Vad är forcerad vibration? Extern excitationsrespons • Bärbar balanserare, vibrationsanalysator "Balanset" för dynamisk balansering av krossar, fläktar, mulchers, skruvar på skördetröskor, axlar, centrifuger, turbiner och många andra rotorer Vad är forcerad vibration? Extern excitationsrespons • Bärbar balanserare, vibrationsanalysator "Balanset" för dynamisk balansering av krossar, fläktar, mulchers, skruvar på skördetröskor, axlar, centrifuger, turbiner och många andra rotorer

Vad är forcerad vibration? Extern excitationsrespons

Publicerad av admin på

Förstå forcerad vibration

Definition: Vad är forcerad vibration?

Tvingad vibration är oscillerande rörelse orsakad av en extern periodisk kraft som appliceras på ett mekaniskt system. Vibrationen uppstår vid frekvensen för den applicerade kraften (kraftfrekvensen), och amplituden är proportionell mot kraftfunktionens storlek och omvänt proportionell mot systemets motstånd mot rörelse vid den frekvensen. De flesta vibration i roterande maskiner är påtvingad vibration, med vanliga påtvingande källor inklusive obalans (roterande centrifugalkraft), feljustering (kopplingskrafter) och aerodynamiska/hydrauliska pulsationer.

Tvingad vibration skiljer sig fundamentalt från självexciterad vibration (där systemet genererar sin egen ihållande oscillation) och fri vibration (transient respons efter impuls). Att förstå principerna för forcerade vibrationer är viktigt eftersom det förklarar hur vibrationsamplituden relaterar till felets allvarlighetsgrad och hur vibrationer kan kontrolleras genom att minska forceringen eller modifiera systemresponsen.

Egenskaper hos forcerad vibration

Frekvensmatchning

  • Vibrationsfrekvensen är lika med forceringsfrekvensen
  • Om forcering sker vid 30 Hz, vibration sker vid 30 Hz
  • Till skillnad från självexciterad vibration som uppstår vid naturlig frekvens
  • Förutsägbar frekvens baserad på forceringskälla

Amplitudproportionalitet

  • Vibrationsamplitud proportionell mot kraftmagnituden
  • Dubbel kraft → dubbel vibration (linjärt system)
  • Ta bort forcering → vibrationsstopp
  • Styrbar genom kraftreducering

Fasförhållande

  • Bestämd fas sambandet mellan kraft och respons
  • Fas beror på frekvens i förhållande till egenfrekvens
  • Under resonans: vibration i fas med kraften
  • Vid resonans: 90° fasfördröjning
  • Ovanstående resonans: 180° fasfördröjning

Stabilitet

  • Systemet är stabilt – vibrationsbegränsat
  • Växer inte utan gränser
  • Amplituden begränsas av forcering och systemrespons
  • Kontraster med instabil självupphetsad vibration

Vanliga tvångsfunktioner i maskiner

1. Obalans (1× Forcering)

  • Tvinga: Roterande centrifugalkraft från massexcentricitet
  • Frekvens: En gång per varv (1× axelhastighet)
  • Storlek: F = m × r × ω² (proportionell mot hastigheten i kvadrat)
  • Vanligast: Primär vibrationskälla i de flesta roterande utrustningar

2. Feljustering (2× tvångsförskjutning)

  • Tvinga: Kopplingskrafter från vinkel-/parallellförskjutning
  • Frekvens: Två gånger per varv (2× axelhastighet)
  • Karakteristisk: Hög axiell komponent

3. Aerodynamisk/hydraulisk (blad-/vingpassering)

  • Tvinga: Tryckpulsationer från blad-stator-interaktion
  • Frekvens: Antal blad × axelhastighet
  • Exempel: Fläktar, pumpar, kompressorer

4. Kugghjulsnätets krafter

  • Tvinga: Tandpåverkan skapar periodisk belastning
  • Frekvens: Antal tänder × axelhastighet
  • Storlek: Relaterat till överfört vridmoment och tandkvalitet

