Schwingungsanalyse im Maschinenbau, Teil I.

Letzte Woche haben wir unsere Diskussion über die Wärmeübertragung abgeschlossen. Diese Woche werden wir zu einer Diskussion über die Schwingungsanalyse übergehen.

Vibrationen treten auf, wenn sich ein Teil der Maschine im Vergleich zu einem Referenzpunkt physisch bewegt. Diese physische Bewegung kann sich in einer geraden Linie, in einem Kreis oder auf jede erdenkliche Weise in drei Dimensionen manifestieren. Der Bezugspunkt kann eine Führung für ein Gleitteil oder eine Achse für ein rotierendes Teil sein.

Wie in der Kinetik erläutert, haben Maschinenteile Masse, und wenn sich die Masse bewegt, enthält sie kinetische Energie. Wenn sich ein Teil innerhalb einer Maschine bewegt, kann die erzeugte Energie dazu führen, dass Kräfte wirken über die Maschine als Ganzes. Das Nettoergebnis ist die Vibration der Maschine, die in “Sympathie” mit der Bewegung des diskutierten originalen mechanischen Teils auftritt.

Lassen Sie uns über Beispiele für Vibrationen sprechen, die durch kreisförmige und geradlinige Bewegungen verursacht werden. Und welche Figur zeigt ein besseres Bild der Vibration in einer geraden Linie auf und ab als ein Presslufthammer, wie in Abbildung 1 gezeigt. Dieses Werkzeug hat einen Meißel, der mit einem Luftkolben verbunden ist, der sich auf und ab bewegt. in einer geraden Linie nach unten, und der Meißel und der Kolben haben jeweils Masse. Es ist die schnelle Auf- und Abbewegung der Gesamtmasse der Vorrichtung, die zur Bruchkraft des Betons führt. Leider vibrieren diese Kräfte auch den Schaft des Presslufthammers zurück in die Hände, Arme und den Körper des Bauarbeiters, der ihn bedient.

Abbildung 1 – Ein Drucklufthammer

Ein Beispiel für Vibrationen, die durch eine Kreisbewegung verursacht werden, finden Sie in Ihrer Waschmaschine. Haben Sie jemals bemerkt, was passiert, wenn Sie einen schweren Gegenstand, beispielsweise einen Teppich, werfen und der Schleudergang beginnt? Dieser “THUMP-THUMP-THUMP” -Sound, der einfach nicht aufhört, ist auf den Teppich zurückzuführen, der jetzt nass und gefroren in einem einzigen schweren Klumpen auf einer Seite des Shakers ist. Es dreht sich weiter um die Mitte des Rührwerks und erzeugt eine unausgeglichene Zentrifugalkraft nach außen, die die Richtung um ihren zentralen Drehpunkt, den Rührer, ständig ändert. Diese Kraft bringt die Waschmaschine dazu, von Seite zu Seite und von vorne nach hinten zu schaukeln. Stellen Sie sich nun vor, dass diese Situation Tag für Tag, Stunde für Stunde, jedes Mal in Ihrer Waschmaschine auftritt, wenn Sie eine Ladung zum Waschen legen. Wie lange würde Ihre Waschmaschine Ihrer Meinung nach bei dieser Verwendung halten? Wie dieses Beispiel zeigt, müssen Vibrationen bei der Maschinenkonstruktion berücksichtigt werden, da sie, wenn sie stark genug sind, dazu führen können, dass sich Maschinenteile abnutzen und vorzeitig ausfallen.

Apropos Verschleiß: Möglicherweise haben Sie festgestellt, dass die Reifen Ihres Autos vorzeitig abgenutzt sind, und ein Mechaniker sagte, dies sei passiert, weil Ihre Stoßdämpfer oder Federbeine schlecht sind. Stoßdämpfer und Federbeine helfen dabei, Vibrationen im Aufhängungssystem, die auftreten, wenn die Räder Ihres Autos die Straße hinunter rollen, sicher zu kontrollieren oder zu “dämpfen”. Ohne angemessene Dämpfung können Vibrationskräfte den Reifen buchstäblich von der Straße abprallen lassen und bei jeder Landung auf dem Bürgersteig quietschen. Oh ja, wenn die Vibration stark genug ist, können Sie sogar die Kontrolle über Ihr Auto verlieren und in einen Unfall geraten.

Leider wirken sich starke Vibrationen nicht nur auf Maschinen aus, sondern auch auf die Personen, die mit ihnen in Kontakt kommen, und verursachen häufig körperliche Beschwerden und Verletzungen. Haben Sie vom “White-Finger-Syndrom” gehört, das auch als Raynaud-Syndrom bekannt ist? Dieser schmerzhafte Zustand, der auftritt, wenn Vibrationen den Blutfluss zu den Fingern verhindern, führt dazu, dass sie kribbeln, taub werden und dann weiß werden. Je länger eine Person ein vibrierendes Werkzeug benutzt und je schneller das Werkzeug vibriert, desto größer ist das Risiko.

Nun, das ist unser erster Sprung in die Welt der Schwingungen. Nachdem wir nun die Grundlagen der Schwingungen kennen und wissen, was sie bewirken können, können wir beim nächsten Mal untersuchen, wie ein einfaches Schwingungsproblem gelöst werden kann, das häufig bei Drehmechanismen auftritt.

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