Czym są drgania wymuszone? Reakcja na wzbudzenie zewnętrzne • Przenośny wyważacz, analizator drgań "Balanset" do dynamicznego wyważania kruszarek, wentylatorów, mulczerów, ślimaków w kombajnach, wałów, wirówek, turbin i wielu innych wirników Czym są drgania wymuszone? Reakcja na wzbudzenie zewnętrzne • Przenośny wyważacz, analizator drgań "Balanset" do dynamicznego wyważania kruszarek, wentylatorów, mulczerów, ślimaków w kombajnach, wałów, wirówek, turbin i wielu innych wirników

Czym są drgania wymuszone? Reakcja na wzbudzenie zewnętrzne

Opublikowane przez admin w dniu

Zrozumienie wymuszonych wibracji

Definicja: Czym są drgania wymuszone?

Wibracje wymuszone to ruch oscylacyjny wywołany zewnętrzną siłą okresową przyłożoną do układu mechanicznego. Drgania występują z częstotliwością przyłożonej siły (częstotliwością wymuszenia), a amplituda jest proporcjonalna do wartości funkcji wymuszenia i odwrotnie proporcjonalna do oporu układu dla ruchu przy tej częstotliwości. Większość wibracja w maszynach obrotowych występują drgania wymuszone, przy czym typowymi źródłami wymuszenia są: brak równowagi (obrotowa siła odśrodkowa), niewspółosiowość (siły sprzęgające) i pulsacje aerodynamiczne/hydrauliczne.

Wibracje wymuszone różnią się zasadniczo od samowzbudne wibracje (gdzie system generuje własne, długotrwałe drgania) i drgania swobodne (przejściowa odpowiedź po impulsie). Zrozumienie zasad drgań wymuszonych jest kluczowe, ponieważ wyjaśnia, jak amplituda drgań wiąże się z powagą usterki i jak można kontrolować drgania poprzez redukcję wymuszenia lub modyfikację odpowiedzi systemu.

Charakterystyka drgań wymuszonych

Dopasowanie częstotliwości

  • Częstotliwość wibracji równa się częstotliwości wymuszającej
  • Jeśli wymuszanie odbywa się z częstotliwością 30 Hz, wibracje występują z częstotliwością 30 Hz
  • W przeciwieństwie do drgań samowzbudnych, które występują z częstotliwością naturalną
  • Przewidywalna częstotliwość na podstawie źródła wymuszającego

Proporcjonalność amplitudy

  • Amplituda drgań proporcjonalna do wielkości wymuszenia
  • Podwójna siła → podwójne wibracje (układ liniowy)
  • Usuń wymuszanie → zatrzymanie wibracji
  • Możliwość sterowania poprzez redukcję siły

Relacja fazowa

  • Określony faza związek między siłą a reakcją
  • Faza zależy od częstotliwości w stosunku do częstotliwości naturalnej
  • Poniżej rezonansu: drgania w fazie z siłą
  • W rezonansie: opóźnienie fazowe 90°
  • Powyżej rezonansu: opóźnienie fazowe 180°

Stabilność

  • System jest stabilny – ograniczony drganiami
  • Nie rośnie bez ograniczeń
  • Amplituda ograniczona przez wymuszenie i reakcję układu
  • Kontrastuje z niestabilnymi, samowzbudnymi wibracjami

Typowe funkcje wymuszające w maszynach

1. Nierównowaga (1× Wymuszenie)

  • Siła: Obrotowa siła odśrodkowa wynikająca z mimośrodu masy
  • Częstotliwość: Raz na obrót (1× prędkość wału)
  • Ogrom: F = m × r × ω² (proporcjonalnie do kwadratu prędkości)
  • Najczęściej spotykane: Główne źródło drgań w większości urządzeń obrotowych

2. Niewspółosiowość (2× wymuszenie)

  • Siła: Siły sprzęgające wynikające z przesunięcia kątowego/równoległego
  • Częstotliwość: Dwa razy na obrót (2× prędkość wału)
  • Charakterystyczny: Wysoka składowa osiowa

3. Aerodynamiczny/hydrauliczny (przepływ łopatki/łopatki)

  • Siła: Pulsacje ciśnienia wynikające z interakcji łopatki ze stojanem
  • Częstotliwość: Liczba ostrzy × prędkość wału
  • Przykłady: Wentylatory, pompy, sprężarki

4. Siły zazębienia

  • Siła: Zaangażowanie zęba powoduje okresowe obciążenie
  • Częstotliwość: Liczba zębów × prędkość wału
  • Ogrom: Związane z przenoszonym momentem obrotowym i jakością zębów

