Inzicht in torsietrillingen in roterende machines

Apparaten

Draagbare balancer & Trillingsanalyzer Balanset-1A

Onderdelen

Optische sensor (Lasertachometer)

Complete vibratiediagnose- en balanceerset van Vibromera, inclusief vier vibratiesensoren met kabels, een signaalinterfacemodule, lasertachometer met magneetstatief, digitale weegschaal, USB-kabel en een draagtas. Het systeem is ontworpen voor het balanceren van rotoren in het veld en voor conditiebewaking van industriële apparatuur.

Apparaten

Magnetische standaard afmeting-60-kgf

Onderdelen

Dynamische balancer "Balanset-1A" OEM

Definitie: Wat is torsietrilling?

Torsie trillingen is de hoekige oscillatie van een roterende as om zijn rotatieas – in wezen een draaiende en ontdraaiende beweging waarbij verschillende delen van de as op een bepaald moment met licht verschillende snelheden draaien. In tegenstelling tot laterale trilling (zijwaartse beweging) of axiale trilling (heen-en-weergaande beweging) Bij torsietrillingen is er geen sprake van lineaire verplaatsing. In plaats daarvan ondervindt de as afwisselend positieve en negatieve hoekversnelling.

Hoewel torsietrillingen doorgaans een veel kleinere amplitude hebben dan laterale trillingen en vaak moeilijk te detecteren zijn, kunnen ze enorme wisselende spanningen in assen, koppelingen en tandwielen veroorzaken. Dit kan zonder waarschuwing tot ernstige vermoeiingsbreuken leiden.

Fysisch mechanisme

Hoe torsietrillingen ontstaan

Torsietrillingen kunnen als volgt worden gevisualiseerd:

Stel je een lange as voor die een motor verbindt met een aangedreven last
De schacht werkt als een torsieveer, waarbij energie wordt opgeslagen en vrijgegeven terwijl deze draait.
Wanneer de as verstoord wordt door wisselende koppels, gaat hij oscilleren, waarbij delen sneller en langzamer draaien dan de gemiddelde snelheid.
Deze oscillaties kunnen zich opbouwen als de excitatiefrequentie overeenkomt met de torsie-eigenfrequentie

Torsie-natuurlijke frequenties

Elk assysteem heeft torsie-eigenfrequenties die bepaald worden door:

Torsiestijfheid van de as: Hangt af van de diameter, lengte en schuifmodulus van het materiaal
Systeeminertie: Traagheidsmomenten van verbonden roterende componenten (motorrotor, koppelingen, tandwielen, lasten)
Meerdere modi: Complexe systemen hebben meerdere torsie-eigenfrequenties
Koppelingseffecten: Flexibele koppelingen zorgen voor torsie-flexibiliteit, waardoor de natuurlijke frequenties worden verlaagd

Primaire oorzaken van torsietrillingen

1. Variabel koppel van zuigermotoren

De meest voorkomende bron in veel toepassingen:

Diesel- en benzinemotoren: Verbrandingsgebeurtenissen creëren pulserend koppel
Vuurvolgorde: Creëert harmonischen van het motortoerental
Aantal cilinders: Minder cilinders zorgen voor meer koppelvariatie
Resonantierisico: Het toerental van de motor kan samenvallen met de kritische torsiesnelheden

2. Tandwielkracht

Tandwielsystemen genereren torsie-excitatie:

De tandwielfrequentie (aantal tanden × toerental) creëert een oscillerend koppel
Fouten in de tandafstand en profielonnauwkeurigheden dragen bij
Speling van het tandwiel kan impactbelasting veroorzaken
Meerdere versnellingen creëren complexe torsiesystemen

3. Problemen met de elektromotor

Elektromotoren kunnen torsiestoringen veroorzaken:

Poolpassfrequentie: Interactie tussen rotor en stator creëert pulserend koppel
Gebroken rotorstangen: Creëert koppelpulsen bij slipfrequentie
Frequentieregelaars (VFD's): PWM-schakeling kan torsiemodi opwekken
Starttransiënten: Grote koppeloscillaties tijdens het opstarten van de motor

