لرزشگیر ها

معرفی

این مقاله نگاهی عمیق به جاذب های ارتعاش خواهد داشت.

 

این مقاله درک بیشتری در مورد موضوعاتی مانند:

• اصل کارکرد ارتعاش گیرها
• میرایی در جاذب ارتعاش
• انواع لرزشگیر
• کاربردهای لرزشگیر
• و …

 

اصل عملکرد ارتعاش گیرها

این فصل جاذب‌های ارتعاش، نام‌گذاری آنها و اصل عملکرد را مورد بحث قرار می‌دهد.

 

لرزشگیر چیست؟

جاذب ارتعاش یک سیستم جرمی فنری یک درجه آزادی (DOF) است که لرزش یک سیستم برانگیخته هماهنگ مانند چرخش موتورها، موتورها، ژنراتورها، تسمه ها و غیره را حذف یا کاهش می دهد تا محیطی راحت و ایمن ایجاد کند. یک جاذب ارتعاش معمولاً به بدنه ارتعاشی متصل است و برای تولید “ضد تشدید” به سیستم طراحی شده است. نمونه ای از جاذب ارتعاش مورد استفاده برای خنثی کردن نوسانات ایجاد شده توسط نیروهای ارتعاشی در زیر نشان داده شده است.

 

 

 

نامگذاری ارتعاش گیرها

جاذب‌های ارتعاش در بسیاری از ماشین‌ها و سیستم‌های مکانیکی رایج هستند و درک نام‌گذاری جاذب‌های ارتعاش مهم است. این به تفصیل در زیر آمده است.

 

لرزش در ارتعاش گیرها

ارتعاش را می توان به عنوان یک پدیده مکانیکی تعریف کرد که زمانی که نوسانات حول یک نقطه تعادل رخ می دهد، تجربه می شود. ارتعاشات می توانند مطلوب باشند. مانند صنعت ساختمان، می توان از آنها برای مخلوط کردن بتن در ویبره بتن استفاده کرد. ارتعاشات در برخی موارد می توانند اثرات منفی داشته باشند، به خصوص زمانی که صداهای ناخواسته تولید می کنند و در موارد دیگر تمایل به هدر دادن انرژی دارند. در موتورهای الکتریکی، موتورها و بسیاری از عملیات مکانیکی ارتعاشات مورد نیاز نیست. هنگامی که ارتعاشات تولید شده مورد نیاز نباشد، جذب کننده ها برای حذف، کاهش یا حذف ارتعاشات اجرا می شوند.

 

 

رزونانس چیست؟

تشدید به عنوان ایجاد دامنه افزایش یافته تعریف می شود که زمانی رخ می دهد که فرکانس طبیعی یک سیستم با فرکانس نیروی اعمالی دوره ای هماهنگ باشد. باز هم، این پدیده بسته به جایی که رخ می دهد، می تواند مطلوب یا نامطلوب باشد. در صنعت ساخت و ساز، تشدید اغلب نامطلوب است، زیرا باعث می شود سازه هایی مانند پل ها، دیوارها، ساختمان ها به دلیل افزایش لرزش یا ارتعاش ناشی از افزایش دامنه، ترک بخورند یا سقوط کنند. در صنعت موسیقی رزونانس نتایج مثبتی دارد و از آن برای تولید صدا در آلات موسیقی استفاده می شود.

 

اندازه گیری دامنه

دامنه حداکثر مقداری است که یک جسم یا نقطه جابجا شده در یک جسم به آن می رسد. در یک جسم ارتعاشی یا جابجایی دیگر، این مقدار از تعادل بدن اندازه گیری می شود. در یک موج صوتی، مقدار دامنه با اندازه گیری بلندی صدا به دست می آید.

 

جذب انرژی

جذب انرژی به عنوان فرآیندی تعریف می شود که در آن بزرگی قدرت حرکات تصادفی (ارتعاشات) کاهش می یابد.

 

فرکانس طبیعی

در یک واحد زمان معین، به تعداد چرخه هایی که جسم یا جسم آزادانه ارتعاش می کند، فرکانس طبیعی نامیده می شود.

 

شوک چیست؟

شوک عبارت است از ناپایداری یا جابجایی جسم از نقطه تعادلش در زمانی که نیرویی ناگهانی به آن وارد شود.

 

کنترل لرزش

کنترل ارتعاش از دستگاه های مختلفی مانند جداکننده، دمپر، پد و پایه برای جذب انرژی جنبشی آزاد شده توسط اجسام ارتعاشی استفاده می کند تا از رسیدن انرژی به سطوح مجاور جلوگیری کند.

