ทำความเข้าใจฟังก์ชันการถ่ายโอน
คำจำกัดความ: ฟังก์ชันการถ่ายโอนคืออะไร?
ฟังก์ชันการถ่ายโอน (เรียกอีกอย่างว่า ฟังก์ชันการตอบสนองความถี่ หรือ FRF) เป็นฟังก์ชันค่าเชิงซ้อนที่อธิบายว่าระบบกลไกตอบสนองต่อแรงหรือการเคลื่อนที่ขาเข้าอย่างไร โดยเป็นฟังก์ชันของความถี่ ในทางคณิตศาสตร์ ฟังก์ชันนี้คืออัตราส่วนของเอาต์พุต การสั่นสะเทือน การตอบสนองต่อการกระตุ้นอินพุตที่ความถี่แต่ละความถี่: H(f) = เอาต์พุต (f) / อินพุต (f) ฟังก์ชันการถ่ายโอนประกอบด้วยทั้งข้อมูลขนาด (ระบบขยายหรือลดทอนเท่าใดที่ความถี่แต่ละความถี่) และ เฟส ข้อมูล (ลักษณะการหน่วงเวลาหรือเรโซแนนซ์).
ฟังก์ชันการถ่ายโอนมีความสำคัญพื้นฐานต่อการทำความเข้าใจพลวัตของเครื่องจักร เนื่องจากฟังก์ชันการถ่ายโอนจะอธิบายลักษณะการตอบสนองโดยธรรมชาติของระบบความถี่ธรรมชาติ, การลดแรงสั่นสะเทือน, รูปร่างของโหมด—ไม่ขึ้นอยู่กับแรงบังคับเฉพาะที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการทำงาน สิ่งเหล่านี้จำเป็นสำหรับ การวิเคราะห์โหมด, การทำนายการปรับเปลี่ยนโครงสร้าง และการออกแบบการแยกการสั่นสะเทือน.
การกำหนดสูตรทางคณิตศาสตร์
คำจำกัดความพื้นฐาน
- H(f) = Y(f) / X(f)
- โดยที่ Y(f) = สเปกตรัมเอาต์พุต (การตอบสนอง)
- X(f) = สเปกตรัมอินพุต (การกระตุ้น)
- ทั้งสองวัดพร้อมกัน
การใช้ครอสสเปกตรัม
สำหรับการวัดที่มีสัญญาณรบกวน:
- H(f) = Gxy(f) / Gxx(f)
- Gxy = สเปกตรัมข้ามระหว่างอินพุตและเอาต์พุต
- Gxx = สเปกตรัมอัตโนมัติของอินพุต
- ลดอคติจากสัญญาณรบกวนเอาต์พุต
- วิธีมาตรฐานในการปฏิบัติ
ส่วนประกอบ
- ขนาด |H(f)|: ปัจจัยการขยายที่ความถี่แต่ละความถี่
- เฟส ∠H(f): ความล่าช้าของเฟสระหว่างเอาต์พุตและอินพุต
- ส่วนที่แท้จริง: การตอบสนองภายในเฟส
- ส่วนจินตภาพ: การตอบสนองแบบสี่เหลี่ยมจัตุรัส
ความหมายทางกายภาพ
การตีความขนาด
- |ห| > 1: ระบบจะขยายที่ความถี่นี้ (บริเวณเรโซแนนซ์)
- |H| = 1: เอาท์พุตเท่ากับอินพุต (เป็นกลาง)
- |ห| < 1: ระบบลดทอน (แยก, นอกการสั่นพ้อง)
- จุดสูงสุด: เกิดขึ้นที่ความถี่ธรรมชาติ (เรโซแนนซ์)
- ความสูงของยอด: เกี่ยวข้องกับการหน่วง (จุดสูงสุด = การหน่วงน้อยลง)
การตีความเฟส
- 0°: เอาต์พุตแบบอินเฟสพร้อมอินพุต (ควบคุมความแข็ง ต่ำกว่าเรโซแนนซ์)
- 90°: เอาท์พุตล่าช้าอินพุตเป็นรอบหนึ่งในสี่ (ที่เรโซแนนซ์)
- 180°: เอาต์พุตตรงข้ามกับอินพุต (ควบคุมมวล เหนือเรโซแนนซ์)
- เฟสผ่านเรโซแนนซ์: ลักษณะพิเศษ 180° เลื่อนจากล่างขึ้นบน
วิธีการวัด
การทดสอบแรงกระแทก (Bump Test)
ที่ใช้กันมากที่สุดในเครื่องจักร:
- ป้อนข้อมูล: การตีค้อนด้วยเครื่องมือวัด (วัดแรง)
- Output: เครื่องวัดความเร่งบนโครงสร้าง (วัดการตอบสนอง)
- ข้อดี: รวดเร็ว ง่ายดาย ไม่ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษใดๆ นอกจากค้อนและเครื่องวัดความเร่ง
- ข้อจำกัด: ผลกระทบครั้งเดียว = ค่าเฉลี่ยที่จำกัด คุณภาพสเปกตรัมแรง
การทดสอบเครื่องเขย่า
- เครื่องเขย่าแม่เหล็กไฟฟ้าควบคุมใช้แรง
- การกระตุ้นไซน์แบบสุ่ม กวาด หรือเสียงแหลม
