Hiểu về độ cứng

1. Định nghĩa: Độ cứng là gì?

Độ cứng là một tính chất vật lý cơ bản mô tả mức độ mà một vật thể hoặc cấu trúc chống lại sự biến dạng hoặc độ võng để đáp ứng với một lực tác dụng. Trong bối cảnh vibration analysis, độ cứng (thường được ký hiệu bằng chữ 'k') là một trong ba tính chất chính, cùng với khối lượng (m) và giảm chấn (c), chi phối hành vi rung động của bất kỳ hệ thống cơ học nào.

Một chi tiết có độ cứng cao sẽ bị biến dạng rất ít dưới một tải trọng nhất định, trong khi một chi tiết có độ cứng thấp sẽ bị biến dạng đáng kể. Ví dụ, một thanh thép dày, ngắn có độ cứng cao, trong khi một sợi dây cao su dài, mỏng có độ cứng rất thấp.

2. Vai trò quan trọng của độ cứng trong rung động

Độ cứng của một hệ thống là yếu tố chính quyết định tính chất của nó. tần số tự nhiênTần số tự nhiên là tần số mà một hệ thống sẽ dao động nếu bị nhiễu loạn và sau đó được phép dao động tự do. Mối quan hệ này được xác định bởi công thức cơ bản:

Tần số tự nhiên (ωn) ≈ √(k / m)

Trong đó 'k' là độ cứng và 'm' là khối lượng. Mối quan hệ này cho thấy:

• Tăng độ cứng sẽ tăng tần số tự nhiên.
• Giảm độ cứng sẽ giảm bớt tần số tự nhiên.
• Khối lượng tăng dần sẽ giảm bớt tần số tự nhiên.

3. Độ cứng và độ cộng hưởng

Mối quan hệ này cực kỳ quan trọng vì hiện tượng sự cộng hưởng. Sự cộng hưởng xảy ra khi tần số cưỡng bức (như tốc độ chạy (của một máy) khớp với một trong các tần số tự nhiên của hệ thống. Khi điều này xảy ra, biên độ rung động được khuếch đại đáng kể, thường dẫn đến hao mòn sớm và hỏng hóc nghiêm trọng.

Do đó, việc hiểu rõ độ cứng là điều cần thiết để chẩn đoán và giải quyết các vấn đề cộng hưởng:

• Chẩn đoán sự cố: Nếu một máy đang trong trạng thái cộng hưởng, nhà phân tích biết rằng tần số cưỡng bức quá gần với tần số tự nhiên.
• Thiết kế giải pháp: Để khắc phục vấn đề, nhà phân tích phải thay đổi tần số riêng của hệ thống. Vì thường khó thay đổi khối lượng của máy hoặc tần số cưỡng bức (tốc độ chạy của máy), giải pháp phổ biến nhất là thay đổi độ cứng. Bằng cách thêm thanh giằng, tấm ốp, hoặc cải thiện nền móng của máy, độ cứng của hệ thống sẽ được tăng lên. Điều này làm tăng tần số riêng, đưa nó ra xa tần số cưỡng bức và loại bỏ điều kiện cộng hưởng. Chức năng đáp ứng tần số (FRF) phép đo được sử dụng để xác nhận sự thay đổi tần số tự nhiên.

4. Độ cứng trong chẩn đoán máy móc

Những thay đổi về độ cứng cũng có thể là dấu hiệu trực tiếp của một lỗi đang phát triển:

• Sự lỏng lẻo: Một bu lông lắp lỏng lẻo hoặc một vết nứt xuất hiện trên khung hoặc nền móng của máy cho thấy độ cứng cục bộ bị mất đáng kể. Điều này sẽ làm tăng biên độ rung của máy. FFT spectrum, sự lỏng lẻo về mặt cơ học thường tạo ra một loạt sóng hài (1X, 2X, 3X, v.v.) tốc độ chạy.
• Chân mềm: Tình trạng này, khi chân máy không nằm phẳng trên đế, tạo ra cấu hình độ cứng bị biến dạng và không tuyến tính, có thể dẫn đến độ rung cao và khiến việc căn chỉnh trở nên khó khăn.
• Độ mòn của ổ trục: Khi ổ trục bị mòn, khe hở giữa các con lăn và ổ bi tăng lên. Điều này có thể được xem là sự giảm độ cứng tổng thể của hệ thống đỡ rô-to, từ đó có thể làm giảm tốc độ tới hạn của rô-to.

← Quay lại Mục lục chính