Razumevanje resonance v mehanskih sistemih

Definicija: Kaj je resonanca?

Resonanca je fizikalni pojav, ki se pojavi, ko je sistem izpostavljen periodični sili s frekvenco, ki ustreza njegovi lastni naravne frekvenceKo pride do tega frekvenčnega ujemanja, sistem začne vibrirati z izjemno velikimi amplitudami. Energija vhodne sile se zelo učinkovito prenese v sistem, zaradi česar se vibracije dramatično povečajo. Edini dejavnik, ki omejuje amplitudo pri resonanci, je sistem. dušenje.

Povezava med naravno frekvenco in resonanco

Da bi razumeli resonanco, morate najprej razumeti naravno frekvenco. Vsak fizični predmet ima niz naravnih frekvenc, pri katerih bo vibriral, če ga motimo. Te so določene z njegovo maso in togostjo. Resonanca je tisto, kar se zgodi, ko predmet nenehno "potiskate" z natančno enako hitrostjo, kot je ena od njegovih naravnih frekvenc.

Klasična analogija je potiskanje otroka na gugalnici:

• Gugalnica z otrokom na njej ima specifično naravno frekvenco, ki temelji na dolžini vrvi (togost) in masi otroka.
• Če gugalnico enkrat potisnete, bo nihala s svojo naravno frekvenco in se sčasoma ustavila zaradi dušenja (zračni upor in trenje).
• Če svoje potiske časovno uskladite z naravno frekvenco zamaha, vsak potisek doda sistemu več energije in zamah gre vedno višje. To je resonanca.
• Če pritiskate z napačno frekvenco (prehitro ali prepočasno), vaši pritiski ne bodo sinhronizirani z gibanjem zamaha in ne boste mogli doseči velike amplitude.

Zakaj je resonanca problem v strojih?

Pri vrtečih se strojih je resonanca zelo uničujoče in nevarno stanje. "Potisk" povzroča vsaka periodična sila, ki jo ustvarja delovanje stroja, kot so neuravnoteženost, neporavnanost ali sile prehoda lopatic. Če se frekvenca ene od teh sil poravna z naravno frekvenco rotorja, temeljev, nosilne konstrukcije ali pritrjenih cevi stroja, so lahko posledice hude:

• Ekstremne ravni vibracij: Amplitude se lahko ojačajo 10-, 50- ali celo stokrat, odvisno od količine dušenja.
• Visoke dinamične napetosti: Veliki odkloni povzročajo ogromne obremenitve na sestavnih delih, kar vodi do hitre utrujenosti.
• Katastrofalna napaka: Resonanca lahko v zelo kratkem času povzroči razpokane gredi, odpoved ležajev, pretrgane zvare in popolno strukturno odpoved.
• Prekomerni hrup: Visoke ravni vibracij sevajo kot glasen in pogosto tonski hrup.

Simptomi in prepoznavanje resonance

Resonanca ima zelo značilen nabor simptomov, ki pomagajo pri njeni diagnozi:

• Visoko usmerjene vibracije: Vibracije so običajno v eni smeri (npr. vodoravno) veliko večje kot v drugih.
• Oster vrh v vibracijah glede na hitrost: Vibracije so visoke le v zelo ozkem območju hitrosti. Ko stroj pospeši ali upočasni preko te točke, vibracije drastično upadejo.
• Fazni premik za 180 stopinj: Ko hitrost stroja preide skozi resonančno frekvenco, se faza vibracij premakne za 180 stopinj. To je dokončna potrditev resonance.
• Težko je uravnotežiti: Poskus uravnoteženja rotorja, ki deluje na resonanci, je pogosto neučinkovit ali pa lahko celo poslabša težavo. Uteži za korekcijo uravnoteženja bodo nenavadno velike ali majhne, vibracije pa se lahko premaknejo na drugo mesto.

Resonanca je eksperimentalno potrjena z uporabo udarni (ali bump) test za identifikacijo naravnih frekvenc strukture ali z izvedbo preskus zagona/iztekanja opazovati spremembe amplitude in faze, ko stroj prehaja skozi domnevno resonanco.

Kako rešiti problem resonance

Ker je resonanca problem frekvenčnega ujemanja, rešitev vedno vključuje spreminjanje frekvence bodisi "potisnika" bodisi "potisnika":

1. Spremenite frekvenco vsiljevanja: To običajno pomeni spreminjanje delovne hitrosti stroja. To je najpreprostejša rešitev, če je le izvedljiva.
2. Spremeni naravno frekvenco: To je najpogostejša rešitev.
   • Na naslov povečanje naravno frekvenco, morate povečati togost resonančne komponente (npr. z dodajanjem opornika ali vstavka).
   • Na naslov zmanjšanje naravno frekvenco, lahko bodisi zmanjšati togost ali dodajte maso na komponento.
3. Dodaj dušenje: V nekaterih primerih, ko frekvenc ni mogoče spremeniti, lahko dodajanje dušenja (npr. z viskoelastičnimi materiali ali specializiranimi dušilci) zmanjša amplitudo resonančnega vrha na sprejemljivo raven.

← Nazaj na glavno kazalo