Zrozumienie wibracji samowzbudnych

1. Definicja: Czym są wibracje samowzbudne?

Wibracje samowzbudne (znane również jako drgania samoindukowane lub niestabilne) to szczególnie niebezpieczny rodzaj drgań, w którym ruch układu wywołuje siły, które z kolei podtrzymują lub wzmacniają ten ruch. Tworzy to pętlę sprzężenia zwrotnego, w której amplituda drgań może rosnąć, czasami do katastrofalnego poziomu, bez odpowiadającego temu wzrostu częstotliwości wymuszenia zewnętrznego.

To jest zasadniczo inne niż wymuszona wibracja, taka jak brak równowagi lub niewspółosiowość, gdzie wibracja jest bezpośrednią odpowiedzią na określony, okresowy sygnał wejściowy (częstotliwość wymuszającą). W układzie samowzbudnym wibracja wytwarza własną siłę napędową.

2. Mechanizm pętli sprzężenia zwrotnego

Mechanizm samowzbudnych drgań można podsumować następująco:

1. Układ (np. wirnik w łożysku) jest w ruchu.
2. Niewielkie, przypadkowe zakłócenie powoduje niewielkie przemieszczenie lub zmianę prędkości.
3. Ta zmiana ruchu zmienia siły działające na układ (np. ciśnienie płynu w łożysku lub siłę skrawania narzędzia).
4. Co istotne, ta zmieniona siła działa w sposób, który *dodaje energii* do systemu, popychając element dalej w kierunku, w którym już zmierzał.
5. Ten zwiększony ruch generuje jeszcze większą siłę, która dodaje więcej energii, itd.

Pętla sprzężenia zwrotnego powoduje wzrost drgań do momentu, aż zostaną ograniczone przez nieliniowości układu (np. naciśnięcie pedału hamulca) lub doprowadzą do awarii.

3. Typowe przykłady wibracji samowzbudnych

Klasycznymi przykładami drgań samowzbudnych są następujące zjawiska powszechnie znane w diagnostyce maszyn:

• Wir olejowy i biczowanie olejowe: Najczęstsze przykłady w maszynach wirujących. W łożysku ślizgowym z warstwą cieczy, obracający się wał tworzy klin olejowy. Zakłócenie może spowodować, że sam klin olejowy zacznie się obracać (wirować) wokół łożyska. Ciśnienie z tego wirującego klina popycha wał, co dodaje energii do wirowania. Powstałe drgania nie występują z prędkością obrotową, lecz z częstotliwością subsynchroniczną (zwykle 0,42–0,48X). prędkość biegu).
• Drgania podczas obróbki: W obróbce skrawaniem metali (toczeniem lub frezowaniem) drgania powstają, gdy narzędzie skrawające zaczyna wibrować. Wibracje te powodują zmianę grubości wióra. Zmienna grubość wióra z kolei powoduje wahania siły skrawania, a te wahania mogą ponownie wtłaczać energię w drgania narzędzia, powodując ich wzrost do postaci gwałtownych drgań.
• Aerodynamiczne trzepotanie: Drgania skrzydła samolotu, w których ruch zginania i skręcania skrzydła zmienia jego profil aerodynamiczny. Ta zmiana profilu zmienia ciśnienie powietrza w sposób, który dodaje energii do ruchu skrzydła, co prowadzi do katastrofalnej awarii, jeśli nie zostanie to kontrolowane.
• Tarcie wirnika: Stan, w którym wirnik styka się z częścią nieruchomą. Tarcie wynikające z tarcia może nagrzewać wirnik, powodując jego wygięcie. To wygięcie zwiększa siłę tarcia, co z kolei zwiększa temperaturę i wygięcie, tworząc pętlę sprzężenia zwrotnego, która może prowadzić do zatarcia.

4. Kluczowe cechy i diagnoza

Wibracje samowzbudne często mają charakterystyczne cechy Widmo FFT:

• Częstotliwości niesynchroniczne: Wibracje zazwyczaj nie są całkowitą wielokrotnością ani harmoniczną prędkości biegu. Często występują przy podsynchroniczny częstotliwość.
• Niestabilność: Amplituda może być bardzo niestabilna i może szybko rosnąć przy niewielkich zmianach warunków pracy (prędkości, temperatury, obciążenia).
• Nagły początek: Wibracje mogą w ogóle nie występować, dopóki maszyna nie przekroczy pewnego progu prędkości lub obciążenia; w takim przypadku mogą pojawić się nagle i z dużą amplitudą.

Diagnoza drgań samowzbudnych polega na zidentyfikowaniu tych charakterystycznych, niesynchronicznych szczytów i zrozumieniu mechanizmów fizycznych, które mogą być przyczyną takiej niestabilności w konkretnej maszynie.

← Powrót do indeksu głównego