ทำความเข้าใจเกี่ยวกับรูปร่างโหมดในไดนามิกของโรเตอร์

อุปกรณ์

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

อะไหล่

Vibration sensor

$107.47

อะไหล่

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

อุปกรณ์

Balanset-4

$8,123.32

อะไหล่

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

อะไหล่

Reflective tape

$11.94

อุปกรณ์

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

คำจำกัดความ: โหมดรูปร่างคืออะไร?

ก โหมดรูปร่าง (เรียกอีกอย่างว่าโหมดการสั่นสะเทือนหรือโหมดธรรมชาติ) เป็นรูปแบบเชิงพื้นที่ลักษณะเฉพาะของการเสียรูปที่เกิดขึ้น โรเตอร์ ระบบจะถือว่ามีการสั่นสะเทือนที่จุดใดจุดหนึ่ง ความถี่ธรรมชาติ. อธิบายถึงแอมพลิจูดสัมพันธ์และเฟสของการเคลื่อนที่ที่ทุกจุดบนโรเตอร์เมื่อระบบสั่นอย่างอิสระที่ความถี่เรโซแนนซ์เฉพาะ.

รูปร่างโหมดแต่ละแบบจะเชื่อมโยงกับความถี่ธรรมชาติเฉพาะ และเมื่อนำมารวมกันแล้วจะสร้างคำอธิบายที่สมบูรณ์เกี่ยวกับพฤติกรรมแบบไดนามิกของระบบ การทำความเข้าใจรูปร่างโหมดเป็นพื้นฐานสำคัญ ไดนามิกของโรเตอร์, ในขณะที่พวกเขากำหนดว่าที่ไหน ความเร็ววิกฤต เกิดขึ้นและโรเตอร์จะตอบสนองต่อแรงกระตุ้นต่างๆ อย่างไร.

คำอธิบายภาพของรูปทรงโหมด

รูปร่างของโหมดสามารถมองเห็นได้เป็นเส้นโค้งการเบี่ยงเบนของเพลาโรเตอร์:

โหมดแรก (โหมดพื้นฐาน)

• รูปร่าง: ส่วนโค้งหรือคันธนูแบบเรียบง่าย เช่น เชือกกระโดดที่มีโหนกเดียว
• คะแนนโหนด: ศูนย์ (เพลาได้รับการรองรับที่ตลับลูกปืนซึ่งทำหน้าที่เป็นโหนดโดยประมาณ)
• การเบี่ยงเบนสูงสุด: โดยทั่วไปจะอยู่ใกล้ช่วงกลางระหว่างตลับลูกปืน
• ความถี่: ความถี่ธรรมชาติต่ำสุดของระบบ
• ความเร็ววิกฤต: ความเร็ววิกฤตแรกสอดคล้องกับโหมดนี้

โหมดที่สอง

• รูปร่าง: เส้นโค้ง S ที่มีจุดโหนดหนึ่งจุดอยู่ตรงกลาง
• คะแนนโหนด: โหนดภายในหนึ่งโหนดซึ่งการเบี่ยงเบนของเพลาเป็นศูนย์
• การเบี่ยงเบนสูงสุด: สองตำแหน่ง หนึ่งแห่งอยู่แต่ละด้านของโหนด
• ความถี่: สูงกว่าโหมดแรก โดยทั่วไปจะสูงกว่าความถี่โหมดแรก 3-5 เท่า
• ความเร็ววิกฤต: ความเร็ววิกฤตที่สอง

โหมดที่สามและสูงกว่า

• รูปร่าง: รูปแบบคลื่นที่มีความซับซ้อนเพิ่มมากขึ้น
• คะแนนโหนด: สองสำหรับโหมดที่สาม สามสำหรับโหมดที่สี่ เป็นต้น.
• ความถี่: ความถี่ที่สูงขึ้นเรื่อยๆ
• ความสำคัญในทางปฏิบัติ: โดยปกติจะเกี่ยวข้องกับโรเตอร์ความเร็วสูงมากหรือมีความยืดหยุ่นสูงเท่านั้น

ลักษณะสำคัญของรูปทรงโหมด

ความตั้งฉาก

รูปร่างโหมดต่างๆ จะตั้งฉากกันทางคณิตศาสตร์ ซึ่งหมายความว่าแต่ละโหมดเป็นอิสระต่อกัน พลังงานที่ป้อนเข้าที่ความถี่โมดัลหนึ่งจะไม่กระตุ้นโหมดอื่นๆ (ในระบบเชิงเส้นในอุดมคติ).

