什么是结构共振？支撑系统振动 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机上的螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡 什么是结构共振？支撑系统振动 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机上的螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡

什么是结构共振？支撑系统振动

由 admin 于 发布

理解结构共振

定义：什么是结构共振？

结构共振 是一种情况，其中 振动 来自旋转机械的频率（例如 1 倍运行速度，2 倍运行速度） 错位, （或叶片通过频率）与 固有频率 非旋转支撑结构——包括机器框架、底板、, 基座, 地基，甚至附近的建筑物。当这种频率匹配发生时，, 谐振 它将结构振动放大到远远超过旋转部件本身所承受的振动水平。.

结构共振尤其成问题，因为它会使一台平衡良好、对准正确的机器看起来像是存在严重的振动问题。高振动存在于结构中，并不一定意味着转子有问题，但结构运动会反馈到转子，影响其运行，并随着时间的推移造成实际的机械损坏。.

结构共振是如何发生的

共振机制

  1. 激发源： 旋转机械产生周期性力（来自） 不平衡, （例如，错位等）
  2. 力传递： 这些力通过轴承传递到支撑结构。
  3. 频率匹配： 如果激励频率≈结构固有频率
  4. 能量积累： 结构在多个循环中吸收能量
  5. 放大： 振动幅度逐渐增大，仅受结构限制。 减震
  6. 观察到的效果： 结构振动的振幅比正常输入力产生的振幅高 5-50 倍。

典型频率范围

  • 基础模式： 通常工业基础的工作频率为 5-30 Hz
  • 底板模式： 根据尺寸和结构不同，频率范围为 20-100 赫兹。
  • 基座模式： 典型轴承支撑的频率范围为 30-200 Hz
  • 框架/覆盖模式： 适用于金属板材和盖板的 50-500 Hz 频率

常见共振场景

1倍跑步速度共振

  • 例子： 机器转速为 1800 转/分 (30 赫兹)，地基固有频率为 28-32 赫兹
  • 症状： 尽管平衡良好，但振动仍然非常剧烈。
  • 影响： 即使是很小的残余不平衡也会引起较大的结构运动。
  • 解决方案 改变基础刚度、增加阻尼或改变运行速度

2倍共振（失调频率）

  • 未对准会产生2倍频率的激励
  • 如果 2× 与结构模式匹配，则会发生扩增。
  • 高振动可能被误诊为严重错位
  • 改进对准方式有所帮助，但并不能消除共振。

叶片/导叶通过频率共振

  • 风扇、水泵、涡轮机产生叶片通过频率（N × RPM，其中 N = 叶片数）
  • 通常在 50-500 Hz 范围内
  • 能够激发该频率范围内的结构模态
  • 高频嘎嘎声或嗡嗡声

诊断识别

结构共振的症状

  • 不成比例的振动： 结构振动远大于轴承振动
  • 速度范围窄： 仅在特定转速下振动较大（±5-10%）
  • 方向性依赖： 在一个方向上强度较大，在垂直方向上强度较小（匹配模态形状）
  • 位置依赖性： 振动在结构表面变化很大（波腹与波节）。
  • 最小轴承效应： 轴承和转子可能表现出可接受的振动，而结构则可能出现严重振动。

诊断测试

1.冲击试验（碰撞试验）

  • 用锤子敲击结构，测量其响应
  • 识别所有结构固有频率
  • 与机器运行频率相比
  • 结构共振最确凿的测试

2. 测量位置比较

  • 测量轴承座（靠近振动源）处的振动
  • 测量底座、底板和地基的尺寸
  • 如果结构振动远大于轴承振动，则表明结构发生共振。
  • 透射率 > 2-3 提示共振放大

3. 工作挠曲形状 (ODS)

  • 同时测量结构上多个点的振动
  • 创建结构运动的动画可视化效果
  • 揭示哪种结构模式处于活跃状态。
  • 识别节点和反节点

解决方案和缓解措施

频率分离

改变运行速度

  • 如果使用变速设备，请避免共振。
  • 更换电机滑轮尺寸以调节转速
  • 使用变频器选择非共振速度
  • 如果速度由工艺要求决定，则可能不切实际。

修改结构固有频率

  • 添加质量： 降低固有频率（f ∝ 1/√m）
  • 增加刚度： 提高固有频率（f ∝ √k）
  • 移除材料： 在某些情况下，减少质量可以改变共振频率。
  • 结构修改： 增加支撑、角撑板或加固措施

阻尼附加

约束层阻尼

  • 粘弹性阻尼材料粘合到结构上
  • 适用于金属板材和框架
  • 降低共振峰幅度
  • 市售的阻尼处理剂

调谐质量阻尼器

  • 增加一个调谐到问题频率的辅助质量-弹簧系统
  • 吸收能量，减少主体结构振动
  • 效果显著，但需要精心设计和调校。

结构阻尼材料

  • 在关键位置设置橡胶垫或隔离器
  • 涂覆于表面的阻尼化合物
  • 关节处的摩擦阻尼器

隔离

  • 在机器和基础之间安装隔振器
  • 将机器振动与结构隔离
  • 如果隔离器的固有频率有效 < 0.5倍激励频率
  • 需要精心设计以避免产生新的共振问题

降低兴奋

  • 提升 平衡质量 减少 1 倍激发
  • 精确对准以减少2倍激发
  • 解决降低作用力幅度的机械问题
  • 减轻症状，但不能消除共振潜能

设计中的预防

基础设计标准

  • 基础固有频率 > 2 倍最大工作频率（避免高于此频率发生共振）
  • 或者 < 0.5倍最低运行频率（独立基础）
  • 避免使用 0.5-2.0 的范围，因为该范围容易发生共振。
  • 在设计阶段加入动态分析

结构设计

  • 设计时需考虑相对于激励频率的足够刚度
  • 避免使用易发生共振的轻载结构
  • 利用罗纹和角撑板来增加频率
  • 考虑增加固有阻尼（复合材料、摩擦连接）

结构共振可通过放大效应将微小的振动源转化为严重的振动问题。在结构动力学对机器整体振动特性影响显著的装置中，通过冲击试验和运行测量识别结构共振，并结合适当的缓解策略，对于实现可接受的振动水平至关重要。.

← 返回主索引

类别
WhatsApp