Înțelegerea rezonanței cadrului

Dispozitive

Ebalansator portabil și analizor de vibrații Balanset-1A.

$2,353.83

Piese

Senzor de vibrații.

$107.26

Piese

Senzor optic (tahometru laser).

$147.78

Dispozitive

Balanset-4.

$8,107.90

Piese

Stand magnetic Insize-60-kgf.

$54.82

Piese

Ceasetă reflectorizantă.

$11.92

Dispozitive

Ebalansator dinamic "Balanset-1A" OEM.

$2,067.80

Definiție: Ce este rezonanța cadrului?

Rezonanța cadrului este un tip specific de rezonanță structurală în cazul în care cadrul structural, carcasa, carcasa sau incinta mașinii vibrează la unul dintre punctele sale frecvențe naturale ca răspuns la excitația componentelor rotative. Spre deosebire de rezonanțele fundației sau piedestalului, care implică structura de susținere, rezonanța cadrului implică corpul mașinii în sine - structura din fontă sau oțel fabricat care înconjoară elementele rotative.

Rezonanța cadrului este frecventă în cazul utilajelor cu carcase mari și relativ ușoare, cum ar fi ventilatoarele, suflantele, pompele și motoarele. Se manifestă de obicei ca zgomot excesiv, vibrații vizibile ale capacelor sau panourilor și... vibrații citiri de pe cadru care sunt disproporționate față de vibrația reală a rotorului.

Situații de rezonanță a cadrului comun

Cadre de motor și generator

• Frecvențe naturale: De obicei 50-400 Hz, în funcție de dimensiune și construcție
• Excitaţie: 1× (dezechilibru), 2× frecvență de rețea (120 Hz pentru motoare de 60 Hz), forțe electromagnetice
• Simptome: Vibrații ale cadrului mult mai mari decât vibrațiile rulmentului; zumzet sau bâzâit audibil
• Severitate: Vibrațiile pe cadru pot fi de 5-10 ori mai mari decât la rulmenți

Carcase pentru ventilator și suflante

• Frecvențe naturale: 20-200 Hz pentru ventilatoare industriale tipice
• Excitaţie: Frecvența de trecere a lamei (numărul de pale × RPM)
• Simptome: Panourile carcasei vibrează violent; zgomot aerodinamic puternic
• Caracteristică: Poate apărea doar la anumite viteze sau condiții de curgere

Carcase de pompă

• Frecvențe naturale: 30-300 Hz, în funcție de designul carcasei
• Excitaţie: Frecvența de trecere a paletelor, pulsații hidraulice
• Simptome: Vibrații ale carcasei, zgomot, potențial de fisuri prin oboseală
• Cuplaj hidraulic: Carcasa umplută cu fluid poate cupla vibrațiile rotorului și carcasei

Carcase cutie de viteze

• Excitație de frecvență a angrenajului
• Frecvențele naturale ale cadrului se suprapun adesea cu frecvențele rețelei
• Scârțâit puternic caracteristic al echipamentului atunci când rezonează

Semnătura și detectarea vibrațiilor

Simptome caracteristice

• În funcție de locație: Vibrațiile variază dramatic pe suprafața cadrului (diferențe comune de 10×)
• Rulment vs. cadru: Vibrații ale cadrului >> vibrații ale rulmentului (poate fi de 3-10×)
• Specific frecvenței: Numai la frecvența de rezonanță; alte frecvențe sunt normale
• Sensibil la viteză: Severă în intervalul îngust de viteză (±10-20% viteză rezonantă)
• Mișcare vizuală: Mișcarea cadrului este adesea vizibilă cu ochiul liber

Teste de diagnostic

Test de impact (ciocănire)

• Cadru de lovire cu ciocan de cauciuc sau ciocan instrumentat
• Măsurați răspunsul cu accelerometru
• Identificați frecvențele naturale ale cadrului din vârfurile răspunsului în frecvență
• Comparați cu frecvențele de funcționare (1×, 2×, trecerea lamei etc.)