การทำให้เป็นมาตรฐาน

โดยทั่วไปรูปร่างโหมดจะถูกทำให้เป็นมาตรฐาน ซึ่งหมายความว่าค่าการเบี่ยงเบนสูงสุดจะถูกปรับเป็นค่าอ้างอิง (มักจะเป็น 1.0) เพื่อวัตถุประสงค์ในการเปรียบเทียบ ขนาดการเบี่ยงเบนที่แท้จริงขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของแรงและ การลดแรงสั่นสะเทือน.

จุดโหนด

โหนด คือตำแหน่งตามแนวเพลาซึ่งการโก่งตัวยังคงเป็นศูนย์ระหว่างการสั่นสะเทือนในโหมดนั้น จำนวนโหนดภายในเท่ากับ (หมายเลขโหมด – 1):

• โหมดแรก: โหนดภายใน 0
• โหมดที่สอง: โหนดภายใน 1 ตัว
• โหมดที่สาม: โหนดภายใน 2 โหนด

จุดแอนติโหนด

แอนติโนด คือตำแหน่งที่มีการเบี่ยงเบนสูงสุดในรูปทรงโหมด เหล่านี้คือจุดที่มีแรงเค้นสูงสุดและมีโอกาสเกิดความล้มเหลวสูงสุดระหว่างการสั่นสะเทือนแบบเรโซแนนซ์.

ความสำคัญในไดนามิกของโรเตอร์

การทำนายความเร็ววิกฤต

รูปร่างแต่ละโหมดจะสอดคล้องกับ ความเร็ววิกฤต:

• เมื่อความเร็วการทำงานของโรเตอร์ตรงกับความถี่ธรรมชาติ รูปร่างโหมดนั้นจะถูกกระตุ้น
• โรเตอร์จะเบี่ยงเบนไปตามรูปแบบรูปร่างโหมด
• ความไม่สมดุล แรงทำให้เกิดการสั่นสะเทือนสูงสุดเมื่อจัดตำแหน่งให้ตรงกับตำแหน่งแอนตี้โนด

กลยุทธ์การสร้างสมดุล

คำแนะนำเกี่ยวกับรูปทรงโหมด สมดุล ขั้นตอนการดำเนินการ:

• โรเตอร์แบบแข็ง: การทำงานต่ำกว่าความเร็ววิกฤตแรก การปรับสมดุลสองระนาบอย่างง่ายเพียงพอ
• โรเตอร์แบบยืดหยุ่น: การดำเนินการเหนือจุดวิกฤตแรกอาจต้องใช้ การปรับสมดุลโหมด การกำหนดเป้าหมายรูปร่างโหมดเฉพาะ
• ตำแหน่งระนาบแก้ไข: มีประสิทธิผลสูงสุดเมื่อวางไว้ที่ตำแหน่งแอนติโนด
• ตำแหน่งโหนด: การเพิ่มน้ำหนักการแก้ไขที่โหนดจะมีผลน้อยที่สุดต่อโหมดนั้น

การวิเคราะห์ความล้มเหลว

รูปร่างโหมดอธิบายรูปแบบความล้มเหลว:

• รอยแตกร้าวจากความล้าโดยทั่วไปจะปรากฏที่ตำแหน่งแอนติโนด (แรงดัดสูงสุด)
• ตลับลูกปืนมีโอกาสล้มเหลวมากขึ้นในตำแหน่งที่มีการเบี่ยงเบนสูง
• การเสียดสีเกิดขึ้นตรงจุดที่เพลาเบี่ยงเบนจนทำให้โรเตอร์เข้าใกล้ชิ้นส่วนที่หยุดนิ่ง

การกำหนดรูปร่างโหมด

วิธีการวิเคราะห์

1. การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์ (FEA)

• แนวทางสมัยใหม่ที่พบมากที่สุด
• โรเตอร์จำลองเป็นชุดขององค์ประกอบคานที่มีคุณสมบัติมวล ความแข็ง และความเฉื่อย
• การวิเคราะห์ค่าลักษณะเฉพาะจะคำนวณความถี่ธรรมชาติและรูปร่างโหมดที่สอดคล้องกัน
• สามารถคำนึงถึงรูปทรงที่ซับซ้อน คุณสมบัติของวัสดุ และลักษณะการรับน้ำหนัก

2. วิธีเมทริกซ์ถ่ายโอน

• เทคนิคการวิเคราะห์แบบคลาสสิก
• โรเตอร์แบ่งออกเป็นสถานีที่มีคุณสมบัติที่ทราบ
• เมทริกซ์การถ่ายโอนจะแพร่กระจายการเบี่ยงเบนและแรงไปตามเพลา
• มีประสิทธิภาพสำหรับการกำหนดค่าเพลาที่ค่อนข้างเรียบง่าย

