Wat is frameresonantie? Machinestructuurtrillingen • Draagbare balancer, trillingsanalysator "Balanset" voor het dynamisch balanceren van brekers, ventilatoren, mulchers, vijzels op maaidorsers, assen, centrifuges, turbines en vele andere rotoren. Wat is frameresonantie? Machinestructuurtrillingen • Draagbare balancer, trillingsanalysator "Balanset" voor het dynamisch balanceren van brekers, ventilatoren, mulchers, vijzels op maaidorsers, assen, centrifuges, turbines en vele andere rotoren.

Wat is frameresonantie? Trillingen in machinestructuren

Gepubliceerd door admin op

Frameresonantie begrijpen

Definitie: Wat is frameresonantie?

Frame resonantie is een specifiek type van structurele resonantie waar het eigen structurele frame, de behuizing, de omkasting of de omhulling van de machine trilt bij een van zijn natuurlijke frequenties als reactie op excitatie door de roterende componenten. In tegenstelling tot funderings- of voetstukresonanties waarbij de ondersteunende structuur betrokken is, heeft frameresonantie betrekking op de machine zelf: de gietijzeren of stalen constructie die de roterende elementen omhult.

Frameresonantie komt vaak voor bij machines met grote, relatief lichte behuizingen, zoals ventilatoren, blowers, pompen en motoren. Het manifesteert zich meestal in overmatig lawaai, zichtbare trillingen van afdekkingen of panelen en hoge trillingen metingen op het frame die niet in verhouding zijn tot de werkelijke trillingen van de rotor.

Veelvoorkomende situaties met frameresonantie

Motor- en generatorframes

  • Natuurlijke frequenties: Meestal 50-400 Hz, afhankelijk van de grootte en constructie
  • Opwinding: 1× (onbalans), 2× lijnfrequentie (120 Hz voor 60 Hz-motoren), elektromagnetische krachten
  • Symptomen: Frametrilling veel hoger dan lagertrilling; hoorbaar gezoem of gezoem
  • Ernst: Er kunnen 5-10x hogere trillingen op het frame zitten dan bij de lagers

Ventilator- en blowerbehuizingen

  • Natuurlijke frequenties: 20-200 Hz voor typische industriële ventilatoren
  • Opwinding: Doorlaatfrequentie van het blad (aantal bladen × toerental)
  • Symptomen: Behuizingspanelen trillen hevig; luid aerodynamisch geluid
  • Kenmerk: Kan alleen voorkomen bij specifieke snelheden of stromingsomstandigheden

Pompbehuizingen

  • Natuurlijke frequenties: 30-300 Hz, afhankelijk van het ontwerp van de behuizing
  • Opwinding: Vleugelpassagefrequentie, hydraulische pulsaties
  • Symptomen: Trillingen in de behuizing, geluid, kans op vermoeiingsscheuren
  • Hydraulische koppeling: Een met vloeistof gevulde behuizing kan trillingen tussen rotor en behuizing veroorzaken

Versnellingsbakbehuizingen

  • Excitatie van de tandwielfrequentie
  • Natuurlijke framefrequenties overlappen vaak met mesh-frequenties
  • Karakteristiek luid gejank bij resonantie

Trillingssignatuur en detectie

Kenmerkende symptomen

  • Locatieafhankelijk: Trillingen variëren sterk over het frameoppervlak (verschillen van 10× komen vaak voor)
  • Lager versus frame: Frame trillingen >> lager trillingen (kan 3-10× zijn)
  • Frequentiespecifiek: Alleen bij resonantiefrequentie; andere frequenties normaal
  • Snelheidsgevoelig: Ernstig in een smal snelheidsbereik (±10-20% van de resonantiesnelheid)
  • Visuele beweging: Kaderbeweging vaak zichtbaar met het blote oog

Diagnostische tests

Impact (stoot)test

  • Sla op het frame met een rubberen hamer of een hamer met instrumenten
  • Meet de respons met versnellingsmeter
  • Identificeer de natuurlijke frequenties van het frame op basis van pieken in de frequentierespons
  • Vergelijk met bedrijfsfrequenties (1×, 2×, bladpassage, enz.)

