Zrozumienie sztywności
1. Definicja: Czym jest sztywność?
Sztywność jest podstawową właściwością fizyczną opisującą stopień, w jakim obiekt lub konstrukcja opiera się odkształceniu lub ugięciu w odpowiedzi na przyłożoną siłę. W kontekście analiza drgańsztywność (często oznaczana literą „k”) jest jedną z trzech kluczowych właściwości, obok masy (m) i tłumienie (c), które regulują zachowanie się drgań dowolnego układu mechanicznego.
Element o dużej sztywności ugnie się nieznacznie pod danym obciążeniem, podczas gdy element o niskiej sztywności ugnie się znacznie. Na przykład, gruby, krótki pręt stalowy ma dużą sztywność, podczas gdy długa, cienka gumka ma bardzo małą sztywność.
2. Krytyczna rola sztywności w drganiach
Sztywność układu jest głównym czynnikiem decydującym o jego częstotliwości naturalneCzęstotliwość drgań własnych to częstotliwość, z jaką układ będzie oscylował, jeśli zostanie zaburzony, a następnie pozwoli mu się swobodnie drgać. Zależność tę definiuje podstawowy wzór:
Częstotliwość własna (ωn) ≈ √(k / m)
Gdzie „k” oznacza sztywność, a „m” masę. Ta zależność pokazuje, że:
- Zwiększenie sztywności będzie zwiększyć częstotliwość własna.
- Zmniejszająca się sztywność będzie zmniejszenie częstotliwość własna.
- Zwiększanie masy będzie zmniejszenie częstotliwość własna.
3. Sztywność i rezonans
Ta relacja jest niezwykle istotna ze względu na zjawisko rezonansRezonans występuje, gdy częstotliwość wymuszająca (np. prędkość biegu maszyny) odpowiada jednej z częstotliwości naturalnych systemu. W takim przypadku amplituda drgań ulega drastycznemu wzmocnieniu, co często prowadzi do przedwczesnego zużycia i poważnej awarii.
Zrozumienie sztywności jest zatem kluczowe dla diagnozowania i rozwiązywania problemów rezonansowych:
- Diagnoza problemu: Jeżeli maszyna znajduje się w rezonansie, analityk wie, że częstotliwość wymuszająca jest zbyt bliska częstotliwości naturalnej.
- Projekt rozwiązania: Aby rozwiązać problem, analityk musi zmienić częstotliwość drgań własnych układu. Ponieważ zmiana masy maszyny lub częstotliwości wymuszającej (jej prędkości obrotowej) często jest trudna, najczęstszym rozwiązaniem jest zmiana sztywności. Poprzez dodanie wzmocnień, wzmocnień lub ulepszenie fundamentu maszyny, zwiększa się sztywność układu. To podnosi częstotliwość drgań własnych, oddalając ją od częstotliwości wymuszającej i eliminując stan rezonansu. Funkcja odpowiedzi częstotliwościowej (FRF) pomiar służy do potwierdzenia zmiany częstotliwości naturalnej.
4. Sztywność w diagnostyce maszyn
Zmiany sztywności mogą być również bezpośrednim wskaźnikiem rozwijającej się wady:
- Rozluźnienie: Luźna śruba mocująca lub pęknięcie w ramie lub fundamencie maszyny oznacza znaczną utratę sztywności lokalnej. Spowoduje to wzrost amplitudy drgań maszyny. Widmo FFT, luzy mechaniczne często generują szereg harmonia (1X, 2X, 3X, itd.) prędkości biegu.
- Miękka stopa: W takiej sytuacji, gdy stopa maszyny nie spoczywa płasko na swojej podstawie, powstaje zniekształcony i nieliniowy profil sztywności, który może prowadzić do silnych wibracji i utrudniać ustawienie.
- Zużycie łożysk: W miarę zużycia łożyska luz między elementami tocznymi a bieżniami wzrasta. Można to interpretować jako zmniejszenie ogólnej sztywności układu podparcia wirnika, co może obniżyć jego prędkości krytyczne.
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 