Înțelegerea vibrațiilor forțate

Dispozitive

Ebalansator portabil și analizor de vibrații Balanset-1A.

$2,358.31

Piese

Senzor de vibrații.

$107.47

Piese

Senzor optic (tahometru laser).

$148.07

Dispozitive

Balanset-4.

$8,123.32

Piese

Stand magnetic Insize-60-kgf.

$54.93

Piese

Ceasetă reflectorizantă.

$11.94

Dispozitive

Ebalansator dinamic "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definiție: Ce este vibrația forțată?

Vibrații forțate este o mișcare oscilatorie cauzată de o forță periodică externă aplicată unui sistem mecanic. Vibrația are loc la frecvența forței aplicate (frecvența de forțare), iar amplitudinea este proporțională cu magnitudinea funcției de forțare și invers proporțională cu rezistența sistemului la mișcare la acea frecvență. Majoritatea vibrații în mașinile rotative există vibrații forțate, sursele comune de forțare incluzând dezechilibra (forța centrifugă de rotație), nealiniere (forțe de cuplare) și pulsații aerodinamice/hidraulice.

Vibrația forțată este fundamental diferită de vibrație autoexcitată (unde sistemul generează propria oscilație susținută) și vibrații libere (răspuns tranzitoriu după impuls). Înțelegerea principiilor vibrațiilor forțate este esențială deoarece explică modul în care amplitudinea vibrațiilor se leagă de severitatea defectului și cum vibrațiile pot fi controlate prin reducerea forțării sau modificarea răspunsului sistemului.

Caracteristicile vibrațiilor forțate

Potrivirea frecvenței

• Frecvența vibrațiilor este egală cu frecvența de forțare
• Dacă se forțează la 30 Hz, vibrațiile se produc la 30 Hz
• Spre deosebire de vibrația autoexcitată, care apare la frecvență naturală
• Frecvență previzibilă bazată pe sursa de forțare

Proporționalitatea amplitudinii

• Amplitudinea vibrației este proporțională cu magnitudinea forței
• Forță dublă → vibrație dublă (sistem liniar)
• Îndepărtați forțarea → vibrațiile se opresc
• Controlabil prin reducerea forței

Relația de fază

• Definitiv fază relația dintre forță și răspuns
• Faza depinde de frecvență în raport cu frecvența naturală
• Sub rezonanță: vibrație în fază cu forța
• La rezonanță: decalaj de fază de 90°
• Peste rezonanță: decalaj de fază de 180°

Stabilitate

• Sistemul este stabil - limitat de vibrații
• Nu crește fără margini
• Amplitudine limitată de forțare și răspunsul sistemului
• Contrastează cu vibrația autoexcitată instabilă

Funcții comune de forțare în mașini

1. Dezechilibru (1× Forțare)

• Vigoare: Forța centrifugă de rotație din excentricitatea masei
• Frecvenţă: O dată pe rotație (1× viteza arborelui)
• Magnitudine: F = m × r × ω² (proporțional cu pătratul vitezei)
• Cele mai frecvente: Sursa principală de vibrații în majoritatea echipamentelor rotative

2. Nealiniere (2× Forțare)

• Vigoare: Forțe de cuplare din decalaj unghiular/paralel
• Frecvenţă: De două ori pe rotație (2× viteza arborelui)
• Caracteristică: Componentă axială ridicată

3. Aerodinamic/Hidraulic (Depășirea palei/paletei)

• Vigoare: Pulsații de presiune din interacțiunea paletă-stator
• Frecvenţă: Număr de lame × viteză arbore
• Exemple: Ventilatoare, pompe, compresoare

4. Forțele de încadrare a angrenajului

• Vigoare: Angrenarea dinților creând încărcări periodice
• Frecvenţă: Numărul de dinți × viteza arborelui
• Magnitudine: Legat de cuplul transmis și calitatea dinților

