Razumevanje prisilnih vibracij
Definicija: Kaj je prisilno nihanje?
Prisilne vibracije je nihajno gibanje, ki ga povzroča zunanja periodična sila, ki deluje na mehanski sistem. Vibracije se pojavljajo pri frekvenci uporabljene sile (frekvenca sile), amplituda pa je sorazmerna z velikostjo funkcije sile in obratno sorazmerna z uporom sistema proti gibanju pri tej frekvenci. Večina vibracije Pri vrtečih se strojih so prisilne vibracije, med pogoste vire sil pa spadajo neravnovesje (rotacijska centrifugalna sila), neusklajenost (sile sklopke) in aerodinamične/hidravlične pulzacije.
Prisilne vibracije se bistveno razlikujejo od samovzburjene vibracije (kjer sistem ustvarja lastno trajno nihanje) in proste vibracije (prehodni odziv po impulzu). Razumevanje načel vsiljenih vibracij je bistvenega pomena, saj pojasnjuje, kako je amplituda vibracij povezana z resnostjo napake in kako je mogoče vibracije nadzorovati z zmanjšanjem sile ali spreminjanjem odziva sistema.
Značilnosti prisilnih vibracij
Ujemanje frekvenc
- Frekvenca vibracij je enaka frekvenci sile
- Če se sila izvaja pri 30 Hz, vibracije pri 30 Hz
- Za razliko od samovzbujenih vibracij, ki se pojavljajo pri naravni frekvenci
- Predvidljiva frekvenca glede na vir sile
Sorazmernost amplitude
- Amplituda vibracij sorazmerna z magnitudo sile
- Podvojitev sile → podvojitev vibracij (linearni sistem)
- Odstranite silo → vibracijske blokade
- Obvladljivo z zmanjšanjem sile
Fazni odnos
- Definitivno faza razmerje med silo in odzivom
- Faza je odvisna od frekvence glede na naravno frekvenco
- Pod resonanco: vibracije v fazi s silo
- Pri resonanci: fazni zamik 90°
- Nad resonanco: fazni zamik 180°
Stabilnost
- Sistem je stabilen – omejen z vibracijami
- Ne raste brez meja
- Amplituda je omejena s silo in odzivom sistema
- V nasprotju z nestabilnimi samovzbujenimi vibracijami
Pogoste funkcije sile v strojih
1. Neravnovesje (1× Vsiljevanje)
- Sila: Vrteča se centrifugalna sila zaradi ekscentričnosti mase
- Pogostost: Enkrat na vrtljaj (1× hitrost gredi)
- Magnituda: F = m × r × ω² (sorazmerno s kvadratom hitrosti)
- Najpogostejši: Primarni vir vibracij v večini vrteče se opreme
2. Neusklajenost (2× prisilno delovanje)
- Sila: Sklopne sile zaradi kotnega/vzporednega odmika
- Pogostost: Dvakrat na vrtljaj (2× hitrost gredi)
- Značilnost: Visoka aksialna komponenta
3. Aerodinamično/hidravlično (prehajanje lopatic/krilc)
- Sila: Pulzacije tlaka zaradi interakcije med lopatico in statorjem
- Pogostost: Število lopatic × hitrost gredi
- Primeri: Ventilatorji, črpalke, kompresorji
4. Sile zobniške mreže
- Sila: Zobni stik, ki ustvarja periodično obremenitev
- Pogostost: Število zob × hitrost gredi
- Magnituda: Povezano s prenesenim navorom in kakovostjo zob
5. Elektromagnetne sile
- Sila: Pulzacije magnetnega polja v motorjih/generatorjih
- Pogostost: 2× omrežna frekvenca (120/100 Hz)
- Neodvisen: Mehanske hitrosti (asinhrono siljenje)
Odziv na prisiljevanje: Obnašanje sistema
Pod naravno frekvenco (nadzorovana togost)
- Amplituda vibracij ≈ Sila / Togost
- Odziv v fazi s prisiljevanjem
- Amplituda se povečuje s hitrostjo za sile, odvisne od hitrosti
- Tipično območje delovanja za večino togih rotorjev
Pri naravni frekvenci (resonanca)
- Amplituda vibracij ≈ Sila / (Dušenje × Naravna frekvenca)
- Amplituda, ojačana z Q-faktorjem (običajno 10–50×)
- 90° fazni zamik
- Majhne sile ustvarjajo velike vibracije
- Dušenje je edini omejujoči dejavnik
Nad naravno frekvenco (nadzorovano z maso)
- Amplituda vibracij ≈ Sila / (Masa × Frekvenca²)
- 180° fazni zamik (vibracije v nasprotni smeri sile)
- Amplituda se zmanjšuje z naraščajočo frekvenco
- Delovno območje za fleksibilne rotorje nad kritičnimi hitrostmi
Prisilne vibracije v primerjavi z drugimi vrstami
Prisilne in proste vibracije
- Prisiljeno: Neprekinjeno siljenje, vzdržne vibracije, pri frekvenci siljenja
- Brezplačno: Impulzni odziv, vibracije upadajo, pri naravni frekvenci
- Primer: Preizkus z udarci povzroča proste vibracije; delujoči stroj povzroča prisilne vibracije
Prisilne in samovzbujene vibracije
- Prisiljeno: Zunanja sila, amplituda sorazmerna s silo, stabilna
- Samozadovoljen: Notranji vir energije, amplituda omejena z nelinearnostjo, nestabilen
- Primeri: Neravnovesje je prisiljeno; oljni vrtinec je samovšečen
Nadzor in blaženje
Zmanjšajte siljenje
- Uravnoteženje: Neposredno zmanjša silo neuravnoteženosti
- Poravnava: Zmanjša sile neusklajenosti
- Popravilo napak: Odpravite mehanske težave, ki ustvarjajo sile
- Najbolj učinkovito: Odpravite ali zmanjšajte vir sile
Spremeni odziv sistema
- Spremeni togost: Premaknite naravne frekvence stran od vsiljenih frekvenc
- Dodaj dušenje: Zmanjšajte ojačanje resonance
- Sprememba mase: Spremeni naravne frekvence
- Izolacija: Zmanjšajte prenos sile na konstrukcijo
Izogibajte se resonanci
- Zagotovite, da se vsiljene frekvence ne ujemajo z naravnimi frekvencami
- Ločilna meja običajno ±20-30%
- Analiza v fazi načrtovanja za preverjanje
- Omejitve hitrosti, če se resonanca ne more izogniti
Praktični pomen
Večina vibracij strojev je prisilnih
- Neuravnoteženost, neusklajenost, zobniški prijem – vse to so prisilne vibracije
- Predvidljivo in nadzorljivo z zmanjšanjem prisile
- Standardni vzdrževalni ukrepi (ravnovesje, poravnava) obravnavajo vsiljenje
Diagnostični pristop
- Določite frekvenco sile iz spektra
- Ujemanje z znanimi viri sil (1×, 2×, zobniški stik itd.)
- Diagnosticiranje vira sile
- Z ustreznim vzdrževanjem zmanjšajte silo
Vsiljene vibracije so osnovna vrsta vibracij v vrtljivih strojih, ki nastanejo zaradi zunanjih periodičnih sil, ki delujejo na sistem. Razumevanje načel vsiljenih vibracij – frekvenčnega ujemanja, sorazmernosti amplitude in odzivnih značilnosti – omogoča pravilno diagnozo virov vibracij, ustrezne korektivne ukrepe (zmanjšanje sil ali spreminjanje odziva) in načrtovanje strategij, ki zmanjšujejo vibracije z zmanjšanjem sil in izogibanjem resonanci.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 