua-dua masalah langsung - menentukan magnitud getaran untuk ketidakseimbangan tertentu - dan masalah songsang - mengira magnitud ketidakseimbangan daripada getaran yang diukur.

Masalah Langsung:

• Amplitud Getaran (µm) = IC (µm/g) * Jisim Tidak Seimbang (g)

Masalah songsang:

• Jisim Tidak Seimbang (g) = Amplitud Getaran (µm) / IC (µm/g)

Fasa Getaran dalam Objek Linear

Sebagai tambahan kepada amplitud, getaran juga dicirikan oleh fasanya, yang menunjukkan kedudukan pemutar pada saat sisihan maksimum dari kedudukan keseimbangannya. Untuk objek linear, fasa getaran juga boleh diramal. Ia adalah hasil tambah dua sudut:

1. Sudut yang menentukan kedudukan jisim tidak seimbang keseluruhan rotor. Sudut ini menunjukkan arah di mana ketidakseimbangan utama tertumpu.
2. Hujah pekali pengaruh. Ini ialah sudut malar yang mencirikan sifat dinamik objek dan tidak bergantung pada magnitud atau sudut pemasangan jisim yang tidak seimbang.

Oleh itu, dengan mengetahui hujah IC dan mengukur fasa getaran, adalah mungkin untuk menentukan sudut pemasangan jisim yang tidak seimbang. Ini membolehkan bukan sahaja pengiraan magnitud jisim pembetulan tetapi juga penempatannya yang tepat pada pemutar untuk mencapai keseimbangan optimum.

Mengimbangi Objek Linear

Adalah penting untuk diperhatikan bahawa untuk objek linear, pekali pengaruh (IC) yang ditentukan dengan cara ini tidak bergantung pada magnitud atau sudut pemasangan jisim percubaan, mahupun pada getaran awal. Ini adalah ciri utama lineariti. Jika IC kekal tidak berubah apabila parameter jisim percubaan atau getaran awal diubah, ia boleh dengan yakin menegaskan bahawa objek berkelakuan secara linear dalam julat ketidakseimbangan yang dipertimbangkan.

Langkah-langkah untuk Mengimbangi Objek Linear

1. Mengukur Getaran Awal:
   Langkah pertama ialah mengukur getaran dalam keadaan awalnya. Amplitud dan sudut getaran, yang menunjukkan arah ketidakseimbangan, ditentukan.
2. Memasang Massa Percubaan:
   Jisim berat yang diketahui dipasang pada pemutar. Ini membantu memahami cara objek bertindak balas terhadap beban tambahan dan membolehkan parameter getaran dikira.
3. Mengukur semula Getaran:
   Selepas memasang jisim percubaan, parameter getaran baharu diukur. Dengan membandingkannya dengan nilai awal, adalah mungkin untuk menentukan bagaimana jisim mempengaruhi sistem.
4. Mengira Jisim Pembetulan:
   Berdasarkan data ukuran, jisim dan sudut pemasangan berat pembetulan ditentukan. Berat ini diletakkan pada rotor untuk menghapuskan ketidakseimbangan.
5. Pengesahan Akhir:
   Selepas memasang berat pembetulan, getaran harus dikurangkan dengan ketara. Jika sisa getaran masih melebihi tahap yang boleh diterima, prosedur boleh diulang.

Objek linear berfungsi sebagai model ideal untuk mengkaji dan menggunakan kaedah pengimbangan secara praktikal. Sifat mereka membolehkan jurutera dan pakar diagnostik menumpukan pada membangunkan kemahiran asas dan memahami prinsip asas bekerja dengan sistem rotor. Walaupun aplikasinya dalam amalan sebenar adalah terhad, kajian objek linear kekal sebagai langkah penting dalam memajukan diagnostik dan pengimbangan getaran.

Objek ini membentuk asas untuk membangunkan kaedah dan alatan yang kemudiannya disesuaikan untuk bekerja dengan sistem yang lebih kompleks, termasuk objek bukan linear. Akhirnya, memahami operasi objek linear membantu memastikan prestasi peralatan yang stabil dan boleh dipercayai, meminimumkan getaran dan memanjangkan hayat perkhidmatannya.

Peranti

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,361.76

bahagian

Vibration sensor

$107.62

bahagian

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.28

Peranti

Balanset-4

$8,135.23

bahagian

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$55.01

bahagian

Reflective tape

$11.96

Peranti

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,074.77

Objek Bukan Linear: Apabila Teori Mencapah daripada Amalan

Apakah Objek Bukan Linear?

Objek tak linear ialah sistem di mana amplitud getaran tidak berkadar dengan magnitud ketidakseimbangan. Tidak seperti objek linear, di mana hubungan antara getaran dan jisim ketidakseimbangan diwakili oleh garis lurus, dalam sistem bukan linear hubungan ini boleh mengikuti trajektori yang kompleks.