5. Siły elektromagnetyczne

  • Siła: Pulsacje pola magnetycznego w silnikach/generatorach
  • Częstotliwość: 2× częstotliwość linii (120/100 Hz)
  • Niezależny: Prędkości mechanicznej (wymuszanie asynchroniczne)

Reakcja na wymuszanie: zachowanie systemu

Poniżej częstotliwości naturalnej (kontrola sztywności)

  • Amplituda drgań ≈ Siła / Sztywność
  • Odpowiedź w fazie z wymuszeniem
  • Amplituda wzrasta wraz z prędkością w przypadku sił zależnych od prędkości
  • Typowy obszar działania dla większości wirników sztywnych

Przy częstotliwości naturalnej (rezonans)

  • Amplituda drgań ≈ Siła / (Tłumienie × Częstotliwość drgań własnych)
  • Amplituda wzmocniona współczynnikiem Q (zwykle 10-50×)
  • 90° opóźnienie fazowe
  • Małe siły powodują duże wibracje
  • Tłumienie jest jedynym czynnikiem ograniczającym

Powyżej częstotliwości naturalnej (kontrolowanej masą)

  • Amplituda drgań ≈ Siła / (Masa × Częstotliwość²)
  • Opóźnienie fazowe 180° (wibracje przeciwne do kierunku siły)
  • Amplituda maleje wraz ze wzrostem częstotliwości
  • Obszar działania dla elastycznych wirników o prędkościach powyżej krytycznych

Wibracje wymuszone a inne typy

Wibracje wymuszone i swobodne

  • Wymuszony: Ciągłe wymuszanie, drgania ciągłe, przy częstotliwości wymuszania
  • Bezpłatny: Odpowiedź impulsowa, zanik drgań przy częstotliwości własnej
  • Przykład: Test uderzeniowy wytwarza swobodne drgania; pracująca maszyna wytwarza wymuszone drgania

Wibracje wymuszone i samowzbudne

  • Wymuszony: Siła zewnętrzna, amplituda proporcjonalna do siły, stabilna
  • Podekscytowany: Wewnętrzne źródło energii, amplituda ograniczona nieliniowością, niestabilne
  • Przykłady: Nierównowaga jest wymuszona; wir olejowy jest samopodniecony

Kontrola i łagodzenie

Zmniejszenie wymuszania

  • Równoważenie: Zmniejsza wymuszanie braku równowagi bezpośrednio
  • Wyrównanie: Zmniejsza siły powodujące niewspółosiowość
  • Naprawa usterek: Napraw problemy mechaniczne powodujące powstawanie sił
  • Najbardziej skuteczne: Wyeliminuj lub zminimalizuj źródło wymuszające

Modyfikuj odpowiedź systemu

  • Zmień sztywność: Przesunięcie częstotliwości naturalnych w kierunku częstotliwości wymuszających
  • Dodaj tłumienie: Zmniejsz wzmocnienie rezonansowe
  • Zmień masę: Modyfikuj częstotliwości naturalne
  • Izolacja: Zmniejszenie przenoszenia siły na konstrukcję

Unikaj rezonansu

  • Upewnij się, że częstotliwości wymuszające nie odpowiadają częstotliwościom naturalnym
  • Margines separacji zazwyczaj ±20-30%
  • Analiza fazy projektowania w celu weryfikacji
  • Ograniczenia prędkości, jeśli rezonans jest nieunikniony

Znaczenie praktyczne

Większość wibracji maszyn jest wymuszona

  • Niewyważenie, niewspółosiowość, zazębienie kół zębatych — wszystko to są wymuszone drgania
  • Przewidywalny i kontrolowany poprzez wymuszanie redukcji
  • Standardowe działania konserwacyjne (równoważenie, wyrównywanie) adres wymuszający

Podejście diagnostyczne

  • Zidentyfikuj częstotliwość wymuszającą ze spektrum
  • Dopasuj do znanych źródeł wymuszających (1×, 2×, zazębienie kół zębatych itd.)
  • Zdiagnozuj źródło wymuszania
  • Zmniejsz siłę nacisku poprzez odpowiednią konserwację

Drgania wymuszone to podstawowy rodzaj drgań w maszynach wirujących, powstający w wyniku okresowych sił zewnętrznych działających na układ. Zrozumienie zasad drgań wymuszonych – dopasowania częstotliwości, proporcjonalności amplitudy i charakterystyki odpowiedzi – umożliwia prawidłową diagnozę źródeł drgań, podjęcie odpowiednich działań korygujących (zmniejszenie wymuszenia lub modyfikację odpowiedzi) oraz opracowanie strategii projektowych minimalizujących drgania poprzez redukcję wymuszenia i unikanie rezonansu.

← Powrót do indeksu głównego

Kategorie:
WhatsApp