Roving Accelerometer Survey

  • Meet trillingen op meerdere punten in het frame tijdens het gebruik
  • Maak een trillingskaart met de hoge en lage gebieden
  • Het patroon laat de vorm van de mode zien (buigen, draaien, buigen van het paneel)
  • Identificeert buiken (maximale beweging) en knopen (minimale beweging)

Meting van de overdrachtsfunctie

  • Meet de samenhang tussen lagertrilling (invoer) en frametrilling (uitvoer)
  • Hoge coherentie bij een specifieke frequentie bevestigt resonantie
  • Overdrachtsfunctie toont versterkingsfactor

Oplossingen en mitigatie

Verstijvingswijzigingen

Voeg structurele ribben of hoekstukken toe

  • Verhoog de buigstijfheid van het frame
  • Verhoogt natuurlijke frequenties boven het excitatiebereik
  • Relatief zuinig en effectief
  • Kan achteraf worden gemonteerd op bestaande apparatuur

Verhoog de materiaaldikte

  • Verdik framewanden of panelen
  • Verhoogt de stijfheid en frequentie aanzienlijk
  • Kan een ontwerpwijziging en nieuwe gietstukken/fabricages vereisen

Structurele verbindingen en verstevigingen

  • Verbind de tegenoverliggende zijden van het frame om doorbuigen te voorkomen
  • Kruisverbanden verhogen de torsiestijfheid
  • Kan extern worden toegevoegd zonder interne aanpassingen

Massa-toevoeging

  • Lagere natuurlijke frequentie: Voeg massa toe om de frequentie onder het excitatiebereik te verlagen
  • Strategische plaatsing: Voeg massa toe op de buikplekken voor maximaal effect
  • Afgestemde massa: Zorgvuldig berekende massatoevoeging om een specifieke modus te verschuiven
  • Afweging: Verhoogd gewicht, mogelijk niet voor alle toepassingen wenselijk

Dempingsbehandelingen

Beperkte laagdemping

  • Visco-elastisch materiaal ingeklemd tussen metaallagen
  • Toepasbaar op grote vlakke oppervlakken (panelen, afdekkingen)
  • Vermindert de resonantiepiekamplitude met 50-80%
  • Effectief in het bereik van 20-500 Hz

Vrije laag demping

  • Dempingsmateriaal direct verlijmd op trillend oppervlak
  • Eenvoudiger dan beperkte laag, maar minder effectief
  • Goed voor toepassingen met beperkte toegankelijkheid

Operationele veranderingen

  • Snelheidsverandering: Werk op een snelheid waarbij geen resonantie optreedt
  • Verminder forceren: Verbeter de balans en uitlijning om de excitatie-amplitude te verminderen
  • Proceswijzigingen: Verander de stroming, druk of belasting om de excitatiefrequenties te verschuiven

Preventie in ontwerp

Ontwerpprincipes

  • Voldoende stijfheid: Ontwerpframe met natuurlijke frequenties > 2× hoogste excitatiefrequentie
  • Massaverdeling: Vermijd geconcentreerde massa's die laagfrequente modi creëren
  • Ribben en versteviging: Integreer vanaf het begin verstevigingsfuncties
  • Modale analyse: FEA tijdens het ontwerp om natuurlijke frequenties te voorspellen en optimaliseren

Ontwerpverificatie

  • Prototypetesten met impactanalyse
  • Meting van de operationele afbuigingsvorm op de eerste eenheden
  • Wijzig het ontwerp vóór de productie als er resonanties worden gevonden

Casusvoorbeeld

Situatie: 75 pk motor drijft centrifugaalventilator aan, overmatig lawaai en trillingen

  • Symptomen: Trillingen in het motorframe: 12 mm/s; trillingen in het lager: slechts 2,5 mm/s
  • Frequentie: 120 Hz (2× lijnfrequentie voor 60 Hz-motor)
  • Impacttest: De onthulde natuurlijke frequentie van het frame is 118 Hz
  • Grondoorzaak: Frame dat resoneert op elektromagnetische krachtfrequentie
  • Oplossing: Vier hoekijzeren hoekplaten toegevoegd die de motorvoeten verbinden met de eindbellen
  • Resultaat: De natuurlijke frequentie van het frame verschoof naar 165 Hz, de trilling daalde naar 3,2 mm/s
  • Kosten: $200 in materialen versus $8.000 voor motorvervanging

Frameresonantie is een veelvoorkomend, maar vaak verkeerd gediagnosticeerd trillingsprobleem. Het herkennen van de karakteristieke symptomen (hoge frametrillingen ten opzichte van lagertrillingen, frequentiespecifiek, locatieafhankelijk) en het toepassen van de juiste diagnostische technieken (impacttesten, ODS-analyse) maakt gerichte oplossingen mogelijk die trillingen drastisch kunnen verminderen tegen lage kosten.

← Terug naar hoofdindex

Categorieën: GlossariumTrillingsdiagnostiek
WhatsApp