ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความแข็ง
ความแข็ง คือสมบัติทางกายภาพพื้นฐานที่อธิบายว่าวัตถุหรือโครงสร้างต้านทานการเปลี่ยนรูปหรือการเบนตัวภายใต้แรงที่กระทำในระดับใด ใน การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนความแข็งแรง — มักแสดงด้วยตัวอักษร เค — คือหนึ่งในสามสมบัติ ร่วมกับมวล (m) และ การลดแรงสั่นสะเทือน (ค) ที่ควบคุมพฤติกรรมการสั่นสะเทือนของระบบเชิงกลใดๆ ได้ความแข็งแรงของเครื่องจักรให้ถูกต้องและความสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือน ยังคงคาดการณ์ได้และควบคุมได้ ได้ความแข็งแรงผิดพลาดและเครื่องจักรเดียวกันสามารถสั่นตัวจนแตกหักได้
ส่วนประกอบที่มีความแข็งแรงสูงจะเบนตัวน้อยมากภายใต้โหลดที่กำหนด ในขณะที่ส่วนประกอบที่มีความแข็งแรงต่ำจะเบนตัวอย่างมีนัยสำคัญ แท่งเหล็กสั้นและหนาจะมีความแข็งแรงสูง แถบยางยาวและบางจะมีความแข็งแรงต่ำมาก ตัวเลขแล้ว ความแข็งแรงคือแรงหารด้วยการเบนตัวที่เกิดขึ้น (เช่น นิวตันต่อมิลลิเมตร) ดังนั้นค่าที่สูงกว่าของ เค หมายความว่าต้องใช้แรงมากขึ้นเพื่อย้ายโครงสร้างระยะทางที่กำหนด
1. คำจำกัดความ: ความแข็งคืออะไร?
ความแข็งแรงคือสมบัติของโครงสร้างทั้งหมด ไม่ใช่เพียงแค่วัสดุของมัน ขึ้นอยู่กับโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุ แต่เท่าเทียมกันกับรูปทรงเรขาคณิตและวิธีการสนับสนุนส่วนต่างๆ — ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการเพิ่มความลึกของลำแสงเป็นสองเท่าจึงเพิ่มความแข็งแรงมากกว่าการแลกเปลี่ยนกับโลหะผสมที่มีความแข็งแรงมากขึ้น ในเครื่องจักรจริง "ความแข็งแรง" ที่นักวิเคราะห์สนใจนั้นหลายครั้งไม่ใช่สปริงเดียว แต่เป็นความต้านทานรวมของเพลา แบริ่ง ตัวเรือน กรอบ และรากฐานที่ทำหน้าที่ร่วมกัน เมื่อสปริงหลายตัวรวมกัน ค่าที่มีประสิทธิภาพสามารถประมาณได้ด้วย เครื่องคิดเลขสปริงความแข็งแรงที่เทียบเท่าขั้นตอนแรกที่มีประโยชน์เมื่อคิดเหตุผลเกี่ยวกับระบบสนับสนุน
2. บทบาทสำคัญของความแข็งในการสั่นสะเทือน
ความแข็งของระบบเป็นปัจจัยหลักในการกำหนด ความถี่ธรรมชาติ — ความถี่ที่มันจะสั่นด้วยหากถูกรบกวนแล้วปล่อยให้สั่นอย่างอิสระ ความสัมพันธ์นี้จะจับได้ด้วยสูตรพื้นฐาน:
Natural Frequency (ωn) ≈ √(k / m)
ที่ไหน เค คือความแข็งแรงและ m คือมวล การแสดงออกเดียวนี้มีผลกระทบเชิงปฏิบัติสามประการ:
- เพิ่มความแข็ง จะ เพิ่มขึ้น ความถี่ธรรมชาติ
- การลดความแข็ง จะ ลด ความถี่ธรรมชาติ
- การเพิ่มมวล จะ ลด ความถี่ธรรมชาติ
เนื่องจากความถี่ธรรมชาติขึ้นอยู่กับรากที่สองของความแข็งแรง การเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ใน เค ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ที่เข่งมากขึ้น — การเพิ่มความแข็งแรงเป็นสี่เท่าจะเพิ่มความถี่ธรรมชาติเพียงสองเท่า นี่คือเหตุผลว่าทำไมการแก้ไขความแข็งแรงจึงมักต้องการการยึดที่มีนัยสำคัญเพื่อย้ายความถี่ได้ไกลพอ
3. ความแข็งและการสั่นพ้อง
