Розуміння вимушеної вібрації

Пристрої

Портативний балансир та віброаналізатор Balanset-1A.

$2,358.31

Деталі

Датчик вібрації</trp-post-container

$107.47

Деталі

Оптичний датчик (лазерний тахометр)</trp-post-container

$148.07

Пристрої

Balanset-4</trp-post-container

$8,123.32

Деталі

Магнітна підставка Insize-60-kgf</trp-post-container

$54.93

Деталі

Світловідбиваюча стрічка</trp-post-container

$11.94

Пристрої

Динамічні ваги "Балансет-1А" OEM</trp-post-container

$2,071.73

Визначення: Що таке вимушена вібрація?

Вимушена вібрація – це коливальний рух, спричинений зовнішньою періодичною силою, прикладеною до механічної системи. Вібрація відбувається на частоті прикладеної сили (частота збудження), а амплітуда пропорційна величині функції збудження та обернено пропорційна опору системи руху на цій частоті. Більшість вібрація У обертових машинах існує вимушена коливання, до поширених джерел впливу якої належать дисбаланс (обертова відцентрова сила), невідповідність (сили зчеплення) та аеродинамічні/гідравлічні пульсації.

Вимушена вібрація принципово відрізняється від самозбуджувана коливання (де система генерує власні стійкі коливання) та вільні коливання (перехідна реакція після імпульсу). Розуміння принципів вимушених коливань є важливим, оскільки воно пояснює, як амплітуда коливань пов'язана з тяжкістю несправності та як вібрацію можна контролювати, зменшуючи форсування або змінюючи реакцію системи.

Характеристики вимушеної вібрації

Узгодження частоти

• Частота коливань дорівнює частоті впливу
• Якщо форсування відбувається з частотою 30 Гц, вібрація відбувається з частотою 30 Гц
• На відміну від самозбуджених коливань, які виникають на власній частоті
• Передбачувана частота на основі джерела впливу

Пропорційність амплітуди

• Амплітуда коливань пропорційна величині впливу
• Подвійна сила → подвійна вібрація (лінійна система)
• Видалити примусове утримання → вібраційні обмежувачі
• Керований шляхом зменшення зусилля

Фазовий зв'язок

• Певний фаза зв'язок між силою та реакцією
• Фаза залежить від частоти відносно власної частоти
• Нижче резонансу: коливання синфазні з силою
• При резонансі: фазовий лаг 90°
• Вище резонансу: фазовий лаг 180°

Стабільність

• Система стабільна — обмежена вібраціями
• Не росте без меж
• Амплітуда обмежена форсуванням та реакцією системи
• Контрастує з нестабільними самозбудженими коливаннями

Загальні функції примусового впливу в машинах

1. Дисбаланс (1× Форсування)

• Сила: Обертальна відцентрова сила від ексцентриситету маси
• Частота: Один раз за оберт (1× швидкість вала)
• Величина: F = m × r × ω² (пропорційно квадрату швидкості)
• Найпоширеніші: Основне джерело вібрації в більшості обертового обладнання

2. Зміщення (2× Форсування)

• Сила: Сили зчеплення від кутового/паралельного зміщення
• Частота: Двічі за оберт (2× швидкість вала)
• Характеристика: Висока осьова складова

3. Аеродинамічний/гідравлічний (проходження лопатей/флекторів)

• Сила: Пульсації тиску від взаємодії лопаті та статора
• Частота: Кількість лопатей × швидкість вала
• Приклади: Вентилятори, насоси, компресори

4. Сили зубчастої сітки

• Сила: Зчеплення зубів, що створює періодичне навантаження
• Частота: Кількість зубців × швидкість вала
• Величина: Пов'язано з переданим крутним моментом та якістю зубів

5. Електромагнітні сили

• Сила: Пульсації магнітного поля в двигунах/генераторах
• Частота: 2× частота лінії (120/100 Гц)
• Незалежний: Механічної швидкості (асинхронне форсування)

Реакція на форсування: Поведінка системи

Нижче власної частоти (з контролем жорсткості)

• Амплітуда коливань ≈ Сила / Жорсткість
• Відповідь у фазі з форсуванням
• Амплітуда збільшується зі швидкістю для сил, що залежать від швидкості
• Типова робоча область для більшості жорстких роторів

На власній частоті (резонанс)

• Амплітуда коливань ≈ Сила / (Демпування × Власна частота)
• Амплітуда, посилена Q-фактором (зазвичай 10-50×)
• Фазова затримка 90°
• Малі сили створюють великі вібрації
• Демпфування є єдиним обмежувальним фактором

Вище власної частоти (контрольована масою)

• Амплітуда коливань ≈ Сила / (Маса × Частота²)
• Фазовий лаг 180° (вібрація, протилежна напрямку сили)
• Амплітуда зменшується зі збільшенням частоти
• Робоча область для гнучких роторів на швидкостях вище критичних

Вимушена вібрація проти інших типів

Вимушена та вільна вібрація

• Примусово: Безперервне форсування, стійка вібрація, на частоті форсування
• Безкоштовно: Імпульсна реакція, затухання вібрації, на власній частоті
• Приклад: Випробування на удар створює вільну вібрацію; працююча машина створює вимушену вібрацію

Вимушена та самозбуджена вібрація

• Примусово: Зовнішня сила, амплітуда пропорційна силі, стабільна
• Самозбуджений: Внутрішнє джерело енергії, амплітуда обмежена нелінійністю, нестабільне
• Приклади: Дисбаланс є вимушеним; масляний вихор самозбуджений

Контроль та пом'якшення наслідків

Зменшити форсування

• Балансування: Безпосередньо зменшує вплив дисбалансу
• Вирівнювання: Зменшує сили перекосу
• Виправлення дефектів: Виправлення механічних проблем, що створюють сили
• Найефективніший: Усунути або мінімізувати джерело впливу

Змінити відповідь системи

• Зміна жорсткості: Зміщення власних частот від частот примусу
• Додати демпфування: Зменшення резонансного посилення
• Зміна маси: Змінити власні частоти
• Ізоляція: Зменшення передачі сили на конструкцію

Уникайте резонансу

• Переконайтеся, що форсувальні частоти не відповідають власним частотам
• Запас розділення зазвичай ±20-30%
• Аналіз на етапі проектування для перевірки
• Обмеження швидкості, якщо резонанс неминучий

Практичне значення

Більшість вібрацій машин є вимушеними

• Дисбаланс, перекіс, зачеплення шестерень — усе це вимушена вібрація
• Передбачуваний та контрольований завдяки зменшенню форсування
• Стандартні дії з обслуговування (балансування, вирівнювання) адресують форсування

Діагностичний підхід

• Визначення частоти форсування зі спектру
• Зіставлення з відомими джерелами впливу (1×, 2×, зубчасте зачеплення тощо)
• Діагностувати джерело форсування
• Зменште навантаження завдяки належному догляду

Вимушена вібрація є основним типом вібрації в обертових машинах, що виникає внаслідок дії зовнішніх періодичних сил на систему. Розуміння принципів вимушеної вібрації – узгодження частоти, пропорційності амплітуди та характеристик відгуку – дозволяє правильно діагностувати джерела вібрації, вжити відповідних коригувальних заходів (зменшення вібрації або зміна відгуку) та розробити стратегії, що мінімізують вібрацію шляхом зменшення вібрації та уникнення резонансу.

---

← Назад до головного індексу