 

ارتعاش گیرها چگونه کار می کنند

در بیشتر موارد، جاذب ارتعاش با ماشین‌ها و سیستم‌هایی که با سرعت ثابت کار می‌کنند یا سیستم‌هایی که دائماً فرکانس‌های هیجان‌انگیز دارند، استفاده می‌شوند. این سیستم از سیستم اولیه و جاذب تشکیل شده است، همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است.

 

 

راه اندازی سیستم لرزشگیر

راه اندازی سیستم جاذب ارتعاش را می توان به صورت زیر تنظیم کرد:

 

سیستم اولیه (Payload)

سیستم اولیه در برخی از سیستم ها به عنوان payload نیز شناخته می شود. این سیستمی است که فرکانس های ناخواسته را تجربه می کند که باید کنترل یا خنثی شوند. این می تواند یک موتور، موتور، پل، ماشین ابزار و غیره باشد. زنجیرهای بلند آن به آن اجازه می دهد در صورت کشیده شدن یا تغییر شکل با بازگشت به حالت اولیه، بازیابی شود.

 

جاذب

جاذب به عنوان تکیه گاه نیز شناخته می شود زیرا با حذف یا کاهش ارتعاش در سیستم به سیستم اولیه کمک می کند. این شامل اجزایی مانند پایه‌های لاستیکی، فنرها، لنت‌ها و غیره است. جاذب می‌تواند هیدرولیک باشد، جایی که ارتعاشات با استفاده از یک سیستم هیدرولیک جذب می‌شوند.

 

جذب انرژی ارتعاش

ارتعاشات تولید شده از تجهیزات از نظر فنی شکل دیگری از انرژی (انرژی جنبشی) است که به صورت نوسان تصادفی از بین می رود. لاستیک دارای ویژگی هایی است که به آن اجازه می دهد تا مقادیر زیادی انرژی جنبشی را جذب کند، مانند خاصیت ارتجاعی آن. لاستیک انعطاف پذیر و مقاوم در برابر دما است و در شرایط دمای بالا مانند موتورها مناسب است. این می تواند با اکثر فلزات پیوند بخورد، دارای مدول برشی بالا و ویژگی های سختی غیر خطی است که آن را به یکی از پرطرفدارترین مواد تبدیل می کند. سیلیکون، بوتیل، فلوئوروالاستومر، نئوپرن و EPDM برخی از رایج‌ترین مواد لاستیکی طبیعی و مصنوعی هستند که برای کاربردهایی که به ویژگی‌های مقاومت حرارتی و شیمیایی نیاز دارند، استفاده می‌شوند.

 

سیستم های شوک هیدرولیک جذب کننده ارتعاش

یک سیستم هیدرولیک شامل یک سیلندر هیدرولیک، میله پیستون و سیال هیدرولیک است. نمودار زیر اجزای یک سیستم هیدرولیک ساده را نشان می دهد. ارتعاشات به میله پیستون ضربه می زند یا نیرویی وارد می کند که به نوبه خود سیال داخل سیلندر را مجبور به حرکت می کند. مایع داخل سیلندر انرژی جنبشی ارتعاشات را به گرما تبدیل می کند. در زیر تصویری وجود دارد که قسمت های مختلف یک کمک فنر هیدرولیک را نشان می دهد.

 

 

طراحی لرزشگیر

هنگام طراحی جاذب ارتعاش، موارد خاصی را باید در نظر گرفت تا طراحی برای کار مورد نظر موثر باشد. طراحی با پیچیدگی سیستم متفاوت است. در برخی موارد، بهتر است هم از فنر و هم از لاستیک استفاده شود، در حالی که در برخی موارد یک پایه لاستیکی ساده به طور موثر عمل می کند.

 

طراحی پایه های لاستیکی

پایه های لاستیکی قطعه ای از مواد هستند که برای جذب ارتعاشات در سیستم های ارتعاشی با نصب آنها بین موادی مانند فلزات طراحی شده اند. آنها از سایش و پارگی مواد جلوگیری می کنند و در نتیجه هزینه های نگهداری را کاهش می دهند. پایه های لاستیکی بسته به نوع کاربرد در اشکال، اندازه ها و انواع مواد مختلف وجود دارند.