- การควบคุมแรงและเนื้อหาสเปกตรัมที่ยอดเยี่ยม
- มาตรฐานทองคำแต่ต้องใช้อุปกรณ์เขย่า
การวัดผลการปฏิบัติงาน
- ใช้แรงดำเนินการเป็นอินพุต (เครื่องจักรที่ทำงาน)
- สภาวะการทำงานจริงแต่ควบคุมได้น้อยกว่า
- ต้องมีการระบุอินพุต (การวัดแรงหรือจุดอ้างอิง)
แอปพลิเคชั่น
1. การวิเคราะห์โหมด
การระบุความถี่ธรรมชาติและรูปร่างโหมด:
- จุดสูงสุดในขนาดฟังก์ชันการถ่ายโอน = ความถี่ธรรมชาติ
- เฟสผ่านจุดสูงสุดยืนยันการสั่นพ้อง
- ความกว้างของจุดสูงสุดบ่งบอกถึงการหน่วง
- จุดวัดหลายจุดเผยให้เห็นรูปร่างโหมด
2. การวินิจฉัยเรโซแนนซ์
- ตรวจสอบว่าความถี่ในการทำงานใกล้ความถี่ธรรมชาติหรือไม่
- ประเมินระยะขอบการแยก
- ระบุเสียงสะท้อนที่เป็นปัญหา
- กลยุทธ์การปรับเปลี่ยนแนวทาง
3. การออกแบบการแยกการสั่นสะเทือน
- ทำนายประสิทธิภาพของตัวแยก
- ฟังก์ชันการถ่ายโอนแสดงการส่งข้อมูลเทียบกับความถี่
- ความถี่ธรรมชาติของตัวแยกที่มองเห็นได้เป็นจุดสูงสุด
- ความถี่ไอโซเลเตอร์สูงกว่า 2 เท่า การแยกที่ดี (|H| < 1)
4. การทำนายการปรับเปลี่ยนโครงสร้าง
- ทำนายผลของการเปลี่ยนแปลงมวล ความแข็ง หรือความหน่วง
- การเปรียบเทียบก่อน/หลังยืนยันการดัดแปลง
- ปรับปรุงแก้ไขให้เหมาะสมผ่านการสร้างแบบจำลอง
การตีความในบริบทของเครื่องจักร
ระบบโรเตอร์-แบริ่ง
- อินพุต: แรงไม่สมดุลบนโรเตอร์
- เอาท์พุต: การสั่นสะเทือนของตลับลูกปืน
- ฟังก์ชันถ่ายโอนแสดงให้เห็นว่าความไม่สมดุลสร้างการสั่นสะเทือนได้อย่างไร
- จุดสูงสุดที่ ความเร็ววิกฤต
- ใช้ในการวิเคราะห์พลวัตของโรเตอร์
มูลนิธิถ่ายทอด
- อินพุต: การสั่นสะเทือนของตัวเรือนลูกปืน
- ผลลัพธ์: การสั่นสะเทือนของฐานรากหรือพื้น
- แสดงเส้นทางการส่งผ่านการสั่นสะเทือน
- ระบุความถี่ในการส่งสัญญาณที่มีปัญหา
- การแยกหรือการทำให้แข็งของไกด์
ความสัมพันธ์กับฟังก์ชันอื่น ๆ
ฟังก์ชันการถ่ายโอนเทียบกับการตอบสนองความถี่
- คำศัพท์ที่มักใช้แทนกันได้
- ฟังก์ชันการตอบสนองความถี่ (FRF) เหมือนกับฟังก์ชันการถ่ายโอนในบริบทการสั่นสะเทือน
- ทั้งสองอธิบายการตอบสนองของระบบเทียบกับความถี่
ฟังก์ชันการถ่ายโอนและความสอดคล้อง
- ความสอดคล้องกัน ตรวจสอบคุณภาพฟังก์ชันการถ่ายโอน
- ความสอดคล้องสูง (>0.9) = ฟังก์ชันการถ่ายโอนที่เชื่อถือได้
- ความสอดคล้องต่ำ = การวัดที่ไม่ดีหรือสัญญาณรบกวนที่ไม่สัมพันธ์กัน
- ตรวจสอบความสอดคล้องกันเสมอเมื่อใช้ฟังก์ชันการถ่ายโอน
ฟังก์ชันถ่ายโอนเป็นเครื่องมือวิเคราะห์อันทรงพลังที่อธิบายลักษณะพลวัตของระบบเชิงกลผ่านความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างอินพุตและเอาต์พุต การทำความเข้าใจการวัด การตีความ และการประยุกต์ใช้ฟังก์ชันถ่ายโอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการจดจำเรโซแนนซ์จากจุดสูงสุดของขนาดและการเปลี่ยนเฟส ช่วยให้สามารถวิเคราะห์โมดัล การวินิจฉัยเรโซแนนซ์ การทำนายการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง และการวิเคราะห์การส่งผ่านการสั่นสะเทือนที่ครอบคลุม ซึ่งจำเป็นต่อพลวัตของเครื่องจักรขั้นสูงและการควบคุมการสั่นสะเทือน.