Forstå tvungen vibrasjon
Definisjon: Hva er tvungen vibrasjon?
Tvungen vibrasjon er oscillerende bevegelse forårsaket av en ekstern periodisk kraft som påføres et mekanisk system. Vibrasjonen oppstår ved frekvensen til den påførte kraften (kraftfrekvensen), og amplituden er proporsjonal med størrelsen på kraftfunksjonen og omvendt proporsjonal med systemets motstand mot bevegelse ved den frekvensen. De fleste vibrasjon i roterende maskineri er tvungen vibrasjon, med vanlige tvingende kilder inkludert ubalanse (roterende sentrifugalkraft), feiljustering (koblingskrefter) og aerodynamiske/hydrauliske pulsasjoner.
Tvungen vibrasjon er fundamentalt forskjellig fra selveksitert vibrasjon (der systemet genererer sin egen vedvarende oscillasjon) og fri vibrasjon (forbigående respons etter impuls). Det er viktig å forstå prinsippene for tvungen vibrasjon fordi det forklarer hvordan vibrasjonsamplitude forholder seg til feilalvorlighetsgrad og hvordan vibrasjon kan kontrolleres ved å redusere tvinging eller endre systemrespons.
Kjennetegn ved tvungen vibrasjon
Frekvenstilpasning
- Vibrasjonsfrekvens er lik tvangsfrekvens
- Hvis tvinging ved 30 Hz, vibrasjon ved 30 Hz
- I motsetning til selveksitert vibrasjon som oppstår med naturlig frekvens
- Forutsigbar frekvens basert på påvirkningskilde
Amplitudeproporsjonalitet
- Vibrasjonsamplitude proporsjonal med kraftstørrelsen
- Dobbel kraft → dobbel vibrasjon (lineært system)
- Fjern tvang → vibrasjonsstopp
- Kontrollerbar gjennom kraftreduksjon
Faseforhold
- Bestemt fase forholdet mellom kraft og respons
- Fase avhenger av frekvens i forhold til egenfrekvens
- Under resonans: vibrasjon i fase med kraften
- Ved resonans: 90° faseforsinkelse
- Over resonans: 180° faseforsinkelse
Stabilitet
- Systemet er stabilt – vibrasjonsbegrenset
- Vokser ikke uten grenser
- Amplitude begrenset av tvang og systemrespons
- Kontraster med ustabil selveksitert vibrasjon
Vanlige tvangsfunksjoner i maskiner
1. Ubalanse (1× Tvang)
- Makt: Roterende sentrifugalkraft fra masseeksentrisitet
- Hyppighet: En gang per omdreining (1× akselhastighet)
- Størrelsesorden: F = m × r × ω² (proporsjonal med hastighet i kvadrat)
- Vanligst: Primær vibrasjonskilde i de fleste roterende utstyr
2. Skjev justering (2× tvangsjustering)
- Makt: Koblingskrefter fra vinkel-/parallellforskyvning
- Hyppighet: To ganger per omdreining (2× akselhastighet)
- Karakteristisk: Høy aksial komponent
3. Aerodynamisk/hydraulisk (blad-/vingepassering)
- Makt: Trykkpulsasjoner fra blad-stator-interaksjon
- Hyppighet: Antall kniver × akselhastighet
- Eksempler: Vifter, pumper, kompressorer
4. Girnettkrefter
- Makt: Tanninngrep som skaper periodisk belastning
- Hyppighet: Antall tenner × akselhastighet
- Størrelsesorden: Relatert til overført dreiemoment og tannkvalitet
5. Elektromagnetiske krefter
- Makt: Magnetiske feltpulseringer i motorer/generatorer
- Hyppighet: 2× linjefrekvens (120/100 Hz)
- Selvstendig: Av mekanisk hastighet (asynkron tvang)
Respons på tvangspåvirkning: Systematferd
Under naturlig frekvens (stivhetskontrollert)
- Vibrasjonsamplitude ≈ Kraft / Stivhet
- Respons i fase med forsering
- Amplituden øker med hastighet for hastighetsavhengige krefter
- Typisk driftsområde for de fleste stive rotorer
Ved naturlig frekvens (resonans)
- Vibrasjonsamplitude ≈ Kraft / (Demping × Naturfrekvens)
- Amplitude forsterket av Q-faktor (typisk 10–50×)
- 90° faseforsinkelse
- Små krefter skaper store vibrasjoner
- Demping er bare begrensende faktor
Over naturlig frekvens (massekontrollert)
- Vibrasjonsamplitude ≈ Kraft / (Masse × Frekvens²)
- 180° faseforsinkelse (vibrasjon motsatt kraftretning)
- Amplituden avtar med økende frekvens
- Driftsområde for fleksible rotorer over kritiske hastigheter
Tvungen vibrasjon vs. andre typer
Tvungen vs. fri vibrasjon
- Tvunget: Kontinuerlig tvinging, vibrasjon vedvarende, ved tvingingsfrekvens
- Gratis: Impulsrespons, vibrasjon avtar, ved naturlig frekvens
- Eksempel: Bumptest produserer fri vibrasjon; løpemaskin produserer tvungen vibrasjon
Tvungen vs. selvopphisset vibrasjon
- Tvunget: Ekstern kraft, amplitude proporsjonal med kraften, stabil
- Selvopprømt: Intern energikilde, amplitude begrenset av ikke-linearitet, ustabil
- Eksempler: Ubalanse er tvunget frem; oljevirvel er selvopprømt
Kontroll og avbøtende tiltak
Reduser tvang
- Balansering: Reduserer ubalansepåvirkning direkte
- Innretting: Reduserer feiljusteringskrefter
- Reparasjonsfeil: Løs mekaniske problemer som skaper krefter
- Mest effektiv: Eliminer eller minimer påvirkningskilden
Endre systemrespons
- Endre stivhet: Flytt naturlige frekvenser bort fra å tvinge frekvenser
- Legg til demping: Reduser resonansforsterkning
- Endre masse: Endre naturlige frekvenser
- Isolering: Reduser kraftoverføring til konstruksjonen
Unngå resonans
- Sørg for at forseringsfrekvensene ikke samsvarer med naturlige frekvenser
- Separasjonsmargin vanligvis ±20–30%
- Designfaseanalyse for å verifisere
- Fartsgrenser hvis resonans er uunngåelig
Praktisk betydning
Mesteparten av maskinvibrasjonene er tvunget
- Ubalanse, feiljustering, girinngrep – alt tvungen vibrasjon
- Forutsigbar og kontrollerbar gjennom tvangsreduksjon
- Standard vedlikeholdstiltak (balansering, justering) adresserer tvingende
Diagnostisk tilnærming
- Identifiser tvangsfrekvens fra spekteret
- Match med kjente kraftkilder (1×, 2×, girnett osv.)
- Diagnostiser tvangskilden
- Reduser tvangspåføring gjennom riktig vedlikehold
Tvungen vibrasjon er den grunnleggende vibrasjonstypen i roterende maskineri, og oppstår fra eksterne periodiske krefter som virker på systemet. Å forstå prinsippene for tvungen vibrasjon – frekvenstilpasning, amplitudeproporsjonalitet og responsegenskaper – muliggjør riktig diagnose av vibrasjonskilder, passende korrigerende tiltak (redusere tvinging eller endre respons) og designstrategier som minimerer vibrasjon gjennom reduksjon av tvinging og unngåelse av resonans.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 