5. Forțe electromagnetice

• Vigoare: Pulsații ale câmpului magnetic în motoare/generatoare
• Frecvenţă: 2× frecvență de linie (120/100 Hz)
• Independent: De viteză mecanică (forțare asincronă)

Răspuns la forțare: Comportamentul sistemului

Sub frecvența naturală (rigiditate controlată)

• Amplitudinea vibrației ≈ Forță / Rigiditate
• Răspuns în fază cu forțare
• Amplitudinea crește odată cu viteza pentru forțele dependente de viteză
• Regiunea tipică de funcționare pentru majoritatea rotoarelor rigide

La frecvență naturală (rezonanță)

• Amplitudinea vibrației ≈ Forță / (Amortizare × Frecvență naturală)
• Amplitudine amplificată prin factorul Q (de obicei 10-50×)
• Decalaj de fază de 90°
• Forțele mici creează vibrații mari
• Amortizarea este singurul factor limitativ

Peste frecvența naturală (controlată în masă)

• Amplitudinea vibrației ≈ Forță / (Masă × Frecvență²)
• Defazaj de 180° (vibrație opusă direcției forței)
• Amplitudinea scade odată cu creșterea frecvenței
• Regiunea de funcționare pentru rotoare flexibile peste viteze critice

Vibrații forțate vs. alte tipuri

Vibrații forțate vs. vibrații libere

• Forţat: Forțare continuă, vibrație susținută, la frecvența de forțare
• Gratuit: Răspuns la impuls, descreșterea vibrațiilor, la frecvență naturală
• Exemplu: Testul la impact produce vibrații libere; mașina în mișcare produce vibrații forțate

Vibrații forțate vs. vibrații autoexcitate

• Forţat: Forță externă, amplitudine proporțională cu forța, stabilă
• Entuziast de sine: Sursă internă de energie, amplitudine limitată de neliniaritate, instabilă
• Exemple: Dezechilibrul este forțat; vârtej de ulei este auto-excitat

Control și atenuare

Reduceți forțarea

• Echilibrarea: Reduce direct forțarea dezechilibrului
• Aliniere: Reduce forțele de nealiniere
• Repararea defectelor: Remediați problemele mecanice care creează forțe
• Cel mai eficient: Eliminați sau minimizați sursa de forțare

Modificare răspuns sistem

• Schimbarea rigidității: Deplasarea frecvențelor naturale față de frecvențele forțate
• Adăugați amortizare: Reduce amplificarea prin rezonanță
• Schimbare masă: Modificarea frecvențelor naturale
• Izolare: Reduceți transmiterea forței către structură

Evitați rezonanța

• Asigurați-vă că frecvențele de forțare nu corespund frecvențelor naturale
• Marja de separare este de obicei ±20-30%
• Analiza fazei de proiectare pentru verificare
• Restricții de viteză dacă rezonanța este inevitabilă

Semnificație practică

Vibrațiile majorității utilajelor sunt forțate

• Dezechilibru, nealiniere, angrenare - toate vibrații forțate
• Previzibil și controlabil prin reducerea forțării
• Acțiuni standard de întreținere (echilibrare, aliniere) forțarea adreselor

Abordarea diagnostică

• Identificați frecvența de forțare din spectru
• Potrivirea cu surse de forțare cunoscute (1×, 2×, angrenajul angrenajului etc.)
• Diagnosticarea sursei de forțare
• Reduceți forțarea printr-o întreținere adecvată

Vibrația forțată este tipul fundamental de vibrație în mașinile rotative, provenind din forțele periodice externe care acționează asupra sistemului. Înțelegerea principiilor vibrațiilor forțate - adaptarea frecvenței, proporționalitatea amplitudinii și caracteristicile de răspuns - permite diagnosticarea corectă a surselor de vibrații, luarea unor măsuri corective adecvate (reducerea forțării sau modificarea răspunsului) și strategii de proiectare care minimizează vibrațiile prin reducerea forțării și evitarea rezonanței.

---

← Înapoi la indexul principal