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Cardan Antriebswelle: mechanische Instabilität und Resonanz

Anzahl Durchsuchen:0     Autor:Site Editor     veröffentlichen Zeit: 2022-07-06      Herkunft:Powered

Cardan Drive -Welle: mechanische Instabilität und Resonanz

Die mechanische Instabilität ist ein selbsterregendes Schwingungsphänomen, das in der Bearbeitung, Herstellung und Prozessindustrie auftritt, und obwohl eine ungewöhnliche Instabilität zu destruktiven Vibrationsniveaus und hohen Kostenverlusten führen kann.

Wir haben von der Katastrophe der Tacoma Canyon Bridge gehört, die im November 1940 fünf Monate nach Abschluss katastrophal durch windbedingte hohe Schwingungen zerstört wurde. Viele glauben, dass es durch resonante Anregung verursacht wird, aber die wahre Grundursache ist die mechanische Instabilität, ein selbsterregendes Schwingungsphänomen.

Andere Arten von selbst angeregten Schwingungsproblemen sind: Aerodynamik (Flattern), Rotordynamik (Stall, Trennung), aerothermische Dynamik (Flammeninstabilität) und Feedback-Netzwerke (motorisch, hydraulisch, pneumatisch).

Das selbsterregende Schwingungsproblem beginnt spontan zu vibrieren, und sein herausragendes Merkmal ist der Rückkopplungsmechanismus, der zwischen der strukturellen Schwingung des Systems und den Schwingungen der Schlüsselkomponenten des Prozesses oder der Struktur besteht. Wenn diese Rückkopplungsschleife instabil ist, nimmt die Amplitude im Laufe der Zeit zu, manchmal zu zerstörerischen Niveaus.

Für die Tacoma Canyon Bridge gibt es eine instabile Rückkopplungsschleife zwischen der lateralen Vibration der Brücke und der vom Wind auf der Brücke injizierten aerodynamischen Kraft. Mit anderen Worten, die Aerodynamik ändert sich in Abhängigkeit von der Schwingung der Brücke und umgekehrt. Mit zunehmender Amplitude der Schwingungsgeschwindigkeit nimmt auch die Aerodynamik zu. Die Instabilität der Rückkopplungsschleife besteht darin, dass die Aerodynamik und die Schwingung der Brücke sich mit der Zeit gegenseitig verstärken. Schließlich war die Amplitude so groß, dass die Mitte der Brücke zusammenbrach.

1. Identifizierung der InstabilitätCardan Achswelle Kosten - Xinsanming

Die Identifizierung der mechanischen Instabilität erfordert eine sorgfältige Analyse der strukturellen Schwingungseigenschaften in Kombination mit der Kenntnis der strukturellen Dynamik. Die mechanische Instabilität erzeugt die folgenden ungewöhnlichen Schwingungseigenschaften:

1) intermittierende hohe Schwingung

Die Instabilität erzeugt sehr hohe Schwingungsepisoden im Vergleich zum "normalen" Level. Im instabilen Zustand kann die operative Schwingung mehrere hundertmal höher sein als im stabilen Zustand und scheint normalerweise eine Vibration "auf" oder "aus" zu sein.

2) Es gibt keinen zyklischen Anreiz

Da die Instabilitäten spontan sind, treten sie normalerweise ohne eine periodische Schwingungsquelle auf, und die abwechselnden Kräfte, die die Instabilitäten aufrechterhalten, werden durch die Instabilitäten selbst erzeugt und benötigen keine externen Kräfte. Das Fehlen einer periodischen Anregungsquelle deutet auf ein mögliches Instabilitätsproblem hin.

3) Amplitude variiert stark mit der Zeit

Instabilität führt normalerweise zu großen Veränderungen der Amplitude, die relativ schnell um eine Größenordnung erhöhen oder abnehmen kann. Wenn Sie beispielsweise in einem instabilen Zustand arbeiten, steigt die Schwingung eines Systems in weniger als 5 Sekunden von 1,27 mm/s auf 76,2 mm/s.

4) Nichtsynchronische Pure-Ton-Tuning-Schwingungsfrequenz

Die Instabilität tritt normalerweise bei nicht integralen Vielfachen der Drehgeschwindigkeit der rotierenden Teile im System auf, jedoch nicht immer (z. B. Kalenderstreifen), und asynchrone Schwingungen können darauf hinweisen, dass das Problem keine Resonanzanregung ist.