Dalam dunia nyata, tidak semua objek berkelakuan secara linear. Objek tak linear mempamerkan hubungan antara ketidakseimbangan dan getaran yang tidak berkadar terus. Ini bermakna pekali pengaruh tidak tetap dan mungkin berbeza bergantung pada beberapa faktor, seperti:

• Magnitud ketidakseimbangan: Meningkatkan ketidakseimbangan boleh mengubah kekakuan penyokong rotor, yang membawa kepada perubahan tak linear dalam getaran.
• Kelajuan Putaran: Fenomena resonans yang berbeza mungkin teruja pada kelajuan putaran yang berbeza-beza, juga mengakibatkan tingkah laku tak linear.
• Kehadiran Kekosongan dan Jurang: Kekosongan dan jurang dalam galas dan sambungan lain boleh menyebabkan perubahan mendadak dalam getaran dalam keadaan tertentu.
• Suhu: Perubahan suhu boleh menjejaskan sifat bahan dan, akibatnya, ciri getaran objek.
• Beban Luaran: Beban luar yang bertindak pada pemutar boleh mengubah ciri dinamiknya dan membawa kepada kelakuan tak linear.

Mengapa Objek Bukan Linear Mencabar?

Ketaklinieran memperkenalkan banyak pembolehubah ke dalam proses pengimbangan. Kerja yang berjaya dengan objek bukan linear memerlukan lebih banyak ukuran dan analisis yang lebih kompleks. Sebagai contoh, kaedah standard yang digunakan untuk objek linear tidak selalu menghasilkan keputusan yang tepat untuk sistem bukan linear. Ini memerlukan pemahaman yang lebih mendalam tentang fizik proses dan penggunaan kaedah diagnostik khusus.

Tanda-tanda Tidak Lineariti

Objek tak linear boleh dikenal pasti dengan tanda-tanda berikut:

• Perubahan getaran tidak berkadar: Apabila ketidakseimbangan meningkat, getaran mungkin berkembang lebih cepat atau lebih perlahan daripada yang dijangkakan untuk objek linear.
• Peralihan fasa dalam getaran: Fasa getaran mungkin berubah tanpa diduga dengan variasi ketidakseimbangan atau kelajuan putaran.
• Kehadiran harmonik dan subharmonik: Spektrum getaran mungkin mempamerkan harmonik yang lebih tinggi (berbilang frekuensi putaran) dan subharmonik (pecahan frekuensi putaran), menunjukkan kesan tak linear.
• Histeresis: Amplitud getaran mungkin bergantung bukan sahaja pada nilai semasa ketidakseimbangan tetapi juga pada sejarahnya. Contohnya, apabila ketidakseimbangan dinaikkan dan kemudian dikurangkan kembali kepada nilai asalnya, amplitud getaran mungkin tidak kembali ke tahap asalnya.

Ketaklinieran memperkenalkan banyak pembolehubah ke dalam proses pengimbangan. Lebih banyak ukuran dan analisis yang kompleks diperlukan untuk operasi yang berjaya. Sebagai contoh, kaedah standard yang digunakan untuk objek linear tidak selalu menghasilkan keputusan yang tepat untuk sistem bukan linear. Ini memerlukan pemahaman yang lebih mendalam tentang fizik proses dan penggunaan kaedah diagnostik khusus.

Perwakilan Grafik Ketaklinieran

Pada graf getaran berbanding ketidakseimbangan, ketaklinieran jelas dalam sisihan daripada garis lurus. Graf mungkin menampilkan lenturan, kelengkungan, gelung histerisis dan ciri lain yang menunjukkan hubungan kompleks antara ketidakseimbangan dan getaran.

Graf 2. Objek Tak Linear

50g; 40μm (kuning),
100g; 54.7μm (biru).

Objek ini mempamerkan dua segmen, dua garis lurus. Untuk ketidakseimbangan kurang daripada 50 gram, graf mencerminkan sifat objek linear, mengekalkan perkadaran antara ketidakseimbangan dalam gram dan amplitud getaran dalam mikron. Untuk ketidakseimbangan lebih daripada 50 gram, pertumbuhan amplitud getaran menjadi perlahan.

Contoh Objek Tak Linear

Contoh objek bukan linear dalam konteks pengimbangan termasuk:

• Rotor dengan retak: Keretakan dalam rotor boleh menyebabkan perubahan tak linear dalam kekakuan dan, akibatnya, hubungan tak linear antara getaran dan ketidakseimbangan.
• Rotor dengan kelegaan galas: Kelegaan dalam galas boleh menyebabkan perubahan mendadak dalam getaran dalam keadaan tertentu.
• Rotor dengan unsur elastik tak linear: Sesetengah elemen kenyal, seperti peredam getah, mungkin mempamerkan ciri tak linear, menjejaskan dinamik rotor.

Jenis Ketaklinearan

1. Ketidaklinieran Lembut-Kaku

Dalam sistem sedemikian, dua segmen diperhatikan: lembut dan kaku. Dalam segmen lembut, tingkah laku menyerupai lineariti, di mana amplitud getaran meningkat secara berkadar dengan jisim ketidakseimbangan. Walau bagaimanapun, selepas ambang tertentu (titik putus), sistem beralih kepada mod kaku, di mana pertumbuhan amplitud menjadi perlahan.