3. ทฤษฎีลำแสงต่อเนื่อง

• สำหรับเพลาที่สม่ำเสมอ มีโซลูชันการวิเคราะห์ให้เลือก
• ให้การแสดงออกในรูปแบบปิดสำหรับกรณีที่เรียบง่าย
• มีประโยชน์สำหรับวัตถุประสงค์ทางการศึกษาและการออกแบบเบื้องต้น

วิธีการทดลอง

1. การทดสอบโหมด (การทดสอบแรงกระแทก)

• เพลาตีพร้อมค้อนเครื่องมือที่หลายตำแหน่ง
• วัดการตอบสนองด้วยเครื่องวัดความเร่งที่จุดต่างๆ
• ฟังก์ชันการตอบสนองความถี่เผยให้เห็นความถี่ธรรมชาติ
• รูปร่างโหมดที่สกัดจากแอมพลิจูดและเฟสการตอบสนองสัมพันธ์กัน

2. การวัดรูปร่างการเบี่ยงเบนในการทำงาน (ODS)

• วัดการสั่นสะเทือนที่หลายตำแหน่งในระหว่างการทำงาน
• ที่ความเร็ววิกฤต ODS จะประมาณรูปร่างโหมด
• สามารถทำได้โดยใช้โรเตอร์แบบ in-situ
• ต้องใช้เซ็นเซอร์หลายตัวหรือเทคนิคเซ็นเซอร์เคลื่อนที่

3. อาร์เรย์โพรบความใกล้ชิด

• เซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัสที่ตำแหน่งแกนหลายตำแหน่ง
• วัดการเบี่ยงเบนของเพลาโดยตรง
• ในระหว่างการเริ่มต้น/การโคสต์ดาวน์ รูปแบบการเบี่ยงเบนจะเผยให้เห็นรูปร่างของโหมด
• วิธีการทดลองที่แม่นยำที่สุดสำหรับการควบคุมเครื่องจักร

การเปลี่ยนแปลงรูปร่างโหมดและอิทธิพล

ผลกระทบต่อความแข็งของตลับลูกปืน

• ตลับลูกปืนแข็ง: โหนดที่ตำแหน่งแบริ่ง รูปร่างโหมดมีข้อจำกัดมากขึ้น
• ตลับลูกปืนแบบยืดหยุ่น: การเคลื่อนที่ที่สำคัญในตำแหน่งแบริ่ง; โหมดรูปร่างกระจายมากขึ้น
• ตลับลูกปืนแบบไม่สมมาตร: รูปร่างโหมดที่แตกต่างกันในทิศทางแนวนอนเทียบกับแนวตั้ง

การพึ่งพาความเร็ว

สำหรับเพลาหมุน รูปร่างโหมดสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามความเร็วเนื่องจาก:

• เอฟเฟกต์ไจโรสโคป: ทำให้เกิดการแยกโหมดเป็นการหมุนไปข้างหน้าและถอยหลัง
• การเปลี่ยนแปลงความแข็งของตลับลูกปืน: ตลับลูกปืนฟิล์มของเหลวแข็งตัวด้วยความเร็ว
• การแข็งตัวแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง: ที่ความเร็วสูงมาก แรงเหวี่ยงจะเพิ่มความแข็งแกร่ง

โหมดหมุนไปข้างหน้าและย้อนกลับ

สำหรับระบบหมุนเวียน แต่ละโหมดสามารถเกิดขึ้นได้สองรูปแบบ:

• หมุนไปข้างหน้า: วงโคจรของเพลาหมุนไปในทิศทางเดียวกับการหมุนของเพลา
• การหมุนย้อนกลับ: วงโคจรหมุนสวนทางกับการหมุนของเพลา
• การแยกความถี่: เอฟเฟกต์ไจโรสโคปทำให้โหมดเดินหน้าและถอยหลังมีความถี่ต่างกัน

การประยุกต์ใช้งานจริง

การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ

วิศวกรใช้การวิเคราะห์รูปร่างโหมดเพื่อ:

• จัดตำแหน่งตลับลูกปืนเพื่อปรับรูปร่างโหมดให้เหมาะสมที่สุด (หลีกเลี่ยงโหนดตรงข้ามที่ตำแหน่งตลับลูกปืน)
• ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพลาเพื่อย้ายความเร็วที่สำคัญออกไปจากช่วงการทำงาน
• เลือกความแข็งของตลับลูกปืนเพื่อปรับรูปแบบการตอบสนองโหมดอย่างเหมาะสม
• เพิ่มหรือลบมวลที่ตำแหน่งเชิงกลยุทธ์เพื่อเปลี่ยนความถี่ธรรมชาติ

การแก้ไขปัญหา

เมื่อเกิดแรงสั่นสะเทือนมากเกินไป:

