Розуміння крутильного аналізу
Визначення: Що таке крутильний аналіз?
Торсійний аналіз це вимірювання, оцінка та моделювання крутильні коливання— крутячі коливання навколо осі вала — у приводах обертових машин. На відміну від бічні коливання (згинання), яке легко вимірюється стандартним акселерометри, крутильні коливання вимагають спеціалізованих методів вимірювання (тензодатчики, подвійні тахометри, лазерна віброметрія) та аналізу для виявлення кутових коливань, визначення власних частот кручення та оцінки ризику втоми валів, муфт та шестерень.
Крутний аналіз є критично важливим для поршнево-поступальних приводів двигунів, довгих карданних валів, потужних коробок передач та двигунів частотно-регульованого перетворювача, де крутильна вібрація може спричинити катастрофічні відмови валів або муфт, незважаючи на прийнятні рівні поперечної вібрації. Це спеціалізована, але важлива діагностична можливість для запобігання раптовим, неочікуваним збоям у системах передачі енергії.
Чому потрібен крутильний аналіз
Крутільна та бічна коливання
- Бічні: Згинання, рух з боку в бік, виміряний стандартними акселерометрами
- Крутіння: Обертання навколо осі, без бокового зміщення, невидиме для стандартних датчиків
- Незалежність: Може мати сильне торсійне зміщення з низьким латеральним зміщенням (і навпаки)
- Пошкодження: Крутіння може спричинити поломки вала/муфти без попередження, отриманих в результаті поперечних вимірювань.
Режими відмови
- Втомні руйнування вала (зазвичай 45° до осі)
- Поломка з'єднувальних елементів (зубці шестерні, гнучкі елементи)
- Поломка зубів шестерні від коливальних навантажень
- Пошкодження шпонки та шпонкової канавки внаслідок фреттингу
Методи вимірювання
1. Метод тензодатчика
Пряме вимірювання крутильних напружень:
- Тензодатчики, прикріплені під кутом 45° до осі вала (орієнтація максимального напруження зсуву)
- Вимірює деформацію зсуву від скручування
- Потрібні контактні кільця або бездротова телеметрія для обертових валів
- Найточніший, але складний і дорогий
- Основне використання для досліджень та розробок
2. Метод подвійного тахометра
- Два оптичні датчики на різних місцях вала
- Вимірювання різниці фаз між місцями розташування
- Різниця фаз = кутове скручування = крутильні коливання
- Безконтактний та практичний
- Обмежено низькочастотним крутильним (< 100 Гц (зазвичай)
3. Лазерний торсійний віброметр
- Спеціалізована лазерна доплерівська система
- Вимірює коливання кутової швидкості
- Безконтактний
- Широкий діапазон частот
- Дорогий, але потужний
4. Аналіз струму двигуна
- Крутільна коливання створює коливання струму
- Аналіз спектру струму двигуна
- Непрямий, але неінвазивний
- Корисний інструмент скринінгу
Аналітичний крутильний аналіз
Математичне моделювання
- Модель кручення трансмісії зі зосередженою масою
- Обчисліть власні частоти кручення
- Прогнозування реакції на джерела збудження
- Визначте критичні швидкості та резонанси
Джерела збудження
- Поршневі двигуни: Імпульси стрільби створюють торсійне збудження
- Сітка шестерень: Зчеплення зубів створює коливальний крутний момент
- Частотні перетворювачі (ЧП): Гармоніки частоти перемикання ШІМ
- Електрика: Частоти проходження полюсів двигуна та ковзання
Діаграма Кемпбелла для крутильного обертання
- Побудуйте графік залежності власних частот кручення від швидкості
- Лінії порядку збудження накладання
- Визначте критичні швидкості кручення (точки взаємодії)
- Вибір робочої швидкості напрямної
Критично важливі програми
Приводи поршневих двигунів
- Дизельні генератори
- Компресори газових двигунів
- Морська рушійна система
- Значні пульсації крутного моменту потребують аналізу
Довгі карданні вали
- Приводи прокатних станів
- Морські гребні вали
- Приводи папероробних машин
- Довжина створює низьку жорсткість на кручення
Редуктори потужності
- Редуктори вітрових турбін
- Промислові редуктори > 1000 к.с.
- Збудження торсійних мод у зачепленні зубчастих передач
Системи двигунів частотно-регульованого перетворювача
- Приводи зі змінною частотою створюють крутильне збудження
- ШІМ-гармоніки можуть збуджувати крутильні резонанси
- Зростаюче занепокоєння щодо поширення частотно-регульованих перетворювачів (ЧРП)
Результати аналізу
Торсійні власні частоти
- Визначити за допомогою вимірювання або розрахунку
- Порівняйте з частотами збудження
- Перевірте належне розділення
Рівні стресу
- Розрахуйте змінне напруження зсуву за виміряною вібрацією
- Порівняйте з межами витривалості матеріалів
- Оцінка витрат часу на втому
- Визначте, чи допустимі напруження
Демпфування
- Вимірювання за відгуком при торсійних резонансах
- Зазвичай дуже низький (< 1% критичного значення)
- Низьке демпфування означає різкі резонанси
Стратегії пом'якшення наслідків
Розділення частот
- Забезпечити відокремлення натуральних частот кручення від частот збудження
- Зміна діаметра, довжини вала або жорсткості муфти
- Змінити інерції (додати маховик)
Додавання демпфування
- Торсійні амортизатори (в'язкі або фрикційні)
- Муфти з високим ступенем демпфування
- Зменшує резонансне посилення
Зміни робочої швидкості
- Уникайте безперервної роботи на критичних швидкостях кручення
- Обмежити діапазони швидкостей
- Налаштування частотно-регульованого перетворювача (ЧП) для мінімізації збудження
Торсійний аналіз – це спеціалізована дисципліна вібрації, що вивчає крутні коливання, які можуть спричинити катастрофічні руйнування, невидимі для стандартного моніторингу бічної вібрації. Хоча й вимагає спеціалізованих методів вимірювання та аналізу, крутійний аналіз є важливим для поршнево-поступальних приводів двигунів, довгих валів, потужних коробок передач та систем частотно-регульованого приводу, де крутільні коливання створюють значні ризики для надійності та безпеки.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 