Razumevanje resonance okvirja

Naprave

Prenosni balanser in analizator vibracij Balanset-1A

$2,358.31

Deli

Senzor vibracij

$107.47

Deli

Optični senzor (laserski tahometer)

$148.07

Naprave

Balanset-4

$8,123.32

Deli

Magnetno stojalo velikosti 60 kgf

$54.93

Deli

Reflektivni trak

$11.94

Naprave

Dinamični balanser "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicija: Kaj je resonanca okvirja?

Resonanca okvirja je specifična vrsta strukturna resonanca kjer lasten konstrukcijski okvir, ohišje, zaščitna plast ali ohišje stroja vibrira na enem od svojih naravne frekvence kot odziv na vzbujanje iz vrtečih se komponent. Za razliko od resonanc temeljev ali podstavkov, ki vključujejo nosilno konstrukcijo, resonanca okvirja vključuje samo telo stroja – litoželezno ali jekleno konstrukcijo, ki obdaja vrteče se elemente.

Resonanca okvirja je pogosta pri strojih z velikimi, relativno lahkimi ohišji, kot so ventilatorji, puhala, črpalke in motorji. Običajno se kaže kot prekomeren hrup, vidne vibracije pokrovov ali plošč in visoka vibracije odčitki na okvirju, ki so nesorazmerni z dejanskimi vibracijami rotorja.

Pogoste situacije z resonanco okvirja

Okvirji motorjev in generatorjev

• Naravne frekvence: Običajno 50–400 Hz, odvisno od velikosti in konstrukcije
• Vzbujanje: 1× (neuravnoteženost), 2× omrežna frekvenca (120 Hz za motorje 60 Hz), elektromagnetne sile
• Simptomi: Vibracije okvirja so veliko višje od vibracij ležajev; slišno brenčanje ali brenčanje
• Resnost: Vibracije na okvirju so lahko 5–10× večje kot na ležajih

Ohišja ventilatorjev in puhal

• Naravne frekvence: 20–200 Hz za tipične industrijske ventilatorje
• Vzbujanje: Frekvenca prehoda rezila (število lopatic × vrtljaji na minuto)
• Simptomi: Ohišne plošče močno vibrirajo; glasen aerodinamični hrup
• Značilnost: Lahko se pojavi le pri določenih hitrostih ali pogojih pretoka

Ohišja črpalk

• Naravne frekvence: 30–300 Hz, odvisno od zasnove ohišja
• Vzbujanje: Frekvenca premikanja lopatic, hidravlične pulzacije
• Simptomi: Vibracije ohišja, hrup, možnost utrujenostnih razpok
• Hidravlična sklopka: Ohišje, napolnjeno s tekočino, lahko združi vibracije rotorja in ohišja

Ohišja menjalnikov

• Vzbujanje frekvence zobniškega zatikanja
• Naravne frekvence okvirja se pogosto prekrivajo s frekvencami mreže
• Značilno glasno cviljenje zobnikov pri resonanci

Vibracijski podpis in zaznavanje

Značilni simptomi

• Odvisno od lokacije: Vibracije se po površini okvirja močno razlikujejo (pogoste razlike so 10-krat večje)
• Ležaj proti okvirju: Vibracije okvirja >> vibracije ležaja (lahko 3–10×)
• Specifična frekvenca: Samo pri resonančni frekvenci; druge frekvence so normalne
• Občutljivo na hitrost: Hudo v ozkem območju hitrosti (±10-20% resonančne hitrosti)
• Vizualno gibanje: Gibanje okvirja je pogosto vidno s prostim očesom

Diagnostični testi

Preskus udarca (bump)

• Udarite po okvirju z gumijastim kladivom ali kladivom z instrumenti
• Izmerite odziv z merilnik pospeška
• Prepoznajte naravne frekvence okvirja iz vrhov v frekvenčnem odzivu
• Primerjajte z delovnimi frekvencami (1×, 2×, prehod lopatic itd.)

