Înțelegerea analizei torsionale

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 analiza torsională?

Analiza torsională este măsurarea, evaluarea și modelarea vibrații torsionale—oscilații de răsucire în jurul axei arborelui—în trenurile de acționare ale mașinilor rotative. Spre deosebire de vibrații laterale (îndoire) care se măsoară ușor cu ajutorul standardului accelerometre, Vibrațiile torsionale necesită tehnici specializate de măsurare (tensometre, tahometre duale, vibrometrie cu laser) și analiză pentru a detecta oscilațiile unghiulare, a determina frecvențele naturale de torsiune și a evalua riscul de oboseală la arbori, cuplaje și angrenaje.

Analiza torsională este esențială pentru transmisiile motoarelor cu piston, arborii de transmisie lungi, cutiile de viteze de mare putere și aplicațiile motoarelor cu flux variabil de frecvență, unde vibrațiile torsionale pot provoca defecțiuni catastrofale ale arborelui sau cuplajului, în ciuda nivelurilor acceptabile de vibrații laterale. Este o capacitate de diagnosticare specializată, dar esențială, pentru prevenirea defecțiunilor bruște și neașteptate în sistemele de transmisie a puterii.

De ce este necesară analiza torsională

Vibrații torsionale vs. vibrații laterale

• Lateral: Îndoire, mișcare laterală, măsurată cu accelerometre standard
• Torsional: Rotire în jurul axei, fără deplasare laterală, invizibil pentru senzorii standard
• Independenţă: Poate avea torsiune severă cu înclinare laterală scăzută (și invers)
• Daune: Torsiunea poate provoca defecțiuni ale arborelui/cuplajului fără avertisment din măsurătorile laterale

Moduri de defecțiune

• Fracturi la oboseală ale arborelui (de obicei la 45° față de axă)
• Defectarea elementului de cuplare (dinți ai angrenajului, elemente flexibile)
• Ruperea dinților angrenajului din cauza sarcinilor oscilante
• Deteriorarea cheii și a canelurii cheii din cauza fretării

Tehnici de măsurare

1. Metoda tensometrului

Măsurarea directă a tensiunii torsionale:

• Tensometre lipite la 45° față de axa arborelui (orientare la tensiune maximă de forfecare)
• Măsoară deformarea de forfecare din răsucire
• Necesită inele colectoare sau telemetrie wireless pentru arbori rotativi
• Cel mai precis, dar complex și scump
• Utilizare principală în cercetare și dezvoltare

2. Metoda cu tahometru dublu

• Doi senzori optici în locații diferite ale puțului
• Măsurați diferența de fază dintre locații
• Diferență de fază = răsucire unghiulară = vibrație torsională
• Fără contact și practic
• Limitat la torsiune de joasă frecvență (< 100 Hz de obicei)

3. Vibrometru torsional cu laser

• Sistem laser Doppler specializat
• Măsoară fluctuațiile vitezei unghiulare
• Fără contact
• Gamă largă de frecvență
• Scump, dar puternic

4. Analiza curentului motorului

• Vibrațiile torsionale creează fluctuații de curent
• Analizați spectrul de curent al motorului
• Indirect, dar neinvaziv
• Instrument util de screening

Analiză torsională analitică

Modelare matematică

• Model torsional cu masă globală al trenului de transmisie
• Calculați frecvențele naturale de torsiune
• Preziceți răspunsul la sursele de excitație
• Identificarea vitezelor critice și a rezonanțelor

Surse de excitație

• Motoare cu piston: Impulsurile de ardere creează excitație torsională
• Plasă de angrenaj: Angrenarea dinților creează un cuplu oscilatoriu
• VFD-uri: Armonice de frecvență de comutare PWM
• Electric: Frecvențele de trecere a polilor și de alunecare a motorului

Diagrama Campbell pentru torsiune

• Reprezentați grafic frecvențele naturale de torsiune în funcție de viteză
• Suprapunerea liniilor de ordine a excitației
• Identificarea vitezelor critice de torsiune (puncte de interferență)
• Selectarea vitezei de funcționare ghidată

Aplicații critice

Acționări ale motorului cu piston

• Generatoare diesel
• Compresoare pentru motoare pe benzină
• Propulsie marină
• Pulsațiile mari de cuplu necesită analiză

Arbori de transmisie lungi

• Acționări pentru laminoare
• Arbore de elice marine
• Acționări ale mașinilor de hârtie
• Lungimea creează o rigiditate torsională redusă

Cutii de viteze de mare putere

• Cutii de viteze pentru turbine eoliene
• Reductoare industriale > 1000 CP
• Excitarea modurilor torsionale prin angrenare

Sisteme de motoare VFD

• Acționările cu frecvență variabilă creează excitație torsională
• Armonicile PWM pot excita rezonanțe torsionale
• Îngrijorare crescândă cu privire la proliferarea VFD-urilor

Rezultatele analizei

Frecvențe naturale de torsiune

• Identificați din măsurători sau calcule
• Comparați cu frecvențele de excitație
• Verificați separarea adecvată

Niveluri de stres

• Calculați tensiunea de forfecare alternativă din vibrațiile măsurate
• Comparați cu limitele de rezistență ale materialelor
• Evaluează consumul de viață la oboseală
• Determinați dacă tensiunile sunt acceptabile

Amortizare

• Măsurați din răspuns la rezonanțe torsionale
• De obicei foarte scăzut (< 1% de nivel critic)
• Amortizarea scăzută înseamnă rezonanțe ascuțite

Strategii de atenuare

Separarea frecvenței

• Asigurați separarea componentelor naturale torsionale de frecvențele de excitație
• Modificarea diametrului arborelui, a lungimii sau a rigidității cuplajului
• Modificarea inerțiilor (adăugarea volantei)

Adăugarea de amortizare

• Amortizoare torsionale (vâscoase sau de frecare)
• Cuplaje cu amortizare ridicată
• Reduce amplificarea rezonanței

Modificări ale vitezei de operare

• Evitați funcționarea continuă la viteze critice de torsiune
• Restricționarea intervalelor de viteză
• Reglarea VFD pentru a minimiza excitația

Analiza torsională este o disciplină specializată în vibrații care abordează oscilațiile de răsucire ce pot provoca defecțiuni catastrofale invizibile pentru monitorizarea standard a vibrațiilor laterale. Deși necesită tehnici specializate de măsurare și analiză, analiza torsională este esențială pentru acționarea motoarelor cu piston, a arborilor lungi, a cutiilor de viteze de mare putere și a sistemelor VFD, unde vibrațiile torsionale prezintă riscuri semnificative pentru fiabilitate și siguranță.

---

← Înapoi la indexul principal