5. Elektromagnetiska krafter

  • Tvinga: Magnetiska fältpulsationer i motorer/generatorer
  • Frekvens: 2× linjefrekvens (120/100 Hz)
  • Oberoende: Av mekanisk hastighet (asynkron tvångskraft)

Svar på tvångsstyrning: Systembeteende

Under naturlig frekvens (styvhetskontrollerad)

  • Vibrationsamplitud ≈ Kraft / Styvhet
  • Svar i fas med forcering
  • Amplituden ökar med hastigheten för hastighetsberoende krafter
  • Typiskt driftområde för de flesta styva rotorer

Vid naturlig frekvens (resonans)

  • Vibrationsamplitud ≈ Kraft / (Dämpning × Egenfrekvens)
  • Amplitud förstärkt med Q-faktor (vanligtvis 10–50×)
  • 90° fasfördröjning
  • Små krafter skapar stora vibrationer
  • Dämpning är den enda begränsande faktorn

Över naturlig frekvens (masskontrollerad)

  • Vibrationsamplitud ≈ Kraft / (Massa × Frekvens²)
  • 180° fasfördröjning (vibration motsatt kraftriktning)
  • Amplituden minskar med ökande frekvens
  • Driftsområde för flexibla rotorer över kritiska hastigheter

Tvingad vibration jämfört med andra typer

Tvingad kontra fri vibration

  • Forcerad: Kontinuerlig tvångskraft, vibration ihållande, vid tvångsfrekvens
  • Gratis: Impulsrespons, vibration avtar, vid naturlig frekvens
  • Exempel: Stöttestet producerar fri vibration; löpbandet producerar forcerad vibration

Tvingad kontra självexciterad vibration

  • Forcerad: Extern kraft, amplitud proportionell mot kraften, stabil
  • Självupphetsad: Intern energikälla, amplitud begränsad av icke-linjäritet, instabil
  • Exempel: Obalans är påtvingad; oljevirvel är självupphetsad

Kontroll och begränsning

Minska tvång

  • Balansering: Minskar obalanskraft direkt
  • Inriktning: Minskar feljusteringskrafter
  • Reparera fel: Åtgärda mekaniska problem som skapar krafter
  • Mest effektiv: Eliminera eller minimera kraftkällan

Ändra systemrespons

  • Ändra styvhet: Flytta egenfrekvenser bort från forcerande frekvenser
  • Lägg till dämpning: Minska resonansförstärkningen
  • Ändra massa: Ändra naturliga frekvenser
  • Isolering: Minska kraftöverföringen till konstruktionen

Undvik resonans

  • Se till att forceringsfrekvenserna inte matchar naturliga frekvenser
  • Separationsmarginal vanligtvis ±20-30%
  • Analys i designfasen för att verifiera
  • Hastighetsbegränsningar om resonans är oundviklig

Praktisk betydelse

De flesta maskinvibrationer är påtvingade

  • Obalans, feljustering, kugghjulsingrepp – alla påtvingade vibrationer
  • Förutsägbar och kontrollerbar genom forceringsreducering
  • Standardåtgärder för underhåll (balansera, justera) åtgärdar tvång

Diagnostisk metod

  • Identifiera forceringsfrekvens från spektrum
  • Matcha med kända kraftkällor (1×, 2×, kugghjulsingrepp, etc.)
  • Diagnostisera forceringskällan
  • Minska tvångsarbete genom lämpligt underhåll

Forcerade vibrationer är den grundläggande vibrationstypen i roterande maskiner och uppstår på grund av externa periodiska krafter som verkar på systemet. Att förstå principerna för forcerade vibrationer – frekvensmatchning, amplitudproportionalitet och responsegenskaper – möjliggör korrekt diagnos av vibrationskällor, lämpliga korrigerande åtgärder (reducera forcering eller modifiera respons) och designstrategier som minimerar vibrationer genom minskning av forcering och undvikande av resonans.

← Tillbaka till huvudmenyn

Kategorier:
WhatsApp