2. Ketaklinearan Anjal

Perubahan dalam kekakuan sokongan atau sentuhan dalam sistem menjadikan perhubungan ketidakseimbangan getaran menjadi kompleks. Sebagai contoh, getaran mungkin meningkat atau berkurangan secara tiba-tiba apabila melintasi ambang beban tertentu.

3. Ketaklinieran Teraruh Geseran

Dalam sistem dengan geseran ketara (cth, dalam galas), amplitud getaran mungkin tidak dapat diramalkan. Geseran boleh mengurangkan getaran dalam satu julat kelajuan dan menguatkannya dalam julat lain.

Mengimbangi Objek Bukan Linear: Tugas Kompleks dengan Penyelesaian Bukan Konvensional

Mengimbangi objek bukan linear ialah tugas mencabar yang memerlukan kaedah dan pendekatan khusus. Kaedah jisim percubaan standard, dibangunkan untuk objek linear, mungkin menghasilkan keputusan yang salah atau tidak boleh digunakan sepenuhnya.

Kaedah Pengimbangan untuk Objek Bukan Linear

• Pengimbangan langkah demi langkah:
  Kaedah ini melibatkan pengurangan ketidakseimbangan secara beransur-ansur dengan memasang pemberat pembetulan pada setiap peringkat. Selepas setiap peringkat, pengukuran getaran diambil, dan berat pembetulan baharu ditentukan berdasarkan keadaan semasa objek. Pendekatan ini mengambil kira perubahan dalam pekali pengaruh semasa proses pengimbangan.
• Mengimbangi pada pelbagai kelajuan:
  Kaedah ini menangani kesan fenomena resonans pada kelajuan putaran yang berbeza. Pengimbangan dilakukan pada beberapa kelajuan berhampiran resonans, membolehkan pengurangan getaran yang lebih seragam merentas keseluruhan julat kelajuan operasi.
• Menggunakan model matematik:
  Untuk objek tak linear yang kompleks, model matematik yang menerangkan dinamik rotor semasa mengambil kira kesan tak linear boleh digunakan. Model ini membantu meramalkan tingkah laku objek dalam pelbagai keadaan dan menentukan parameter pengimbangan optimum.

Pengalaman dan gerak hati seorang pakar memainkan peranan penting dalam mengimbangi objek tak linear. Pengimbang yang berpengalaman boleh mengenali tanda-tanda tidak linear, memilih kaedah yang sesuai dan menyesuaikannya dengan situasi tertentu. Menganalisis spektrum getaran, memerhati perubahan getaran kerana parameter operasi objek berbeza-beza, dan mempertimbangkan ciri reka bentuk rotor semuanya membantu dalam membuat keputusan yang betul dan mencapai hasil yang diinginkan.

Cara Mengimbangi Objek Bukan Linear Menggunakan Alat yang Direka untuk Objek Linear

Ini soalan yang bagus. Kaedah peribadi saya untuk mengimbangi objek sedemikian bermula dengan membaiki mekanisme: menggantikan galas, retak kimpalan, mengetatkan bolt, memeriksa sauh atau pengasing getaran, dan mengesahkan bahawa pemutar tidak bergesel dengan elemen struktur pegun.

Seterusnya, saya mengenal pasti frekuensi resonans, kerana mustahil untuk mengimbangi pemutar pada kelajuan yang hampir dengan resonans. Untuk melakukan ini, saya menggunakan kaedah hentaman untuk penentuan resonans atau graf pantai ke bawah rotor.

Kemudian, saya menentukan kedudukan sensor pada mekanisme: menegak, mendatar atau pada sudut.

Selepas percubaan dijalankan, peranti menunjukkan sudut dan berat beban pembetulan. Saya mengurangkan separuh berat beban pembetulan tetapi menggunakan sudut yang dicadangkan oleh peranti untuk penempatan rotor. Jika sisa getaran selepas pembetulan masih melebihi tahap yang boleh diterima, saya melakukan larian rotor yang lain. Sememangnya, ini memerlukan lebih banyak masa, tetapi hasilnya kadangkala memberi inspirasi.

Seni dan Sains Mengimbangi Peralatan Berputar

Mengimbangi peralatan berputar adalah proses kompleks yang menggabungkan unsur sains dan seni. Untuk objek linear, pengimbangan melibatkan pengiraan yang agak mudah dan kaedah standard. Walau bagaimanapun, bekerja dengan objek bukan linear memerlukan pemahaman mendalam tentang dinamik rotor, keupayaan untuk menganalisis isyarat getaran, dan kemahiran untuk memilih strategi pengimbangan yang paling berkesan.

Pengalaman, gerak hati, dan peningkatan kemahiran yang berterusan adalah perkara yang menjadikan pengimbang menguasai kemahiran mereka yang sebenar. Lagipun, kualiti pengimbangan bukan sahaja menentukan kecekapan dan kebolehpercayaan operasi peralatan tetapi juga memastikan keselamatan orang ramai.