基礎知識 | 振動控制內容簡介_蘇州賽為斯環境科技

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基礎知識 | 振動控制內容簡介

文章出處：技術資訊網責任編輯admin 閱讀量：發表時間：2021-02-04 16:30

1失效分析和振動嚴重性評價
在振動水平與機械可靠性之間存在直接的因果聯系，振動是機械系統機械和結構部件中應力的指示。一般說，對應一個系統，大的振動水平指示大的應力水平；對應很小量的周期性應力增加，疲勞壽命可顯著降低。因此，有必要保證一個機械系統的振動狀態盡可能的低。
過去發展了很多標準，對振動水平多大是可以接受的提供一般性指導。不管如何使用這些標準評價嚴重程度，機械部件（軸承、密封等等）的持續早期損壞、旋轉部件或支持結構的災難性的損壞，應當說明振動水平可能過大。另外，這些標準應限于在設備的軸承部位的振動測量，并沒有考慮作為支持結構系統、或機器結構部件的嚴重程度標準。
2固有頻率，振型和模態參與
振動分析師經常面對的機械系統是復雜的部件裝配，為了改善設計，控制動態力的幅值或振動響應的水平，必須理解這些系統的響應特性。為了研究一臺機器及其支持結構和/或基礎的振動響應所建立的數學和實驗模型可能相當復雜，然而，在試圖進行振動分析或設計控制振動的方法之前，理解機械系統對動態負載的響應的方式是非常必要的。
所有結構化的機械系統可以由質量和剛度的組合來表示，系統可以利用一系列質量體、彈簧和阻尼器來建模型。建模是用數學描述物理對象以便預測其動態行為的藝術和科學，必須認識到，建模的過程涉及物理系統的數字表示，它提供一個近似解。數字的近似精度取決于模型的適當性。
模態振型表示一個固有頻率對一個動態力的靈敏程度，在多自由度系統中，不僅是動態激勵頻率接近固有頻率的程度，而且動態力施加的位置相對于該有關固有頻率模態振型的最大參與點的關系，決定系統振動的大小。如果一個動態力頻率接近固有頻率，并且施加的位置和方向與振型的最大運動一致，那么振動響應最大。相反，如果動態力施加在模態振型沒有任何運動的位置，將沒有共振放大響應。
3通過改變動態力控制振動
當機械系統承受某種性質的外部動態力時產生振動。動態力，有時稱為力函數，隨時間變化，可以是簡諧、周期性但非簡諧、非周期但以定義的方式和隨機。
激勵響應分析，計算當一個結構化的機械系統受到動態載荷 (Fdyn) 的作用時產生的振動的量。單自由度振動系統的運動方程式：

由動態力產生的位移解，如下：

由靜態力產生的位移解，如下，就是力除以剛度：

比較上述二等式，靜態位移和動態位移的差別，就是放大系數，如下：

下圖是有阻尼的單自由度彈簧-質量系統的放大系數，有時也稱為傳遞性曲線。對這個系統，隨著動態力的頻率接近固有頻率、放大系數，因此計算的動態位移顯著增加。在共振時需要阻尼來控制位移的量，如果沒有阻尼，系統的響應將無限增大。

