Zrozumienie rezonansu ramy
Definicja: Czym jest rezonans ramy?
Rezonans ramy jest specyficznym typem rezonans strukturalny w którym własna rama konstrukcyjna, obudowa, obudowa lub osłona maszyny wibruje w jednym ze swoich częstotliwości naturalne w odpowiedzi na wzbudzenie pochodzące od obracających się elementów. W przeciwieństwie do rezonansów fundamentów lub cokołów, które dotyczą konstrukcji wsporczej, rezonans ramy dotyczy samego korpusu maszyny – żeliwnej lub stalowej konstrukcji, która otacza obracające się elementy.
Rezonans ramowy jest powszechny w maszynach z dużymi, stosunkowo lekkimi obudowami, takimi jak wentylatory, dmuchawy, pompy i silniki. Zazwyczaj objawia się nadmiernym hałasem, widocznymi wibracjami pokryw lub paneli oraz wysokim wibracja odczyty na ramie, które nie są proporcjonalne do rzeczywistych drgań wirnika.
Typowe sytuacje rezonansu ramy
Ramy silników i generatorów
- Częstotliwości naturalne: Zwykle 50–400 Hz w zależności od rozmiaru i konstrukcji
- Pobudzenie: 1× (niezrównoważenie), 2× częstotliwość linii (120 Hz dla silników 60 Hz), siły elektromagnetyczne
- Objawy: Drgania ramy są znacznie większe niż drgania łożysk; słychać buczenie lub buczenie
- Powaga: Wibracje ramy mogą być 5-10 razy większe niż w przypadku łożysk
Obudowy wentylatorów i dmuchaw
- Częstotliwości naturalne: 20-200 Hz dla typowych wentylatorów przemysłowych
- Pobudzenie: Częstotliwość przechodzenia łopatek (liczba ostrzy × obr./min)
- Objawy: Panele obudowy wibrują gwałtownie; głośny hałas aerodynamiczny
- Charakterystyczny: Może wystąpić tylko przy określonych prędkościach lub warunkach przepływu
Obudowy pomp
- Częstotliwości naturalne: 30-300 Hz w zależności od konstrukcji obudowy
- Pobudzenie: Częstotliwość przepływu łopatek, pulsacje hydrauliczne
- Objawy: Wibracje obudowy, hałas, możliwość pęknięć zmęczeniowych
- Złącze hydrauliczne: Obudowa wypełniona płynem może sprzęgać drgania wirnika i obudowy
Obudowy skrzyń biegów
- Wzbudzenie częstotliwości zazębienia przekładni
- Częstotliwości naturalne ramki często nakładają się na częstotliwości siatki
- Charakterystyczny głośny dźwięk wycia podczas rezonansu
Sygnatura i wykrywanie wibracji
Charakterystyczne objawy
- Zależne od lokalizacji: Wibracje różnią się znacząco na całej powierzchni ramy (typowe różnice wynoszą 10×)
- Łożysko kontra rama: Wibracje ramy >> wibracje łożysk (mogą wynosić 3-10×)
- Specyficzna częstotliwość: Tylko przy częstotliwości rezonansowej; inne częstotliwości są normalne
- Wrażliwość na prędkość: Silne w wąskim zakresie prędkości (±10–20% prędkości rezonansowej)
- Ruch wizualny: Ruch klatki często widoczny gołym okiem
Testy diagnostyczne
Test uderzenia (uderzenia)
- Rama uderzeniowa z gumowym młotkiem lub młotkiem instrumentalnym
- Zmierz odpowiedź za pomocą akcelerometr
- Identyfikacja częstotliwości naturalnych ramki na podstawie szczytów w odpowiedzi częstotliwościowej
- Porównaj z częstotliwościami roboczymi (1×, 2×, przejście łopatek itd.)
