Stijfheid begrijpen

1. Definitie: Wat is stijfheid?

Stijfheid is een fundamentele fysische eigenschap die de mate beschrijft waarin een object of structuur weerstand biedt aan vervorming of afbuiging als reactie op een toegepaste kracht. In de context van trillingsanalyse, stijfheid (vaak aangeduid met de letter 'k') is een van de drie belangrijkste eigenschappen, samen met massa (m) en demping (c) die het trillingsgedrag van elk mechanisch systeem bepalen.

Een onderdeel met een hoge stijfheid zal onder een bepaalde belasting zeer weinig doorbuigen, terwijl een onderdeel met een lage stijfheid aanzienlijk zal doorbuigen. Een dikke, korte stalen staaf heeft bijvoorbeeld een hoge stijfheid, terwijl een lange, dunne rubberen band een zeer lage stijfheid heeft.

2. De cruciale rol van stijfheid bij trillingen

De stijfheid van een systeem is een primaire factor bij het bepalen van de stijfheid ervan. natuurlijke frequentiesDe natuurlijke frequentie is de frequentie waarmee een systeem zal oscilleren als het wordt verstoord en vervolgens weer vrij mag trillen. De relatie wordt gedefinieerd door de basisformule:

Natuurlijke frequentie (ωn) ≈ √(k/m)

Waarbij 'k' de stijfheid is en 'm' de massa. Deze relatie laat zien dat:

• Toenemende stijfheid zullen toename de natuurlijke frequentie.
• Afnemende stijfheid zullen afname de natuurlijke frequentie.
• Toenemende massa zullen afname de natuurlijke frequentie.

3. Stijfheid en resonantie

Deze relatie is van cruciaal belang vanwege het fenomeen van resonantieResonantie treedt op wanneer een dwingende frequentie (zoals de loopsnelheid van een machine) overeenkomt met een van de eigenfrequenties van het systeem. Wanneer dit gebeurt, wordt de trillingsamplitude aanzienlijk versterkt, wat vaak leidt tot voortijdige slijtage en catastrofale storingen.

Inzicht in stijfheid is daarom essentieel voor het diagnosticeren en oplossen van resonantieproblemen:

• Probleemdiagnose: Als een machine in resonantie is, weet de analist dat de dwingende frequentie te dicht bij de natuurlijke frequentie ligt.
• Oplossingsontwerp: Om het probleem op te lossen, moet de analist de eigenfrequentie van het systeem wijzigen. Omdat het vaak moeilijk is om de massa van een machine of de forcerende frequentie (de loopsnelheid) te veranderen, is de meest voorkomende oplossing het veranderen van de stijfheid. Door schoren, hoekplaten toe te voegen of de fundering van de machine te verbeteren, wordt de stijfheid van het systeem verhoogd. Dit verhoogt de eigenfrequentie, waardoor deze verder van de forcerende frequentie komt te liggen en de resonantie verdwijnt. Frequentieresponsfunctie (FRF) Meting wordt gebruikt om de verandering in de natuurlijke frequentie te bevestigen.

4. Stijfheid in machinediagnostiek

Veranderingen in stijfheid kunnen ook een directe indicator zijn van een zich ontwikkelende afwijking:

• Losheid: Een losse bevestigingsbout of een scheur in het frame of de fundering van een machine betekent een aanzienlijk verlies aan lokale stijfheid. Dit zal leiden tot een toename van de trillingsamplitude van de machine. FFT-spectrummechanische losheid genereert vaak een reeks van harmonischen (1X, 2X, 3X, etc.) van de loopsnelheid.
• Zachte voet: Deze situatie, waarbij de voet van een machine niet plat op de basis rust, zorgt voor een vervormd en niet-lineair stijfheidsprofiel. Dit kan leiden tot sterke trillingen en kan uitlijning bemoeilijken.
• Lagerslijtage: Naarmate een lager slijt, neemt de speling tussen de rollichamen en de loopringen toe. Dit kan worden gezien als een afname van de algehele stijfheid van het rotorondersteuningssysteem, wat de kritische snelheden van de rotor kan verlagen.

← Terug naar hoofdindex