ความสัมพันธ์นี้มีความสำคัญมากเพราะว่า เสียงก้อง. การสั่นพ้องเกิดขึ้นเมื่อความถี่บังคับ — เช่น ความถี่ของเครื่อง — ความเร็วเดินเครื่อง — ตรงกับความถี่ธรรมชาติของระบบ แอมพลิจูดของการสั่นจะถูกขยายอย่างมหาศาล มักจะนำไปสู่การสึกหรอเร็วขึ้นและในบางกรณี อาจเกิดความเสียหายอย่างร้ายแรง การทำงานใกล้เคียงกับ ความเร็ววิกฤต เป็นรูปแบบเดียวกันของกับดักสำหรับเครื่องจักรหมุน
ดังนั้นการทำความเข้าใจความแข็งเป็นสิ่งสำคัญในการวินิจฉัยและแก้ไขการสั่นพ้อง:
- การวินิจฉัยปัญหา: หากเครื่องอยู่ในสภาวะสั่นพ้อง ผู้วิเคราะห์จะทราบว่าความถี่บังคับอยู่ใกล้เคียงกับความถี่ธรรมชาติ เครื่องมือต่างๆ เช่น การทดสอบการกระแทก สามารถระบุคความถี่ธรรมชาติได้โดยตรง
- การออกแบบวิธีแก้ไข: เพื่อแก้ไขปัญหา คความถี่ธรรมชาติจะต้องเปลี่ยนแปลง เนื่องจากมักไม่สามารถเปลี่ยนแปลงมวลของเครื่องหรือความเร็วการหมุน (ความถี่บังคับ) ได้อย่างสมควร วิธีแก้ไขที่พบได้บ่อยที่สุดคือการเปลี่ยนแปลงความแข็ง การเพิ่มการยึดรัด บัน หรือปรับปรุงฐานรากจะเพิ่มความแข็งของระบบ ยกระดับความถี่ธรรมชาติ และขจัดความถี่บังคับ — ขจัดการสั่นพ้อง การวัด ฟังก์ชันตอบสนองความถี่ (FRF) ถูกใช้เพื่อยืนยันการเปลี่ยนแปลง
4. ความแข็งในการวินิจฉัยเครื่องจักร
การเปลี่ยนแปลงในความแข็งไม่เพียงแต่เป็นตัวแปรการออกแบบเท่านั้น พวกมันอาจเป็นตัวบ่งชี้โดยตรงของข้อบกพร่องที่กำลังพัฒนาขึ้น การสูญเสียความแข็งที่ไหนสักแห่งในโครงสร้าง มักจะแสดงออกมาเป็นการเพิ่มขึ้นของการสั่นพร้อมกับลายเซ็นสเปกตรัมที่มีลักษณะเฉพาะ:
- ความหลวม: สลักยึดที่หลวมหรือรอยแตกที่กำลังพัฒนาในโครงสร้างหรือฐานรากของเครื่อง แสดงถึงการสูญเสียความแข็งในท้องถิ่นที่มีนัยสำคัญและเพิ่มแอมพลิจูดของการสั่น ใน สเปกตรัม FFTความคลายตัวทางกลมักจะสร้างชุดของ ฮาร์โมนิกส์ (1×, 2×, 3× and beyond) of running speed.
- เท้านุ่ม: โดยที่ฐานของเครื่องไม่นั่งเรียบบนเบสของมัน ความแข็งที่ไม่เชิงเส้นที่บิดเบี้ยวจะเกิดขึ้น ก่อให้เกิดการสั่นสูงและทำให้ การจัดตำแหน่ง difficult.
- การสึกหรอของตลับลูกปืน: เมื่อลูกปืนสึกหรอ 间隙ระหว่างลูกบอลและวิถี จะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้ทำหน้าที่เป็นการลดความแข็งโดยรวมของระบบสนับสนุนโรเตอร์ และอาจลดความเร็ววิกฤตของโรเตอร์
- ความแข็งของฐานราก: ฐานรากที่อ่อนแอหรือเสื่อมสภาพ ลดความแข็งของการสนับสนุนของเครื่องทั้งหมด เลื่อนความถี่ธรรมชาติลงมา และบางครั้งดึงความเร็วการทำงานที่เคยปลอดภัยเข้าสู่สภาวะสั่นพ้อง
5. ความแข็งในการทำงานภาคสนามจริง
ปัญหาความแข็งถูกวินิจฉัยในลักษณะเดียวกับข้อบกพร่องการสั่นใดๆ — โดยการวัด วิศวกรที่ติดตั้ง เครื่องวัดความเร่ง บนโครงสร้างที่สงสัยและจับภาพสเปกตรัม สามารถแยกแยะข้อบกพร่องโรเตอร์จริงจากข้อบกพร่องโครงสร้าง: ความหลวมหรือลายเซ็นฟุตเทียหมายถึงการสูญเสียความแข็งมากกว่า เช่น ความไม่สมดุล. เครื่องมือแบบพกพาที่มีสองช่องสัญญาณ เช่น บาลานเซ็ต-1A เหมาะสำหรับสิ่งนี้โดยจับแอมพลิจูด เฟส และรูปแบบฮาร์มอนิกในลูกปืนของเครื่องเองที่ความเร็วการทำงาน — เพื่อให้ผู้วิเคราะห์สามารถยืนยันได้ว่าการสั่นสูงมาจากปัญหาความสมดุลที่จะแก้ไขไดได้หรือจากข้อบกพร่องความแข็งที่จะสนับสนุน ความแตกต่างนี้เป็นตัวกำหนด: การสมดุลของเครื่องที่ต่อสูู้จากความหลวมหรือการสั่นพ้องจะไม่เคยแก้ไขปัญหาได้