Badanie akcelerometru mobilnego
- Pomiar drgań w wielu punktach ramy podczas pracy
- Utwórz mapę wibracji pokazującą obszary wysokie i niskie
- Wzór ujawnia kształt trybu (zginanie, skręcanie, wyginanie panelu)
- Identyfikuje antywęzły (maksymalny ruch) i węzły (minimalny ruch)
Pomiar funkcji przejścia
- Pomiar spójności między drganiami łożyska (wejście) i drganiami ramy (wyjście)
- Wysoka spójność przy określonej częstotliwości potwierdza rezonans
- Funkcja przenoszenia pokazuje współczynnik wzmocnienia
Rozwiązania i łagodzenie
Modyfikacje usztywniające
Dodaj żebra konstrukcyjne lub wzmocnienia
- Zwiększenie sztywności ramy przy zginaniu
- Podnosi częstotliwości naturalne powyżej zakresu wzbudzenia
- Relatywnie ekonomiczny i skuteczny
- Można go zamontować w istniejącym sprzęcie
Zwiększ grubość materiału
- Pogrub ściany lub panele szkieletowe
- Znacznie zwiększa sztywność i częstotliwość
- Może wymagać modyfikacji projektu i nowych odlewów/wyrobów
Więzy konstrukcyjne i wzmocnienia
- Połącz przeciwległe strony ramy, aby zapobiec jej wyginaniu
- Usztywnienie krzyżowe zwiększa sztywność skrętną
- Można dodać zewnętrznie bez wewnętrznych modyfikacji
Dodatek masy
- Niższa częstotliwość drgań własnych: Dodaj masę, aby zmniejszyć częstotliwość poniżej zakresu wzbudzenia
- Strategiczne rozmieszczenie: Aby uzyskać maksymalny efekt, dodaj masę w miejscach węzłów anty
- Masa dostrojona: Starannie obliczony dodatek masy w celu przesunięcia określonego trybu
- Kompromis: Zwiększona waga może nie być pożądana we wszystkich zastosowaniach
Zabiegi tłumiące
Tłumienie warstwowe o ograniczonym zasięgu
- Materiał lepkosprężysty umieszczony pomiędzy warstwami metalu
- Stosowane na dużych płaskich powierzchniach (panele, osłony)
- Zmniejsza amplitudę szczytową rezonansu o 50-80%
- Skuteczny w zakresie 20-500 Hz
Tłumienie warstwy swobodnej
- Materiał tłumiący przyklejony bezpośrednio do drgającej powierzchni
- Prostsza niż warstwa ograniczona, ale mniej efektywna
- Dobre dla aplikacji z ograniczoną dostępnością
Zmiany operacyjne
- Zmiana prędkości: Działaj z prędkością, przy której nie występuje rezonans
- Zmniejszenie wymuszania: Poprawa równowagi i wyrównania w celu zmniejszenia amplitudy pobudzenia
- Zmiany w procesie: Zmiana przepływu, ciśnienia lub obciążenia w celu zmiany częstotliwości wzbudzenia
Zapobieganie w projektowaniu
Zasady projektowania
- Odpowiednia sztywność: Rama projektowa z częstotliwościami naturalnymi > 2× najwyższa częstotliwość wzbudzenia
- Dystrybucja masowa: Unikaj skoncentrowanych mas tworzących mody o niskiej częstotliwości
- Żebrowanie i wzmocnienie: Wprowadź elementy usztywniające od samego początku
- Analiza modalna: Analiza elementów skończonych (FEA) podczas projektowania w celu przewidywania i optymalizacji częstotliwości drgań własnych
Weryfikacja projektu
- Testowanie prototypów z analizą wpływu
- Pomiar kształtu ugięcia roboczego na pierwszych jednostkach
- W przypadku wykrycia rezonansów przed rozpoczęciem produkcji należy zmodyfikować projekt
Przykład przypadku
Sytuacja: Silnik o mocy 75 KM napędzający wentylator odśrodkowy, nadmierny hałas i wibracje
- Objawy: Drgania ramy silnika 12 mm/s; drgania łożyska tylko 2,5 mm/s
- Częstotliwość: 120 Hz (2× częstotliwość linii dla silnika 60 Hz)
- Test udarności: Ujawniona częstotliwość naturalna ramki wynosi 118 Hz
- Przyczyna główna: Rama rezonująca przy częstotliwości wymuszania elektromagnetycznego
- Rozwiązanie: Dodano cztery kątowniki łączące stopy silnika z dzwonami końcowymi
- Wynik: Częstotliwość drgań własnych ramy przesunęła się do 165 Hz, wibracje spadły do 3,2 mm/s
- Koszt: Materiały $200 w porównaniu do $8000 w przypadku wymiany silnika
Rezonans ramy to częsty, ale często błędnie diagnozowany problem wibracji. Rozpoznanie charakterystycznych objawów (wysokie drgania ramy w porównaniu z drganiami łożysk, zależne od częstotliwości i lokalizacji) oraz zastosowanie odpowiednich technik diagnostycznych (testy udarności, analiza ODS) umożliwia opracowanie ukierunkowanych rozwiązań, które mogą radykalnie zredukować drgania przy umiarkowanych kosztach.
Kategorie:
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 