Hiểu về rung động cưỡng bức
Định nghĩa: Rung động cưỡng bức là gì?
Rung động cưỡng bức là chuyển động dao động gây ra bởi một lực tuần hoàn bên ngoài tác dụng lên một hệ cơ học. Dao động xảy ra ở tần số của lực tác dụng (tần số cưỡng bức), và biên độ tỷ lệ thuận với độ lớn của hàm cưỡng bức và tỷ lệ nghịch với lực cản chuyển động của hệ ở tần số đó. Hầu hết rung động trong máy móc quay là rung động cưỡng bức, với các nguồn cưỡng bức phổ biến bao gồm mất cân bằng (lực ly tâm quay), sự không thẳng hàng (lực liên kết) và xung động khí động học/thủy lực.
Rung động cưỡng bức về cơ bản khác với rung động tự kích thích (trong đó hệ thống tự tạo ra dao động duy trì) và rung động tự do (phản ứng tức thời sau xung lực). Việc hiểu các nguyên lý rung động cưỡng bức là rất quan trọng vì nó giải thích mối quan hệ giữa biên độ rung động và mức độ nghiêm trọng của sự cố và cách kiểm soát rung động bằng cách giảm lực cưỡng bức hoặc điều chỉnh phản ứng của hệ thống.
Đặc điểm của rung động cưỡng bức
Phù hợp tần số
- Tần số rung động bằng tần số cưỡng bức
- Nếu ép ở tần số 30 Hz, rung động ở tần số 30 Hz
- Không giống như rung động tự kích thích xảy ra ở tần số tự nhiên
- Tần suất dự đoán dựa trên nguồn cưỡng bức
Tỷ lệ biên độ
- Biên độ dao động tỷ lệ thuận với cường độ lực tác dụng
- Lực tăng gấp đôi → dao động tăng gấp đôi (hệ tuyến tính)
- Loại bỏ lực ép → dừng rung
- Có thể kiểm soát thông qua việc giảm lực
Mối quan hệ pha
- Chắc chắn giai đoạn mối quan hệ giữa lực và phản ứng
- Pha phụ thuộc vào tần số so với tần số riêng
- Dưới cộng hưởng: dao động cùng pha với lực
- Ở cộng hưởng: độ trễ pha 90°
- Trên cộng hưởng: độ trễ pha 180°
Sự ổn định
- Hệ thống ổn định—giới hạn rung động
- Không phát triển mà không có giới hạn
- Biên độ bị giới hạn bởi lực cưỡng bức và phản ứng của hệ thống
- Ngược lại với rung động tự kích thích không ổn định
Các hàm cưỡng bức phổ biến trong máy móc
1. Mất cân bằng (1× Lực ép)
- Lực lượng: Lực ly tâm quay từ độ lệch tâm khối lượng
- Tính thường xuyên: Một lần mỗi vòng quay (1× tốc độ trục)
- Kích cỡ: F = m × r × ω² (tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ)
- Phổ biến nhất: Nguồn rung động chính trong hầu hết các thiết bị quay
2. Không thẳng hàng (Lực ép 2×)
- Lực lượng: Lực liên kết từ góc lệch/song song
- Tính thường xuyên: Hai lần mỗi vòng quay (2 lần tốc độ trục)
- Đặc điểm: Thành phần trục cao
3. Khí động học/Thủy lực (Luồng cánh/Cánh quạt)
- Lực lượng: Xung áp suất từ tương tác cánh quạt-stato
- Tính thường xuyên: Số lượng cánh quạt × Tốc độ trục
- Ví dụ: Quạt, máy bơm, máy nén
4. Lực lưới bánh răng
- Lực lượng: Sự tiếp xúc của răng tạo ra tải trọng định kỳ
- Tính thường xuyên: Số răng × tốc độ trục
- Kích cỡ: Liên quan đến mô-men xoắn truyền và chất lượng răng
5. Lực điện từ
- Lực lượng: Xung động từ trường trong động cơ/máy phát điện
- Tính thường xuyên: Tần số dòng 2× (120/100 Hz)
- Độc lập: Tốc độ cơ học (lực ép không đồng bộ)
