Förstå självexciterad vibration

1. Definition: Vad är självexciterad vibration?

Självupphetsad vibration (även känd som självinducerad eller instabil vibration) är en särskilt farlig typ av vibration där ett systems rörelse inducerar krafter som i sin tur upprätthåller eller förstärker rörelsen. Detta skapar en återkopplingsslinga där vibrationen kan växa i amplitud, ibland till en katastrofal nivå, utan motsvarande ökning av en extern kraftfrekvens.

Detta skiljer sig fundamentalt från en forcerad vibration, som obalans eller feljustering, där vibrationen är ett direkt svar på en specifik, periodisk ingång (kraftfrekvensen). I ett självexciterat system skapar vibrationen sin egen drivkraft.

2. Återkopplingsmekanismen

Mekanismen för självexciterad vibration kan sammanfattas enligt följande:

1. Ett system (t.ex. en rotor i ett lager) är i rörelse.
2. En liten, slumpmässig störning orsakar en liten förskjutning eller hastighetsförändring.
3. Denna rörelseförändring förändrar de krafter som verkar på systemet (t.ex. vätsketrycket i ett lager eller ett verktygs skärkraft).
4. Avgörande är att denna förändrade kraft verkar på ett sätt som *tillför energi* systemet och trycker komponenten ytterligare i den riktning den redan gick.
5. Denna ökade rörelse genererar en ännu större kraft, vilket tillför mer energi, och så vidare.

Denna återkopplingsslinga får vibrationen att växa tills den antingen begränsas av icke-linjäriteter i systemet (som att träffa ett hårt stopp) eller leder till fel.

3. Vanliga exempel på självexciterad vibration

Flera välkända fenomen inom maskindiagnostik är klassiska exempel på självexciterad vibration:

• Oljevirvel och oljevisp: De vanligaste exemplen i roterande maskiner. I ett vätskefilmslager skapar den roterande axeln en oljekil. En störning kan få oljekilen att börja rotera (virvla) runt lagret. Trycket från denna virvlande kil trycker på axeln, vilket ger mer energi till virveln. Den resulterande vibrationen sker inte vid driftshastigheten, utan vid en subsynkron frekvens (vanligtvis 0,42-0,48X löphastighet).
• Chatter i bearbetning: Vid metallbearbetning (svarvning eller fräsning) uppstår vibrationer när skärverktyget börjar vibrera. Denna vibration gör att tjockleken på spånan som skärs varierar. Den varierande spåntjockleken orsakar i sin tur en fluktuation i skärkraften, och denna fluktuerande kraft kan pumpa energi tillbaka till verktygets vibration, vilket får det att utvecklas till ett våldsamt vibrationsljud.
• Aerodynamisk fladder: Vibrationen i en flygplansvinge där vingens böjnings- och vridningsrörelser förändrar dess aerodynamiska profil. Denna profilförändring förändrar lufttrycket på ett sätt som ökar vingens rörelseenergi, vilket leder till katastrofala fel om den inte kontrolleras.
• Rotorns gnuggningar: Ett tillstånd där en rotor kommer i kontakt med en stationär del. Friktionen från gnidningen kan värma upp rotorn, vilket får den att böja sig. Denna böjning ökar gnidningskraften, vilket ökar värmen och böjningen, vilket skapar en återkopplingsslinga som kan leda till kärvning.

4. Viktiga egenskaper och diagnos

Självexciterade vibrationer har ofta distinkta egenskaper i FFT-spektrum:

• Icke-synkrona frekvenser: Vibrationen är vanligtvis inte en heltalsmultipel eller harmonisk av körhastigheten. Den uppstår ofta vid en subsynkron frekvens.
• Instabilitet: Amplituden kan vara mycket instabil och kan växa snabbt med små förändringar i driftsförhållandena (hastighet, temperatur, belastning).
• Plötslig debut: Vibrationen kanske inte alls finns förrän maskinen passerar en viss hastighets- eller belastningströskel, då den kan uppstå plötsligt och med hög amplitud.

Att diagnostisera självexciterad vibration innebär att identifiera dessa karakteristiska icke-synkrona toppar och förstå de fysikaliska mekanismer som kan orsaka en sådan instabilitet i den specifika maskinen.

← Tillbaka till huvudmenyn