• เปรียบเทียบความเร็วในการทำงานกับความเร็ววิกฤตที่คาดการณ์จากการวิเคราะห์รูปร่างโหมด
• ระบุว่ากำลังใช้งานใกล้จุดเรโซแนนซ์หรือไม่
• กำหนดว่าโหมดใดที่กำลังถูกกระตุ้น
• เลือกกลยุทธ์การปรับเปลี่ยนเพื่อเปลี่ยนโหมดปัญหาออกจากความเร็วในการทำงาน

การปรับสมดุลโหมด

การปรับสมดุลโหมด สำหรับโรเตอร์แบบยืดหยุ่น จำเป็นต้องมีความเข้าใจเกี่ยวกับรูปร่างโหมด:

• แต่ละโหมดจะต้องสมดุลกันอย่างอิสระ
• น้ำหนักการแก้ไขกระจายเพื่อให้ตรงกับรูปแบบรูปร่างโหมด
• น้ำหนักที่โหนดไม่มีผลต่อโหมดนั้น
• ระนาบการแก้ไขที่เหมาะสมที่สุดตั้งอยู่ที่แอนติโหนด

การสร้างภาพและการสื่อสาร

รูปร่างโหมดโดยทั่วไปจะแสดงเป็น:

• เส้นโค้งการเบี่ยงเบน: กราฟ 2 มิติแสดงการเบี่ยงเบนด้านข้างเทียบกับตำแหน่งแนวแกน
• แอนิเมชั่น: การแสดงภาพแบบไดนามิกแสดงเพลาแกว่ง
• การเรนเดอร์ 3 มิติ: สำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนหรือโหมดที่เชื่อมต่อกัน
• แผนที่สี: ขนาดการเบี่ยงเบนระบุด้วยรหัสสี
• ข้อมูลแบบตาราง: ค่าตัวเลขของการเบี่ยงเบนที่สถานีแยก

รูปทรงแบบคู่และแบบซับซ้อน

ข้อต่อแบบแรงบิดด้านข้าง

ในระบบบางระบบ โหมดการดัด (ด้านข้าง) และการบิด (บิดตัว) จะจับคู่กัน:

• เกิดขึ้นในระบบที่มีหน้าตัดไม่เป็นวงกลมหรือโหลดออฟเซ็ต
• รูปทรงโหมดรวมทั้งการเบี่ยงเบนด้านข้างและการบิดเชิงมุม
• ต้องมีการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนมากขึ้น

โหมดการดัดแบบคู่

ในระบบที่มีความแข็งไม่สมมาตร:

• โหมดคู่แนวนอนและแนวตั้ง
• โหมดรูปร่างกลายเป็นรูปวงรีแทนที่จะเป็นเส้นตรง
• มักพบในระบบที่มีตลับลูกปืนหรือตัวรองรับแบบแอนไอโซทรอปิก

มาตรฐานและแนวปฏิบัติ

การวิเคราะห์รูปร่างโหมดที่อยู่มาตรฐานหลายประการ:

• API 684: แนวทางการวิเคราะห์พลวัตของโรเตอร์ รวมถึงการคำนวณรูปร่างโหมด
• ISO 21940-11: โหมดอ้างอิงรูปร่างในบริบทของการปรับสมดุลโรเตอร์แบบยืดหยุ่น
• วีดีไอ 3839: มาตรฐานเยอรมันสำหรับการปรับสมดุลโรเตอร์แบบยืดหยุ่นที่คำนึงถึงโหมดต่างๆ

ความสัมพันธ์กับแผนภาพแคมป์เบลล์

แผนภาพแคมป์เบลล์ แสดงความถี่ธรรมชาติเทียบกับความเร็ว โดยแต่ละเส้นโค้งจะแสดงโหมดหนึ่งๆ รูปร่างของโหมดที่สัมพันธ์กับแต่ละเส้นโค้งจะกำหนด:

• ความไม่สมดุลที่รุนแรงในสถานที่ต่างๆ กระตุ้นโหมดนั้นอย่างไร
• ควรวางเซ็นเซอร์ไว้ตรงไหนเพื่อให้มีความไวสูงสุด
• การแก้ไขสมดุลแบบใดจะมีประสิทธิภาพสูงสุด

การทำความเข้าใจรูปร่างของโหมดจะช่วยเปลี่ยนแปลงพลวัตของโรเตอร์จากการทำนายทางคณิตศาสตร์เชิงนามธรรมให้กลายเป็นข้อมูลเชิงกายภาพเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องจักรจริง ช่วยให้ออกแบบได้ดีขึ้น แก้ไขปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และมีกลยุทธ์การปรับสมดุลที่เหมาะสมที่สุดสำหรับอุปกรณ์หมุนทุกประเภท.

---

← กลับสู่ดัชนีหลัก