5) Schwingung ist empfindlich gegenüber Geschwindigkeit, Last oder anderen Prozessparametern

Die Instabilität ist äußerst empfindlich gegenüber Betriebsbedingungen einschließlich Geschwindigkeit und kann ausgelöst oder beendet werden, indem nur wenige Prozent einer Prozessvariablen geändert werden.

6) Die Hauptschwingungsfrequenz liegt nahe an der Eigenfrequenz der Struktur

Instabilität hängt normalerweise mit der Eigenfrequenz der Struktur zusammen, da Instabilität am wahrscheinlichsten auftritt, wenn die Hauptantriebsfunktion der Struktur des Systems dynamische Flexibilität ist. Da die Eigenfrequenz zu einer dynamischen Flexibilität führt, tritt die Instabilität bei ähnlichen Frequenzen auf.

7) Es gibt einen mechanischen Rückkopplungsmechanismus

Die Instabilität erfordert Rückkopplungen, und die gesamte mechanische Instabilität hat einen inhärenten Rückkopplungsmechanismus zwischen struktureller Schwingung und einer Änderung einer Schlüsselkomponente des Prozesses. Manchmal ist dieser Feedback-Mechanismus nicht sofort offensichtlich und erfordert eine eingehende Untersuchung des Prozesses und der Ausrüstung. Wenn ein solcher Mechanismus existiert, ist er höchstwahrscheinlich instabil.

2. Instabilität und Resonanz

Einige der oben genannten Eigenschaften sind einzigartig für die Instabilität, wie das Vorhandensein eines Rückkopplungsmechanismus und das Vorhandensein von hochreinen Tonstimmungsvibrationen in Abwesenheit einer Anregungsquelle. Instabilität und Resonanz weisen jedoch gemeinsam einige Eigenschaften auf, beispielsweise sind beispielsweise empfindlich gegenüber Betriebsbedingungen (wie Geschwindigkeit) und treten in der Nähe der Eigenfrequenz der Struktur auf. Trotz dieser Ähnlichkeiten sind Instabilität und Resonanz unterschiedliche Phänomene, und wir werden einen Vergleich zwischen ihnen machen. Resonanz ist die hohe Schwingung, die durch den Betrieb bei oder in der Nähe der Eigenfrequenz der Struktur verursacht wird. Es ist ein erzwungenes Schwingungsproblem und kann durch die folgende Abbildung dargestellt werden.

Unter der Annahme, dass das System linear ist, erregt die Amplitude direkt die Größe der Kraft, so dass sich die Amplitude der Schwingung verdoppelt, wenn sich die Kraft verdoppelt. In ähnlicher Weise ist die Amplitude direkt proportional zur Amplitude der Flexibilitätsfunktion bei der Anregungsfrequenz. Wenn die Flexibilität des Systems verdoppelt wird (d. H. Die Systemsteifigkeit ist halbiert), wird die Amplitude verdoppelt.

Im Gegensatz dazu wird die Instabilität nicht durch Eigenfrequenzen verursacht, obwohl sie normalerweise damit verbunden ist. Die Wurzel der Instabilität ist das Vorhandensein des Rückkopplungsmechanismus, der eine instabile Rückkopplungsschleife im System festlegt. Instabilität beinhaltet immer Rückkopplungsmechanismen, die in der folgenden Abbildung dargestellt werden können.

Für die Instabilität ist die Amplitude hauptsächlich eine Funktion der Stabilität des Systems. Die Amplitude wird nicht durch die Existenz der Anregungskraft, der Größe oder der Flexibilität der Struktur beeinflusst. Das Problem ist, ob das System stabil ist oder nicht. Im instabilen Zustand kann die Amplitude hundertmal höher sein als im stabilen Zustand.

Resonanz ist ein erzwungenes Schwingungsproblem, das eine abwechselnde Kraft gleicher Energie in der Nähe der Eigenfrequenz der Struktur erfordert. Diese Kraft ist unabhängig von der Bewegung und bleibt, wenn die Bewegung aufhört. Resonanz kann beseitigt werden, wenn die Häufigkeit der Anregungsquelle von der Eigenfrequenz ausreichend getrennt ist.

Die Instabilität wird selbsternd, die abwechselnden Kräfte, die Bewegung aufrechterhalten, werden durch Bewegung selbst erzeugt und kontrolliert, und wenn die Bewegung aufhört, verschwinden die Kräfte. Instabilität erfordert Energie, aber die Frequenzkomponente der Energie ist unwichtig, und die Reduzierung oder Beseitigung der Anregungsquelle hat nur geringe Auswirkungen auf das Problem, da die Instabilität nicht durch externe Wechselkräfte verursacht wird.

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