什么是机架共振？机械结构振动 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。 什么是机架共振？机械结构振动 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。

什么是机架共振？机器结构振动

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理解框架共振

便携式平衡器、振动分析仪

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定义：什么是框架共振？

框架共振 是一种特定类型的 结构共振 当机器自身的结构框架、外壳、机壳或防护罩在其某个位置振动时，就会发生这种情况。 固有频率 这是由于旋转部件的激励引起的。与涉及支撑结构的地基或基座共振不同，机架共振涉及机器本体本身——即包围旋转部件的铸铁或钢结构。.

机架共振在大型、相对轻型外壳的机械设备中很常见，例如风扇、鼓风机、泵和电机。它通常表现为噪音过大、外壳或面板出现可见振动以及高转速。 振动 机架上的读数与实际转子振动不成比例。.

常见的框架共振情况

电机和发电机机架

  • 自然频率： 通常为 50-400 Hz，具体取决于尺寸和结构。
  • 励磁： 1×（不平衡），2×线路频率（60 Hz 电机为 120 Hz），电磁力
  • 症状： 机架振动远大于轴承振动；可听到嗡嗡声或嘶嘶声
  • 严重性： 车架上的振动可能比轴承上的振动高 5-10 倍。

风扇和鼓风机外壳

  • 自然频率： 典型工业风扇的频率范围为 20-200 Hz
  • 励磁： 叶片通过频率 （叶片数×转速）
  • 症状： 房屋面板剧烈振动；巨大的空气动力噪音
  • 特征： 可能仅在特定速度或流量条件下发生

泵壳

  • 自然频率： 根据外壳设计，频率范围为 30-300 Hz
  • 励磁： 叶片通过频率，液压脉动
  • 症状： 外壳振动、噪音、疲劳裂纹的可能性
  • 液力耦合器： 充液式壳体可耦合转子和壳体振动

变速箱壳体

  • 齿轮啮合频率激励
  • 框架固有频率通常与网格频率重叠
  • 共振时特有的响亮齿轮啸叫声

振动特征与检测

特征性症状

  • 取决于地点： 车架表面各处的振动差异非常大（通常相差10倍）。
  • 轴承与框架： 机架振动 >> 轴承振动（可能高 3-10 倍）
  • 频率特定： 仅在共振频率下有效；其他频率正常。
  • 速度感应式： 在较窄的速度范围内（共振速度的±10-20%）表现严重
  • 视觉运动： 帧运动通常肉眼可见

诊断测试

冲击（碰撞）测试

  • 用橡胶锤或带工具的锤子敲击框架。
  • 用以下方式测量响应 加速度计
  • 从频率响应峰值识别机架固有频率
  • 与运行频率（1次、2次、叶片通过等）进行比较

移动加速度计调查

  • 在运行过程中测量机架上多个点的振动。
  • 创建振动图，显示高低振动区域
  • 图案揭示模态形状（弯曲、扭转、面板弯曲）
  • 识别波腹（最大运动）和波节（最小运动）

传递函数测量

  • 测量轴承振动（输入）与车架振动（输出）之间的一致性
  • 特定频率下的高相干性证实了共振现象。
  • 传递函数显示放大因子

解决方案和缓解措施

刚度调整

添加结构肋或角撑板

  • 提高车架弯曲刚度
  • 将固有频率提升至激励范围以上
  • 相对经济有效
  • 可对现有设备进行改装

增加材料厚度

  • 加厚框架墙或面板
  • 显著提高刚度和频率
  • 可能需要修改设计并重新铸造/加工。

结构连接和支撑

  • 连接框架的相对两侧以防止弯曲。
  • 交叉支撑可提高扭转刚度
  • 无需内部修改即可从外部添加

质量添加

  • 较低的固有频率： 增加质量以降低频率至激励范围以下
  • 战略布局： 在波腹位置增加质量，以达到最大效果
  • 调谐质量： 精心计算的质量增加以改变特定模式
  • 权衡： 重量增加可能并非适用于所有应用。

阻尼处理

约束层阻尼

  • 夹在金属层之间的粘弹性材料
  • 适用于大面积平面（面板、盖板）
  • 将共振峰幅度降低 50-80%
  • 有效频率范围为 20-500 Hz

自由层阻尼

  • 阻尼材料直接粘合在振动表面上
  • 比约束层更简单，但效果较差
  • 适用于无障碍功能受限的应用

运营变更

  • 变速： 以不会发生共振的速度运行
  • 减少强迫： 改善平衡和姿势，以降低刺激幅度
  • 流程变更： 改变流量、压力或负载以改变激励频率

设计中的预防

设计原则

  • 足够的刚度： 设计框架的固有频率大于最高激励频率的 2 倍
  • 质量分布： 避免形成产生低频模式的集中质量
  • 加强筋和加固： 从一开始就加入加固结构
  • 模态分析： 在设计过程中使用有限元分析来预测和优化固有频率

设计验证

  • 原型测试及冲击分析
  • 首批单元的运行挠度形状测量
  • 如果发现共振现象，请在生产前修改设计。

案例

情况： 75马力电机驱动离心风机，噪音和振动过大

  • 症状： 电机机架振动频率为 12 毫米/秒；轴承振动频率仅为 2.5 毫米/秒。
  • 频率： 120 Hz（60 Hz 电机的线路频率的 2 倍）
  • 冲击试验： 测得的框架固有频率为 118 Hz
  • 根本原因： 框架在电磁激励频率下谐振
  • 解决方案 增加了四个角铁加强筋，将电机底座连接到端盖上。
  • 结果： 车架固有频率偏移至 165 Hz，振动频率降至 3.2 mm/s
  • 成本： 材料方面，$200 与电机更换方面，$8,000 相比如何？

车架共振是一种常见但常被误诊的振动问题。识别其特征症状（车架振动相对于轴承振动较大、频率特定、位置相关）并应用适当的诊断技术（冲击试验、ODS分析）可以制定针对性的解决方案，从而以适中的成本显著降低振动。.

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类别 词汇表振动诊断
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