Condition Monitoring: Resonanz und Eigenfrequenz

Resonanz und Eigenfrequenz

Haben Sie jemals versucht, einen Lüfter auszuwuchten, und die Schwingung geht einfach nicht zurück, egal was Sie tun? Dies wird möglicherweise durch Resonanz verursacht.

Drei Tipps zur Diagnose von Resonanz und sechs Möglichkeiten zur Korrektur im Folgenden.

Fakten

Resonanz ist für 40 % der wiederkehrenden Unwuchtfälle verantwortlich und ist trotz ihrer leichten Diagnose eine der am häufigsten übersehenen Fehler.

Unter den häufigsten Fehlern hat Resonanz die zerstörerischste Kraft. Sie ist auch der Auslöser von 90 % der Strukturbrüche durch Material- und Schweißnahtermüdung sowie der Reduzierung der Lagerlebensdauer durch Überlastung.

Definition der Eigenfrequenz

Um Resonanz zu verstehen, müssen wir zunächst verstehen, was Eigenfrequenz ist. Die Definition lautet in etwa so:

Eigenfrequenz ist die Frequenz, mit der ein Objekt nach einem Schlag weiterhin schwingt. Das könnte nicht klarer sein.

Alle mechanischen Objekte und Systeme haben eine Eigenfrequenz. Je nach ihrer Geometrie können sie sogar mehrere Eigenfrequenzen haben.

JETZT! Was passiert, wenn Sie dieses Objekt mit derselben Frequenz wie seiner Eigenfrequenz anregen? Nun, das ist Resonanz.

Definition der Resonanz

Resonanz ist ein Phänomen, das eine Schwingung verstärkt. Sie tritt auf, wenn eine Schwingung auf ein anderes Objekt übertragen wird, dessen Eigenfrequenz gleich oder sehr nahe an der der Quelle ist.

Lesen Sie auch die Definition auf Wikipedia.

Beispiele

Betrachten Sie das Beispiel eines Pendels.

Wenn ich das Pendel anstoße, geht die aufgebrachte Energie nicht sofort verloren. Stattdessen verbleibt sie in Form der Pendelbewegung, die allmählich verloren geht. Wenn ich es einmal pro Zyklus anstoße, summiert sich diese neue Energie zur Energie, die bereits in Form von Bewegung im Pendel vorhanden war, genau wie wenn Sie Ihr Kind auf einer Schaukel anschieben.

Beachten Sie den gegenteiligen Fall. Wenn ich das Pendel bei einer anderen Frequenz anrege, kämpfe ich gegen die bereits gespeicherte Energie an, sodass der vorhandenen Energie keine neue Energie hinzugefügt wird.

Ähnliches passiert bei rotierenden Maschinen. Wenn die Drehzahl eines Motors nahe an seiner Eigenfrequenz liegt, wird er in Resonanz geraten. Daher wird jede Schwingung durch Unwucht, egal wie gering, verstärkt. Auf diese Weise werden kleine Massen überraschende Veränderungen in der Schwingung verursachen.

Und als wäre das alles noch nicht genug, verhält sich die Schwingung einer Maschine nicht linear. Die Schwingungsmenge erzeugt kleine strukturelle Veränderungen, die vorübergehend die Eigenfrequenz sowie die Dämpfung modifizieren und dazu führen, dass sie sich bei unterschiedlichen Schwingungspegeln leicht unterschiedlich verhält. All dies macht das Auswuchten kompliziert.

Lernen Sie, Resonanz zu Diagnostizieren

Resonanz ist leicht zu diagnostizieren; es ist jedoch wichtig zu wissen, wie man sie erkennt. Eine Maschine wird im Betrieb ihre Schwingung allmählich erhöhen. Resonanz führt zu einem plötzlichen Anstieg der Schwingung, wenn die Maschine ihre Endgeschwindigkeit erreicht. Dasselbe passiert beim „Abkühlen”: Wenn die RPM einen kleinen Abstand zur Eigenfrequenz gewinnt, nimmt die Schwingung sofort ab.

Es gibt drei Arten von Tests, die Sie zur Diagnose von Resonanz durchführen können.

Anlauf- und Auslauftest | Resonanz

Dieser Test wird durchgeführt, indem die Schwingung während des Maschinenstopps aufgezeichnet wird. Bestätigen Sie, dass die Schwingung in den ersten Sekunden tatsächlich drastisch abnimmt.

Auslauftest

Schlagtest | Eigenfrequenz

Beim „Schlagtest” wird die Schwingung nach dem Anschlagen der Maschine aufgezeichnet. Im Spektrum beobachten Sie dann die Resonanzfrequenzen der Struktur. Sie können die Diagnose mit 95 %iger Sicherheit bestätigen, wenn eine dieser Frequenzen nahe an der Drehzahl liegt (stellen Sie sicher, dass Sie die Drehzahl genau kennen). In der Regel reicht diese Untersuchung aus, um Resonanz zu diagnostizieren; es gibt jedoch einen weiteren Test für einen bestätigenden Test.

Schlagtest

FFT des Resonanz-Schlagtests

Bode-Diagramm in der Resonanzanalyse

Ein Bode-Diagramm ist ein Auslauf- oder Anlauftest, der Schwingung und RPM integriert, die von einem Tachometer oder RPM-Sensor gemessen werden. Dieser Test berechnet die FFT und die Phase bezogen auf das RPM-Signal in jedem Zeitintervall. Dieser Test bestätigt die Resonanz durch Beobachtung einer Phasenänderung von 180° zwischen den Momenten vor und nach dem Durchkreuzen der vermuteten Frequenz.

Resonanz Korrigieren

Die gute Nachricht ist, dass das Resonanzphänomen leicht zu korrigieren ist. Bewegen Sie einfach die Eigenfrequenz von der Erregerfrequenz weg.

Korrekturmaßnahmen werden in zwei Kategorien unterteilt:

Die Eigenfrequenz Modifizieren

Sie können die Eigenfrequenz erhöhen, indem Sie die Steifigkeit der Struktur erhöhen. Achten Sie darauf, die Struktur in derselben Richtung der Eigenfrequenz zu verstärken. Dies ist die häufigste Lösung, um eine Änderung der Maschinenleistung zu vermeiden.

Sie können auch die Eigenfrequenz verringern, indem Sie die Steifigkeit der Struktur reduzieren. Das ist nicht so verbreitet, aber genauso möglich und effektiv, sofern die Maschinenleistung nicht beeinträchtigt wird.

Sie können die Eigenfrequenz durch Hinzufügen von Masse verringern. Die Änderung der Masse einer Struktur ändert ihre Eigenfrequenz und entfernt sie damit auch von ihrer Drehzahl.

Sie können auch die Eigenfrequenz durch Entfernen von Masse erhöhen. Dies ist die seltenste Maßnahme, ist aber genauso effektiv.

Die RPM Modifizieren, um Sie von der Eigenfrequenz zu Entfernen

Wenn ein Frequenzumrichter die Motordrehzahl steuert, ändern Sie dann die RPM. Das ist das Einfachste. Im Fall einer Riemen-/Riemenscheibenübertragung könnte die Änderung des Riemenscheibendurchmessers die Lösung sein. In jedem Fall ist es wichtig zu überprüfen, dass die Maschinenleistung für ihre Funktionen ausreicht und natürlich, dass der Stromverbrauch die Herstellerempfehlung nicht überschreitet.

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