Phản ứng với sự ép buộc: Hành vi hệ thống
Dưới tần số tự nhiên (Kiểm soát độ cứng)
- Biên độ rung động ≈ Lực / Độ cứng
- Phản ứng cùng pha với lực ép
- Biên độ tăng theo tốc độ đối với lực phụ thuộc vào tốc độ
- Vùng hoạt động điển hình cho hầu hết các rôto cứng
Ở tần số tự nhiên (cộng hưởng)
- Biên độ dao động ≈ Lực / (Giảm chấn × Tần số riêng)
- Biên độ được khuếch đại bởi hệ số Q (thường là 10-50×)
- Độ trễ pha 90°
- Lực nhỏ tạo ra rung động lớn
- Giảm chấn chỉ là yếu tố hạn chế
Trên tần số tự nhiên (Kiểm soát khối lượng)
- Biên độ dao động ≈ Lực / (Khối lượng × Tần số²)
- Độ trễ pha 180° (dao động ngược với hướng lực)
- Biên độ giảm khi tần số tăng
- Vùng hoạt động cho rôto linh hoạt ở tốc độ tới hạn
Rung động cưỡng bức so với các loại khác
Rung động cưỡng bức so với rung động tự do
- Bị ép: Lực ép liên tục, rung động duy trì, ở tần số lực ép
- Miễn phí: Đáp ứng xung, rung động giảm dần, ở tần số tự nhiên
- Ví dụ: Kiểm tra va đập tạo ra rung động tự do; máy chạy tạo ra rung động cưỡng bức
Rung động cưỡng bức so với rung động tự kích thích
- Bị ép: Lực bên ngoài, biên độ tỉ lệ thuận với lực, ổn định
- Tự kích động: Nguồn năng lượng bên trong, biên độ bị giới hạn bởi tính phi tuyến tính, không ổn định
- Ví dụ: Sự mất cân bằng là bắt buộc; xoáy dầu là tự kích động
Kiểm soát và giảm thiểu
Giảm lực ép
- Balancing: Giảm lực ép mất cân bằng trực tiếp
- Alignment: Giảm lực lệch
- Sửa chữa lỗi: Sửa chữa các vấn đề cơ học tạo ra lực
- Hiệu quả nhất: Loại bỏ hoặc giảm thiểu nguồn ép buộc
Sửa đổi phản hồi của hệ thống
- Thay đổi độ cứng: Chuyển tần số tự nhiên ra khỏi tần số cưỡng bức
- Thêm giảm chấn: Giảm khuếch đại cộng hưởng
- Thay đổi khối lượng: Sửa đổi tần số tự nhiên
- Sự cách ly: Giảm lực truyền tới kết cấu
Tránh cộng hưởng
- Đảm bảo tần số cưỡng bức không khớp với tần số tự nhiên
- Biên độ tách biệt thường là ±20-30%
- Phân tích giai đoạn thiết kế để xác minh
- Hạn chế tốc độ nếu không thể tránh khỏi cộng hưởng
Ý nghĩa thực tiễn
Hầu hết rung động của máy móc là cưỡng bức
- Mất cân bằng, lệch trục, ăn khớp bánh răng—tất cả đều là rung động cưỡng bức
- Có thể dự đoán và kiểm soát được thông qua việc buộc phải giảm
- Các hành động bảo trì tiêu chuẩn (cân bằng, căn chỉnh) buộc phải giải quyết
Phương pháp chẩn đoán
- Xác định tần số cưỡng bức từ quang phổ
- Phù hợp với các nguồn lực đã biết (1×, 2×, lưới bánh răng, v.v.)
- Chẩn đoán nguồn cưỡng bức
- Giảm lực ép thông qua bảo trì thích hợp
Rung động cưỡng bức là loại rung động cơ bản trong máy móc quay, phát sinh từ các lực tuần hoàn bên ngoài tác động lên hệ thống. Việc hiểu các nguyên lý rung động cưỡng bức—phù hợp tần số, tỷ lệ biên độ và đặc tính đáp ứng—cho phép chẩn đoán chính xác các nguồn rung động, thực hiện các biện pháp khắc phục phù hợp (giảm lực cưỡng bức hoặc điều chỉnh đáp ứng), và thiết kế các chiến lược giảm thiểu rung động thông qua việc giảm lực cưỡng bức và tránh cộng hưởng.
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 