4. Procesbelastingvariaties

Variabele belasting op aangedreven apparatuur:

Compressorpiekgebeurtenissen
Pompcavitatie veroorzaakt koppelpieken
Cyclische belastingen in brekers, molens en persen
Doorlaatkrachten van bladen in ventilatoren en turbines

5. Problemen met de koppeling en de aandrijflijn

Versleten of beschadigde koppelingen met speling of speling
Kruiskoppelingen die onder hoeken werken en een torsie-excitatie van 2× veroorzaken
Slippen en trillen van de riemaandrijving
Kettingaandrijving polygoonwerking

Detectie- en meetuitdagingen

Waarom torsietrillingen moeilijk te detecteren zijn

In tegenstelling tot laterale trillingen brengt torsietrillingen unieke meetuitdagingen met zich mee:

Geen radiale verplaatsing: Standaard accelerometers op lagerhuizen detecteren geen zuivere torsiebeweging
Kleine hoekamplitudes: Typische amplitudes zijn fracties van een graad
Vereiste gespecialiseerde uitrusting: Vereist torsietrillingssensoren of geavanceerde analyse
Vaak over het hoofd gezien: Niet inbegrepen in routinematige trillingsbewakingsprogramma's

Meetmethoden

1. Rekstrookjes

Gemonteerd onder een hoek van 45° ten opzichte van de as van de as om de schuifspanning te meten
Vereist telemetriesysteem om signaal van roterende as over te brengen
Directe meting van torsiespanning
De meest nauwkeurige methode, maar complex en duur

2. Torsievibratiesensoren met dubbele sonde

Twee optische of magnetische sensoren meten de snelheid op verschillende aslocaties
Faseverschil tussen signalen geeft torsietrillingen aan
Contactloze meting
Kan tijdelijk of permanent worden geïnstalleerd

3. Lasertorsievibrometers

Optische meting van variaties in de hoeksnelheid van de as
Contactloos, geen asvoorbereiding nodig
Duur maar krachtig voor probleemoplossing

4. Indirecte indicatoren

Motorstroomsignatuuranalyse (MCSA) kan torsieproblemen aan het licht brengen
Slijtagepatronen van koppelingen en tandwielen
Locaties en oriëntaties van schachtvermoeidheidsscheuren
Ongebruikelijke laterale trillingspatronen die mogelijk gepaard gaan met torsiemodi

Gevolgen en schademechanismen

Vermoeidheidsfouten

Het grootste gevaar van torsietrillingen:

Asstoringen: Vermoeiingsscheuren, meestal onder een hoek van 45° ten opzichte van de as van de as (vlakken met maximale schuifspanning)
Koppelingsfouten: Slijtage van de tanden van de tandwielkoppeling, vermoeidheid van het flexibele element
Tandwielbreuk: Versneld door torsie-oscillaties
Schade aan sleutels en sleutelgaten: Fretting en slijtage door oscillerend koppel

Kenmerken van torsiefouten

Vaak plotseling en catastrofaal zonder waarschuwing
Breukvlakken in een hoek van ongeveer 45° ten opzichte van de as van de schacht
Strandmarkeringen op het breukoppervlak die wijzen op progressie van vermoeidheid
Kan zelfs optreden als de laterale trillingsniveaus acceptabel zijn

Prestatieproblemen

Problemen met snelheidsregeling bij precisieaandrijvingen
Overmatige slijtage in tandwielkasten en koppelingen
Geluid van ratelende tandwielen en botsingen met de koppeling
Inefficiëntie van de krachtoverbrenging

Analyse en modellering

Torsieanalyse tijdens ontwerp

Voor een goed ontwerp is torsieanalyse nodig:

Berekening van de natuurlijke frequentie: Bepaal alle torsiekritische snelheden
Gedwongen reactieanalyse: Voorspel torsie-amplitudes onder bedrijfsomstandigheden
Campbell-diagram: Toon torsie-eigenfrequenties versus bedrijfssnelheid
Stressanalyse: Bereken afwisselende schuifspanningen in kritische componenten
Voorspelling van vermoeidheidsleven: Schat de levensduur van componenten onder torsiebelasting