放大系數取決于動態力的頻率 (fd ) 與系統的固有頻率 (fn) 之比和阻尼的大小 (ξ )。在不希望振動的大部分情況下，振動控制在于減小放大系數；在希望產生振動的情況下（進料器和篩），振動控制在于最大化放大系數。因為固有頻率是剛度和質量的函數，放大系數取決于剛度、質量和阻尼。對任何給定的力，振動控制的基礎在于設計或修改結構化機械系統的這三個參數。
合成的振動位移取決于動態力 (Fdyn)。取決于它如何施加在機械系統上，該動態力可以表示為其諧頻的組合。諧頻的幅值通過對力的時間描述，進行傅里葉變換來確定。
動態力可以分為四種基本類型；簡諧，周期，脈沖和隨機。每一種類型力的頻率成分不同。識別動態力是重要的，因為在一些情況下，可以通過去除、改變或減小力來獲得振動控制。
4振動控制基本轉子動力學
機械系統由運動（往復或旋轉）部分和靜止部分組成，這兩個部分之間的界面（軸承）由靜止和運動部件組成。振動控制涉及完整的結構化機械系統的分析，在理解旋轉機器的轉子動力學的同時，理解支撐系統的結構動力學，是正確分析任何復雜系統所要求的。
轉子通常由軸和某種工作部件或葉輪組成，風機轉子可能有一個軸和一個風機葉輪，泵或壓縮機可能有一個軸和一個或多個葉輪。一個葉輪的泵稱為單級泵，六個葉輪的泵稱為六級泵。有很多其他類型的轉子，包括離心機、混合/攪拌機轉子、電機轉子、沖擊破碎機等，各具其特點。
這些轉子的工作件、葉輪等等，如果沒有計算機分析，將是非常困難的。對于非常復雜的轉子，需要有限元分析 (FEA) 計算其固有頻率和振型。
5通過改變支撐系統的振動控制
當測量振動的時候，測量的是整個結構化機械系統的響應。一個機械系統由運動部件（旋轉、往復或轉換）和支撐運動部件的靜止部件組成，靜止的結構部件包括軸承座、設備底座、樓層平臺和基礎組成。軸承是運動和靜止部件之間的界面，他們是運動和靜止部件的組合。振動控制針對運動部件（轉子）時，將支撐條件作為一個簡單的等效彈簧；實際上結構支撐系統的動力學也是需要關注的，一般作為結構動力學的領域。
結構動力學領域也涉及旋轉和往復機器的結構部件。在轉子動力學的領域，一般限于研究與轉子的橫向和扭轉振型有關的轉子響應，但是轉子包括葉輪、轉輪、盤、葉片等等，它們有固有頻率振型，其獨立于軸的橫向和扭轉振型。這些部件的動態響應也應該作為結構動力學的一部分來考慮。
機器的振動特性可能會受到支撐系統的結構動力學特性的顯著影響，如果支撐系統太柔，機器振動可能變大；更嚴重的情況，如果結構共振，機器振動可能極大。
6剛性水泥基礎的結構動力學
剛性水泥基礎有兩中基本形式，第一種是方墊子置于土壤之上，機械設備螺栓安裝在墊子上面；第二種基礎有一個或幾個水泥墩，從基礎墊子伸出，機械設備螺栓安裝在蹲著上面。
如果基礎墊子和墩子的變形相對于土壤基礎界面的變形不微不足道，可以認為基礎是剛性的。結構化動態系統的主要彈性元件是土壤，水泥基礎只作為質量參與；動態響應類似于一個剛性體。基礎的主要固有頻率與剛性體的平移或搖動相關。剛性基礎除了剛性體振型之外，可能有彈性固有頻率振型，但是這些固有頻率遠大于大多數大型機械設備的運轉速度。
對于直接在土壤之上的基礎設計，基礎墊子有時稱為擴展底座，負載從水泥傳遞到土壤，作為水泥基礎墊子與其下緊密的表面之間的壓力擴散開。
7簡諧力與地面振動的隔離
隔振設計通常基于單自由度振動系統 – 機器和基座有單個彈簧支撐的理論傳遞算式。由于大部分機械系統（如風機、泵、壓縮機）需要不止一個彈簧支撐來保證穩定，即使非常簡單的隔振系統會具有多個自由度。簡化的隔振算式一般假定隔振彈簧之下的支撐結構和隔振彈簧之上的任何結構是剛性的，這些假定通常是錯誤的，可能會導致嚴重的振動問題，忽略支撐結構和隔振基座的結構動力學特性設計的隔振系統可能有問題。
機械隔振系統有三個基本部件，設備及其安裝的結構基座，隔震器彈簧以及支撐隔震器彈簧的基礎或結構。隔震器彈簧可以減少設備產生的動態力傳遞到基礎或支撐結構。常見的例子是空氣處理風機對建筑結構樓層的隔振，降低建筑的振動。隔震器彈簧也用于減小基礎對設備的振動傳遞。
8承受脈動力的系統振動控制
泵系統輸送流體和壓縮機系統輸送氣體的管路一般會承受動態壓力脈動和機械動態力，風機系統輸送空氣的風道也會承受動態壓力脈動。管路和風道的振動響應取決于其固有頻率與產生的機械力和脈動頻率接近的程度。泵和風機會產生正常的或非正常運行的壓力脈動源，圓形的管路和方型的風道也有其基本固有頻率振型。
管路和風道的振動分析和控制是結構動力學研究的一個特殊分支，管路和風道是動態系統的靜態部件，它們一般不產生動態力，而是響應來自泵、風機、壓縮機、鼓風機等機器產生的動態力，管路和風道中的聲學共振導致動態壓力脈動的放大。管路和風道振動的嚴重性評價與機械部件（如軸承和密封）的振動嚴重性評價有很大不同。

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