Förstå stelhet

1. Definition: Vad är styvhet?

Styvhet är en grundläggande fysikalisk egenskap som beskriver i vilken utsträckning ett objekt eller en struktur motstår deformation eller nedböjning som svar på en applicerad kraft. I samband med vibrationsanalys, styvhet (ofta betecknad med bokstaven 'k') är en av de tre viktigaste egenskaperna, tillsammans med massa (m) och dämpning (c), som styr vibrationsbeteendet hos alla mekaniska system.

En komponent med hög styvhet kommer att böja sig mycket lite under en given belastning, medan en komponent med låg styvhet kommer att böja sig avsevärt. Till exempel har en tjock, kort stålstång hög styvhet, medan ett långt, tunt gummiband har mycket låg styvhet.

2. Styvhetens avgörande roll i vibrationer

Ett systems styvhet är en viktig faktor för att bestämma dess naturliga frekvenserDen naturliga frekvensen är den frekvens med vilken ett system kommer att oscillera om det störs och sedan tillåts vibrera fritt. Sambandet definieras av den grundläggande formeln:

Naturfrekvens (ωn) ≈ √(k / m)

Där 'k' är styvheten och 'm' är massan. Detta samband visar att:

• Ökande styvhet vilja öka den naturliga frekvensen.
• Minskande styvhet vilja minska den naturliga frekvensen.
• Ökande massa vilja minska den naturliga frekvensen.

3. Styvhet och resonans

Detta förhållande är oerhört viktigt på grund av fenomenet med resonansResonans uppstår när en forceringsfrekvens (som löphastighet (av en maskin) matchar en av systemets naturliga frekvenser. När detta händer förstärks vibrationsamplituden dramatiskt, vilket ofta leder till för tidigt slitage och katastrofala fel.

Att förstå styvhet är därför avgörande för att diagnostisera och lösa resonansproblem:

• Problemdiagnos: Om en maskin är i resonans vet analytikern att forceringsfrekvensen är för nära en naturlig frekvens.
• Lösningsdesign: För att åtgärda problemet måste analytikern ändra systemets egenfrekvens. Eftersom det ofta är svårt att ändra en maskins massa eller kraftfrekvensen (dess körhastighet) är den vanligaste lösningen att ändra styvheten. Genom att lägga till stag, kilar eller förbättra maskinens fundament ökas systemets styvhet. Detta höjer egenfrekvensen, flyttar den bort från kraftfrekvensen och eliminerar resonanstillståndet. Frekvensresponsfunktion (FRF) Mätning används för att bekräfta förändringen i egenfrekvens.

4. Stelhet vid maskindiagnostik

Förändringar i styvhet kan också vara en direkt indikator på en förkastning som utvecklas:

• Löshet: En lös monteringsbult eller en spricka som uppstår i en maskins ram eller fundament representerar en betydande förlust av lokal styvhet. Detta kommer att orsaka att maskinens vibrationsamplitud ökar. I FFT-spektrum, mekanisk glappning genererar ofta en serie av övertoner (1X, 2X, 3X, etc.) av löphastigheten.
• Mjuk fot: Detta tillstånd, där en maskinfot inte sitter platt på sin bas, skapar en förvrängd och icke-linjär styvhetsprofil, vilket kan leda till höga vibrationer och försvåra uppriktningen.
• Lagerslitage: När ett lager slits ut ökar spelrummet mellan rullkropparna och lagerbanorna. Detta kan ses som en minskning av rotorns stödsystems totala styvhet, vilket kan sänka rotorns kritiska varvtal.

← Tillbaka till huvudmenyn