Studiu cu accelerometru mobil

• Măsurați vibrațiile în mai multe puncte ale cadrului în timpul funcționării
• Creați o hartă a vibrațiilor care arată zonele cu vibrații ridicate și joase
• Modelul dezvăluie forma modului (îndoire, răsucire, flexarea panoului)
• Identifică antinodurile (mișcare maximă) și nodurile (mișcare minimă)

Măsurarea funcției de transfer

• Măsurați coerența dintre vibrația rulmentului (intrare) și vibrația cadrului (ieșire)
• Coerența ridicată la o frecvență specifică confirmă rezonanța
• Funcția de transfer arată factorul de amplificare

Soluții și atenuare

Modificări de rigidizare

Adăugați nervuri structurale sau gușeuri

• Creșterea rigidității la încovoiere a cadrului
• Ridică frecvențele naturale peste intervalul de excitație
• Relativ economic și eficient
• Poate fi adaptat la echipamentele existente

Creșterea grosimii materialului

• Îngroșați pereții sau panourile cadrului
• Crește semnificativ rigiditatea și frecvența
• Poate necesita modificări ale designului și noi piese turnate/fabricate

Legături structurale și contravântuiri

• Conectați laturile opuse ale cadrului pentru a preveni îndoirea
• Contravântuirile încrucișate cresc rigiditatea la torsiune
• Poate fi adăugat extern fără modificări interne

Adăugarea de masă

• Frecvență naturală inferioară: Adăugați masă pentru a reduce frecvența sub intervalul de excitație
• Plasare strategică: Adăugați masă în locațiile antinodului pentru un efect maxim
• Masă reglată: Adăugare de masă calculată cu atenție pentru a schimba modul specific
• Compromis: Greutate crescută, poate să nu fie de dorit pentru toate aplicațiile

Tratamente de amortizare

Amortizarea stratului constrâns

• Material vâscoelastic intercalat între straturi metalice
• Aplicat pe suprafețe plane mari (panouri, capace)
• Reduce amplitudinea vârfului de rezonanță cu 50-80%
• Eficient în intervalul 20-500 Hz

Amortizare în strat liber

• Material de amortizare lipit direct pe suprafața vibratoare
• Mai simplu decât stratul constrâns, dar mai puțin eficient
• Bun pentru aplicații cu accesibilitate limitată

Schimbări operaționale

• Schimbare de viteză: Funcționează la o viteză la care nu apare rezonanța
• Reduceți forțarea: Îmbunătățiți echilibrul și alinierea pentru a reduce amplitudinea excitației
• Modificări ale procesului: Modificarea debitului, presiunii sau sarcinii pentru a schimba frecvențele de excitație

Prevenirea în proiectare

Principii de proiectare

• Rigiditate adecvată: Cadru de proiectare cu frecvențe naturale > 2× cea mai mare frecvență de excitație
• Distribuție în masă: Evitați masele concentrate care creează moduri de joasă frecvență
• Nervuri și armătură: Încorporează elemente de rigidizare de la început
• Analiză modală: FEA în timpul proiectării pentru a prezice și optimiza frecvențele naturale

Verificarea designului

• Testarea prototipului cu analiza impactului
• Măsurarea formei deformării operaționale pe primele unități
• Modificați designul înainte de producție dacă se constată rezonanțe

Exemplu de caz

Situaţie: Motor de 75 CP care acționează ventilatorul centrifugal, zgomot și vibrații excesive

• Simptome: Vibrații ale cadrului motorului 12 mm/s; vibrații ale rulmentului doar 2,5 mm/s
• Frecvenţă: 120 Hz (2× frecvența rețelei pentru motorul de 60 Hz)
• Test de impact: Frecvența naturală a cadrului dezvăluit la 118 Hz
• Cauza de bază: Cadru care rezonează la frecvența de forțare electromagnetică
• Soluție: Adăugate patru guri de fier unghiulare care conectează picioarele motorului la clopotele de capăt
• Rezultat: Frecvența naturală a cadrului a fost mutată la 165 Hz, vibrațiile au scăzut la 3,2 mm/s
• Cost: $200 în ceea ce privește materialele față de $8.000 pentru înlocuirea motorului

Rezonanța cadrului este o problemă frecventă, dar adesea diagnosticată greșit, a vibrațiilor. Recunoașterea simptomelor caracteristice (vibrații ridicate ale cadrului în raport cu vibrațiile rulmentului, specifice frecvenței, dependente de locație) și aplicarea tehnicilor de diagnosticare adecvate (testarea la impact, analiza ODS) permite soluții specifice care pot reduce dramatic vibrațiile la un cost modest.

---

← Înapoi la indexul principal