Forstå stivhet

1. Definisjon: Hva er stivhet?

Stivhet er en grunnleggende fysisk egenskap som beskriver i hvilken grad et objekt eller en struktur motstår deformasjon eller avbøyning som respons på en påført kraft. I sammenheng med vibrasjonsanalyse, stivhet (ofte betegnet med bokstaven 'k') er en av de tre nøkkelegenskapene, sammen med masse (m) og demping (c), som styrer vibrasjonsoppførselen til ethvert mekanisk system.

En komponent med høy stivhet vil avbøyes svært lite under en gitt belastning, mens en komponent med lav stivhet vil avbøyes betydelig. For eksempel har en tykk, kort stålstang høy stivhet, mens en lang, tynn gummistrikk har svært lav stivhet.

2. Stivhetens kritiske rolle i vibrasjon

Stivheten til et system er en primær faktor for å bestemme dets naturlige frekvenserDen naturlige frekvensen er frekvensen et system vil oscillere med hvis det forstyrres og deretter får vibrere fritt. Forholdet er definert av den grunnleggende formelen:

Naturfrekvens (ωn) ≈ √(k / m)

Der 'k' er stivheten og 'm' er massen. Dette forholdet viser at:

• Økende stivhet vilje øke den naturlige frekvensen.
• Minkende stivhet vilje reduksjon den naturlige frekvensen.
• Økende masse vilje reduksjon den naturlige frekvensen.

3. Stivhet og resonans

Dette forholdet er kritisk viktig på grunn av fenomenet med resonansResonans oppstår når en forserende frekvens (som løpehastighet (av en maskin) samsvarer med en av systemets naturlige frekvenser. Når dette skjer, forsterkes vibrasjonsamplituden dramatisk, noe som ofte fører til for tidlig slitasje og katastrofal svikt.

Å forstå stivhet er derfor viktig for å diagnostisere og løse resonansproblemer:

• Problemdiagnose: Hvis en maskin er i resonans, vet analytikeren at tvangsfrekvensen er for nær en naturlig frekvens.
• Løsningsdesign: For å løse problemet må analytikeren endre systemets egenfrekvens. Siden det ofte er vanskelig å endre massen til en maskin eller tvangsfrekvensen (dens kjørehastighet), er den vanligste løsningen å endre stivheten. Ved å legge til avstivere, kiler eller forbedre maskinens fundament, økes systemets stivhet. Dette øker egenfrekvensen, flytter den bort fra tvangsfrekvensen og eliminerer resonanstilstanden. A Frekvensresponsfunksjon (FRF) Måling brukes til å bekrefte endringen i naturlig frekvens.

4. Stivhet i maskindiagnostikk

Endringer i stivhet kan også være en direkte indikator på en utviklende forkastning:

• Løshet: En løs monteringsbolt eller en sprekk som utvikler seg i en maskins ramme eller fundament representerer et betydelig tap av lokal stivhet. Dette vil føre til at maskinens vibrasjonsamplitude øker. I FFT-spektrum, mekanisk løshet genererer ofte en rekke harmoniske (1X, 2X, 3X osv.) av løpehastigheten.
• Myk fot: Denne tilstanden, der en maskinfot ikke sitter flatt på basen, skaper en forvrengt og ikke-lineær stivhetsprofil, noe som kan føre til høy vibrasjon og gjøre justering vanskelig.
• Lagerslitasje: Etter hvert som et lager slites, øker klaringen mellom rulleelementene og ringene. Dette kan sees på som en reduksjon i den totale stivheten til rotorstøttesystemet, noe som kan senke rotorens kritiske hastigheter.

← Tilbake til hovedindeksen