理解刚度

1. 定义：什么是刚度？

刚性 是一种基本物理特性，描述物体或结构在受到力作用时抵抗变形或偏转的程度。在 振动分析刚度（通常用字母“k”表示）是三个关键属性之一，另外两个是质量（m）和 减震 （c），控制任何机械系统的振动行为。

刚度高的部件在给定载荷下变形很小，而刚度低的部件变形较大。例如，粗短的钢筋刚度较高，而细长的橡皮筋刚度很低。

2. 刚度在振动中的关键作用

系统的刚度是决定其 固有频率固有频率是指系统在受到干扰后自由振动时发生振荡的频率。其关系由以下基本公式定义：

固有频率（ωn）≈√（k/m）

其中，“k”表示刚度，“m”表示质量。该关系表明：

• 增加刚度 将要 增加 固有频率。
• 降低刚度 将要 减少 固有频率。
• 增加质量 将要 减少 固有频率。

3. 刚度和共振

这种关系至关重要，因为 谐振。当强迫频率（如 运行速度 机器的振动频率（例如，机器的振动频率）与系统的某个固有频率相匹配。当这种情况发生时，振动幅度会急剧增大，常常导致过早磨损和灾难性的故障。

因此，了解刚度对于诊断和解决共振问题至关重要：

• 问题诊断： 如果机器处于共振状态，分析师就会知道强制频率太接近固有频率。
• 解决方案设计： 为了解决这个问题，分析人员必须改变系统的固有频率。由于改变机器的质量或受力频率（其运行速度）通常很困难，最常见的解决方案是改变刚度。通过增加支撑、角撑板或改进机器的基础，可以提高系统的刚度。这会提高固有频率，使其远离受力频率，从而消除共振条件。 频率响应函数（FRF） 测量用于确认固有频率的变化。

4. 机械诊断中的刚度

刚度的变化也可以直接表明故障正在发生：

• 松弛： 机器框架或地基的安装螺栓松动或出现裂缝，都会导致局部刚度显著下降。这会导致机器的振动幅度增大。在 FFT 频谱机械松动往往会产生一系列 谐波 （1X、2X、3X等）的运行速度。
• 软脚: 在这种情况下，机器脚不能平放在底座上，从而产生扭曲和非线性的刚度分布，这会导致高振动并使对准困难。
• 轴承磨损： 随着轴承磨损，滚动体和滚道之间的间隙会增加。这可以被视为转子支撑系统整体刚度的降低，从而降低转子的临界转速。

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