Розуміння резонансу кадру

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 кадровий резонанс?

Резонанс кадру є певним типом структурний резонанс де власна конструкційна рама, корпус, обшивка або захисна оболонка машини вібрує в одному зі своїх власні частоти у відповідь на збудження від обертових компонентів. На відміну від резонансів фундаменту або п'єдесталу, які зачіпають опорну конструкцію, резонанс рами зачіпає сам корпус машини — чавунну або сталеву конструкцію, що оточує обертові елементи.

Резонанс рами є поширеним явищем у машинах з великими, відносно легкими корпусами, таких як вентилятори, повітродувки, насоси та двигуни. Зазвичай він проявляється у вигляді надмірного шуму, видимої вібрації кришок або панелей та високого вібрація показники на рамі, які непропорційні фактичній вібрації ротора.

Типові ситуації резонансу кадру

Рами двигунів та генераторів

• Власні частоти: Зазвичай 50-400 Гц залежно від розміру та конструкції
• Збудження: 1× (дисбаланс), 2× частота мережі (120 Гц для двигунів 60 Гц), електромагнітні сили
• Симптоми: Вібрація рами набагато вища, ніж вібрація підшипника; чутний гул або дзижчання
• Ступінь тяжкості: Вібрація на рамі може бути в 5-10 разів вища, ніж на підшипниках

Корпуси вентиляторів та повітродувок

• Власні частоти: 20-200 Гц для типових промислових вентиляторів
• Збудження: Частота проходження лопаті (кількість лопатей × об/хв)
• Симптоми: Панелі корпусу сильно вібрують; гучний аеродинамічний шум
• Характеристика: Може виникати лише за певних швидкостей або умов потоку

Корпуси насосів

• Власні частоти: 30-300 Гц залежно від конструкції корпусу
• Збудження: Частота проходження лопаті, гідравлічні пульсації
• Симптоми: Вібрація корпусу, шум, потенційна можливість утворення тріщин від втоми
• Гідравлічна муфта: Корпус, заповнений рідиною, може з'єднувати вібрацію ротора та корпусу

Корпуси коробок передач

• Збудження частоти зачеплення зубчастих коліс
• Власні частоти кадру часто перетинаються з частотами сітки
• Характерний гучний свист шестерень під час резонансу

Вібраційна сигнатура та виявлення

Характерні симптоми

• Залежно від місцезнаходження: Вібрація різко змінюється по поверхні рами (загальна різниця становить 10 разів)
• Підшипник проти рами: Вібрація рами >> вібрація підшипника (може бути 3-10×)
• Частота, специфічна для: Тільки на резонансній частоті; інші частоти нормальні
• Чутливий до швидкості: Важкий у вузькому діапазоні швидкостей (±10-20% резонансної швидкості)
• Візуальний рух: Рух кадру часто видно неозброєним оком

Діагностичні тести

Випробування на удар (Bump)

• Ударте по рамі гумовим молотком або молотком з інструментом
• Виміряйте відповідь за допомогою акселерометр
• Визначення власних частот кадру за піками в частотній характеристикі
• Порівняйте з робочими частотами (1×, 2×, проходження лопаті тощо)

Огляд пересувного акселерометра

• Вимірюйте вібрацію в багатьох точках рами під час роботи
• Створіть карту вібрацій, яка показує високі та низькі ділянки
• Візерунок розкриває форму режиму (згинання, скручування, вигин панелі)
• Визначає пучності (максимальний рух) та вузли (мінімальний рух)

Вимірювання передавальної функції

• Вимірювання когерентності між вібрацією підшипника (вхідний сигнал) та вібрацією рами (вихідний сигнал)
• Висока когерентність на певній частоті підтверджує резонанс
• Передавальна функція показує коефіцієнт посилення

Рішення та пом'якшення наслідків

Модифікації жорсткості

Додайте структурні ребра або фасонки

• Збільшення жорсткості рами на вигин
• Підвищує власні частоти вище діапазону збудження
• Відносно економічний та ефективний
• Може бути модернізовано на існуючому обладнанні

Збільшення товщини матеріалу

• Потовщення каркасних стін або панелей
• Значно збільшує жорсткість та частоту
• Може вимагати модифікації конструкції та нових виливків/виготовлень

Структурні зв'язки та кріплення

• З'єднайте протилежні сторони рами, щоб запобігти згинанню
• Поперечне кріплення збільшує жорсткість на кручення
• Можна додавати зовні без внутрішніх модифікацій

Додавання маси

• Нижня власна частота: Додайте масу, щоб зменшити частоту нижче діапазону збудження
• Стратегічне розміщення: Додайте масу в місцях пучності для максимального ефекту
• Налаштована маса: Ретельно розраховане додавання маси до режиму перемикання
• Компроміс: Збільшена вага може бути небажаною для всіх застосувань

Демпфуючи процедури

Обмежене демпфування шарів

• В'язкопружний матеріал, затиснутий між металевими шарами
• Застосовується для великих плоских поверхонь (панелей, кришок)
• Зменшує амплітуду резонансного піку на 50-80%
• Ефективний у діапазоні 20-500 Гц

Вільне шарове демпфування

• Демпфуючий матеріал, прикріплений безпосередньо до вібруючої поверхні
• Простіший, ніж обмежений шар, але менш ефективний
• Добре підходить для програм з обмеженими можливостями доступу

Операційні зміни

• Зміна швидкості: Працюйте на швидкості, при якій не виникає резонансу
• Зменшення форсування: Покращення балансу, вирівнювання для зменшення амплітуди збудження
• Зміни процесу: Змінити потік, тиск або навантаження для зміщення частот збудження

Профілактика в дизайні

Принципи дизайну

• Достатня жорсткість: Розрахункова рама з власними частотами > 2× найвища частота збудження
• Масовий розподіл: Уникайте концентрованих мас, що створюють низькочастотні моди
• Ребра та армування: Включіть елементи жорсткості з самого початку
• Модальний аналіз: МСЕ під час проектування для прогнозування та оптимізації власних частот

Перевірка дизайну

• Тестування прототипів з аналізом впливу
• Вимірювання форми відхилення на перших агрегатах
• Змініть конструкцію перед виробництвом, якщо виявлено резонанси

Приклад випадку

Ситуація: Двигун потужністю 75 к.с., що приводить в дію відцентровий вентилятор, надмірний шум і вібрація

• Симптоми: Вібрація корпусу двигуна 12 мм/с; вібрація підшипника лише 2,5 мм/с
• Частота: 120 Гц (2× частота мережі для двигуна 60 Гц)
• Випробування на удар: Власна частота виявленого кадру 118 Гц
• Першопричина: Рамка резонує на частоті електромагнітного впливу
• Рішення: Додано чотири кутові залізні косинки, що з'єднують ніжки двигуна з торцевими розтрубами
• Результат: Власна частота рами зміщена до 165 Гц, вібрація знизилася до 3,2 мм/с
• Вартість: $200 за матеріалами проти $8 000 для заміни двигуна

Резонанс рами є поширеною, але часто неправильно діагностованою проблемою вібрації. Розпізнавання характерних симптомів (висока вібрація рами порівняно з вібрацією підшипника, залежність від частоти, місцезнаходження) та застосування належних діагностичних методів (випробування на удар, аналіз ODS) дозволяє знайти цілеспрямовані рішення, які можуть значно зменшити вібрацію за невеликих витрат.

---

← Назад до головного індексу