Raziskava o premikajočem se akcelerometru

• Med delovanjem izmerite vibracije na več točkah okvirja
• Ustvarite vibracijski zemljevid, ki prikazuje visoka in nizka območja
• Vzorec razkriva obliko načina (upogibanje, zvijanje, upogibanje plošče)
• Identificira antinode (največje gibanje) in vozlišča (minimalno gibanje)

Merjenje prenosne funkcije

• Izmerite skladnost med vibracijami ležaja (vhod) in vibracijami okvirja (izhod)
• Visoka koherenca pri določeni frekvenci potrjuje resonanco
• Prenosna funkcija prikazuje faktor ojačanja

Rešitve in blaženje

Spremembe ojačitve

Dodajte strukturna rebra ali vstavke

• Povečajte upogibno togost okvirja
• Zviša naravne frekvence nad območje vzbujanja
• Relativno ekonomično in učinkovito
• Lahko se naknadno vgradi v obstoječo opremo

Povečajte debelino materiala

• Zgostitev okvirnih sten ali plošč
• Znatno poveča togost in frekvenco
• Morda bodo potrebne spremembe zasnove in novi ulitki/izdelava

Strukturne vezi in ojačitve

• Povežite nasprotne strani okvirja, da preprečite upogibanje
• Prečna opora poveča torzijsko togost
• Lahko se doda od zunaj brez notranjih sprememb

Seštevanje mase

• Nižja naravna frekvenca: Dodajte maso za zmanjšanje frekvence pod območje vzbujanja
• Strateška postavitev: Za največji učinek dodajte maso na mesta antinodov
• Uglašena masa: Skrbno izračunan dodatek mase za specifičen način prestavljanja
• Kompromis: Povečana teža morda ni zaželena za vse aplikacije

Dušilne obdelave

Dušenje omejenih plasti

• Viskoelastični material, stisnjen med kovinske plasti
• Uporablja se za velike ravne površine (plošče, pokrovi)
• Zmanjša amplitudo resonančnega vrha za 50-80%
• Učinkovito v območju 20–500 Hz

Prosto dušenje plasti

• Dušilni material, pritrjen neposredno na vibrirajočo površino
• Enostavnejše od omejene plasti, vendar manj učinkovito
• Dobro za aplikacije z omejeno dostopnostjo

Operativne spremembe

• Sprememba hitrosti: Delujte s hitrostjo, pri kateri ne pride do resonance
• Zmanjšajte siljenje: Izboljšajte ravnotežje in poravnavo za zmanjšanje amplitude vzbujanja
• Spremembe procesa: Spremenite pretok, tlak ali obremenitev za premik vzbujevalnih frekvenc

Preprečevanje v oblikovanju

Načela oblikovanja

• Zadostna togost: Zasnova okvirja z naravnimi frekvencami > 2× najvišja vzbujevalna frekvenca
• Masna porazdelitev: Izogibajte se koncentriranim masam, ki ustvarjajo nizkofrekvenčne načine
• Rebra in ojačitev: Vključite elemente ojačitve že od samega začetka
• Modalna analiza: MKE med načrtovanjem za napovedovanje in optimizacijo lastnih frekvenc

Preverjanje zasnove

• Testiranje prototipov z analizo vpliva
• Merjenje oblike odklona pri delovanju na prvih enotah
• Pred proizvodnjo spremenite zasnovo, če odkrijete resonance

Primer primera

Situacija: 75 KM motor poganja centrifugalni ventilator, prekomeren hrup in vibracije

• Simptomi: Vibracije okvirja motorja 12 mm/s; vibracije ležajev samo 2,5 mm/s
• Pogostost: 120 Hz (2× omrežna frekvenca za motor 60 Hz)
• Preskus udarca: Naravna frekvenca razkritega okvirja pri 118 Hz
• Osnovni vzrok: Okvir, ki resonira pri frekvenci elektromagnetnega siljenja
• Rešitev: Dodani štirje kotni železni vstavki, ki povezujejo motorne noge s končnimi zvonovi
• Rezultat: Naravna frekvenca okvirja se je premaknila na 165 Hz, vibracije so se zmanjšale na 3,2 mm/s
• Stroški: $200 v materialih v primerjavi z $8.000 za zamenjavo motorja

Resonanca okvirja je pogosta, a pogosto napačno diagnosticirana težava z vibracijami. Prepoznavanje značilnih simptomov (visoke vibracije okvirja glede na vibracije ležajev, frekvenčno specifične, od lokacije odvisne) in uporaba ustreznih diagnostičnih tehnik (udarni testi, analiza ODS) omogoča ciljno usmerjene rešitve, ki lahko znatno zmanjšajo vibracije z zmernimi stroški.

---

← Nazaj na glavno kazalo