Softwarehulpmiddelen

Gespecialiseerde software voert torsieanalyse uit:

Multi-inertie-geklonterde-massa-modellen
Eindige elementen torsieanalyse
Tijdsdomeinsimulatie van transiënte gebeurtenissen
Harmonische analyse in het frequentiedomein

Methoden voor mitigatie en beheersing

Ontwerpoplossingen

Scheidingsmarges: Zorg ervoor dat de torsie-eigenfrequenties ±20% verwijderd zijn van de excitatiefrequenties
Demping: Torsiedempers (viskeuze dempers, wrijvingsdempers) inbouwen
Flexibele koppelingen: Voeg torsie-compliantie toe aan lagere natuurlijke frequenties onder het excitatiebereik
Massa-afstemming: Voeg vliegwielen toe of wijzig de traagheid om de natuurlijke frequenties te verschuiven
Stijfheidsveranderingen: Pas de asdiameter of koppelingsstijfheid aan

Operationele oplossingen

Snelheidsbeperkingen: Vermijd continu bedrijf bij torsiekritische snelheden
Snelle acceleratie: Snel door kritische snelheden heen tijdens het opstarten
Belastingbeheer: Vermijd omstandigheden die torsiemodi veroorzaken
VFD-afstemming: Pas de aandrijfparameters aan om torsie-excitatie te minimaliseren

Componentselectie

Koppelingen met hoge demping: Elastische of hydraulische koppelingen die torsie-energie afvoeren
Torsiedempers: Gespecialiseerde apparaten voor heen-en-weergaande motoraandrijvingen
Kwaliteit van de uitrusting: Precisietandwielen met nauwe toleranties verminderen de excitatie
Schachtmateriaal: Materialen met hoge vermoeiingssterkte voor torsiekritieke assen

Industriële toepassingen en normen

Kritische toepassingen

Torsieanalyse is vooral belangrijk voor:

Aandrijvingen met heen-en-weergaande motoren: Dieselgeneratoren, gasmotorcompressoren
Lange aandrijfassen: Scheepsvoortstuwing, walsmolens
Krachtige tandwielkasten: Windturbines, industriële tandwielaandrijvingen
Variabele snelheidsaandrijvingen: VFD-motortoepassingen, servosystemen
Multi-bodysystemen: Complexe aandrijflijnen met meerdere aangesloten machines

Relevante normen

API 684: Rotordynamiek inclusief torsieanalyseprocedures
API 617: Torsievereisten voor centrifugaalcompressoren
API 672: Torsieanalyse van een verpakte reciprocerende compressor
ISO 22266: Torsietrilling van roterende machines
VDI 2060: Torsietrillingen in aandrijfsystemen

Relatie tot andere trillingstypen

Hoewel torsietrillingen verschillen van laterale en axiale trillingen, kunnen ze gepaard gaan met:

Laterale-torsiekoppeling: In bepaalde geometrieën werken torsie- en laterale modi samen
Tandwielnetwerk: Torsievibratie creëert wisselende tandbelastingen die laterale trillingen kunnen veroorzaken
Kruiskoppelingen: Hoekige verkeerde uitlijning koppelt torsie-input aan laterale output
Diagnostische uitdaging: Complexe trillingskenmerken kunnen bijdragen van meerdere trillingstypen

Het begrijpen en beheersen van torsietrillingen is essentieel voor de betrouwbare werking van krachtoverbrengingssystemen. Hoewel torsietrillingen minder aandacht krijgen dan laterale trillingen bij routinematige monitoring, is analyse van torsietrillingen cruciaal tijdens het ontwerp en de probleemoplossing van aandrijfsystemen met hoog vermogen of precisie, waar torsiestoringen catastrofale gevolgen kunnen hebben.

← Terug naar hoofdindex

Wat is torsietrilling? Oorzaken en gevolgen

Gepubliceerd door admin op oktober 31, 2025 oktober 31, 2025