Розуміння жорсткості

1. Визначення: Що таке жорсткість?

Жорсткість – це фундаментальна фізична властивість, яка описує ступінь, до якої об'єкт або конструкція чинить опір деформації або прогину у відповідь на прикладену силу. У контексті аналіз вібрації, жорсткість (часто позначається літерою «k») є однією з трьох ключових властивостей, поряд з масою (m) та демпфування (c), що керують коливальною поведінкою будь-якої механічної системи.

Компонент з високою жорсткістю буде дуже мало прогинатися під заданим навантаженням, тоді як компонент з низькою жорсткістю буде значно прогинатися. Наприклад, товстий короткий сталевий стрижень має високу жорсткість, тоді як довга тонка гумова стрічка має дуже низьку жорсткість.

2. Критична роль жорсткості у вібрації

Жорсткість системи є основним фактором, що визначає її власні частотиВласна частота — це частота, на якій система коливатиметься, якщо її збурити, а потім дозволити їй вільно вібрувати. Цей зв'язок визначається основною формулою:

Власна частота (ωn) ≈ √(k/m)

Де «k» – жорсткість, а «m» – маса. Цей зв'язок показує, що:

• Збільшення жорсткості буде збільшення власна частота.
• Зменшення жорсткості буде зменшення власна частота.
• Збільшення маси буде зменшення власна частота.

3. Жорсткість та резонанс

Цей зв'язок є критично важливим через феномен резонансРезонанс виникає, коли форсуюча частота (наприклад, швидкість бігу машини) відповідає одній з власних частот системи. Коли це відбувається, амплітуда коливань різко посилюється, що часто призводить до передчасного зносу та катастрофічного виходу з ладу.

Тому розуміння жорсткості є важливим для діагностики та вирішення проблем резонансу:

• Діагностика проблеми: Якщо машина перебуває в резонансі, аналітик знає, що частота впливу занадто близька до власної частоти.
• Дизайн рішення: Щоб вирішити проблему, аналітик повинен змінити власну частоту системи. Оскільки часто важко змінити масу машини або частоту примусу (її швидкість роботи), найпоширенішим рішенням є зміна жорсткості. Додаючи кріплення, косинки або покращуючи фундамент машини, жорсткість системи збільшується. Це підвищує власну частоту, віддаляючи її від частоти примусу та усуваючи резонансну умову. A Функція частотної характеристики (FRF) вимірювання використовується для підтвердження зміни власної частоти.

4. Жорсткість у діагностиці машин

Зміни жорсткості також можуть бути прямим показником розвитку дефекту:

• Розпушеність: Ослаблений монтажний болт або тріщина, що утворюється в рамі чи фундаменті машини, свідчить про значну втрату локальної жорсткості. Це призведе до збільшення амплітуди коливань машини. Спектр ШПФ, механічна нещільність часто породжує низку гармоніки (1X, 2X, 3X тощо) швидкості бігу.
• М'яка стопа: Цей стан, коли ніжка машини не щільно прилягає до основи, створює спотворений та нелінійний профіль жорсткості, що може призвести до високої вібрації та ускладнити вирівнювання.
• Знос підшипників: Зі зношуванням підшипника зазор між тілами кочення та кільцями збільшується. Це можна розглядати як зменшення загальної жорсткості системи опори ротора, що може знизити критичні швидкості ротора.

← Назад до головного індексу