 

تغییر شکل قله لاستیکی

پایه‌های لاستیکی وقتی تحت بار ماشین‌ها قرار می‌گیرند تغییر شکل می‌دهند و در برخی موارد اگر ملاحظات طراحی روی این پایه‌ها رعایت نشود، ممکن است خیلی سریع دچار تغییر شکل شوند. در برخی موارد نیاز به تحلیل المان محدود وجود دارد که قبل از نصب آنها نیاز به کنترل ارتعاشی حیاتی دارد. بارگذاری شوک یک عامل مهم در تجزیه و تحلیل تغییر شکل پایه لاستیکی است زیرا میزان تغییر شکل مربوط به بار روی پایه های لاستیکی است. بارهای ضربه ای مضرتر هستند و ارتعاشات عمومی را از بین می برند و در بیشتر موارد، اگر دستگاه یا مانت بتواند از این بارها جان سالم به در ببرد، احتمالاً تحت ارتعاشات مکانیکی مدت بیشتری باقی می ماند.

 

ساخت ایزولاتور لاستیکی

جداسازهای لاستیکی در جذب ارتعاشات رایج هستند. آنها از فنر و لاستیک ساخته شده اند. فنر و لاستیک هر دو می توانند ارتعاشات را جذب کنند و در این حالت با هم ترکیب می شوند. راه هایی برای ساخت یا ساخت این جداساز وجود دارد، مانند روش های قالب گیری و اکستروژن که با پرس استفاده می شود. در بیشتر موارد می توان از افزودنی هایی مانند گوگرد، یورتان، پراکسیدها، اکسیدهای فلزی، استوکسی سیلان برای افزایش استحکام بر اساس کاربرد و مشخصات سازنده استفاده کرد.

 

​​میرایی در لرزشگیرها

در این فصل میرایی و انواع مختلف آن بحث خواهد شد. همچنین در مورد میرایی ارتعاش و انواع آن بحث خواهد شد.

 

انواع میرایی

میرایی فرآیند حذف یا کاهش نوسانات ناخواسته یا حرکات ارتعاشی از یک سیستم است. این را می توان از طریق میرایی بحرانی، میرایی سنگین و میرایی سبک انجام داد.

 

میرایی نور

در میرایی نور، نوسانات تا زمانی که به یک مقدار حداقل برسند، به صورت نمایی کاهش نمی‌یابند. نمونه ای از میرایی نور، کودکی است که از تاب یا آونگ استفاده می کند. با گذشت زمان، دامنه نوسان کاهش می‌یابد تا زمانی که دیگر نوسان نکند. این پدیده به بهترین شکل در زیر با نمودار زمان جابجایی همانطور که در زیر نشان داده شده است توضیح داده می شود.

 

 

میرایی سنگین

در میرایی شدید، نوسانات برای بازگشت به وضعیت تعادل بیشتر طول می کشد. نمونه‌هایی از سیستم‌های به شدت نمدار شامل درهایی است که در طی مدتی به حالت بسته شدن باز می‌گردند. این از آسیبی که هنگام بسته شدن درب سریعتر رخ می دهد جلوگیری می کند. در زیر نموداری وجود دارد که نشان می‌دهد چگونه سیستم‌های با میرایی شدید در طول زمان به آرامی به حالت تعادل بازمی‌گردند.

 

 

سیستم بحرانی میرایی

در یک سیستم با میرایی بحرانی، نوسانگر از حالت تعادل خارج شده و به سرعت به موقعیت تعادل باز می گردد. یک مثال معمول خودرویی است که در جاده های دست انداز مواجه می شود، اگر خودرو به شدت میرایی داشته باشد، دمپرها باعث می شوند خودرو در مدت کوتاهی به حالت تعادل بازگردد.

نمودار زیر نحوه عملکرد یک سیستم با میرایی بحرانی با زمان را نشان می دهد.

 

 

انواع میرایی ارتعاش

میرایی ارتعاش به جذب انرژی جنبشی از ارتعاشات مانند نویز، نوسانات مکانیکی، جریان های متناوب و غیره به منظور کاهش کل انرژی تولید شده توسط یک سیستم اطلاق می شود.

 

انواع میرایی ارتعاش عبارتند از:

میرایی بدون محدودیت

در این نوع میرایی ارتعاش، لنت ایجاد می شود و بین قسمت هایی که در حال حرکت یا ایجاد ارتعاش هستند مانند صفحات فلزی قرار می گیرد. پد بین قطعات متحرک طوری قرار می گیرد که با حرکت قطعات مطابقت داشته باشد. همانطور که در حین حرکات با قطعات تعامل می کند، ارتعاشات درگیر را جذب می کند که بعداً به آرامی به عنوان تکه هایی از انرژی گرمایی آزاد می شوند. این روش میرایی یکی از ساده ترین روش هایی است که می توان از آن برای میرایی ارتعاشات استفاده کرد و برای محافظت از مصالح و جلوگیری از آسیب بسیار موثر است.

 

میرایی محدود

در میرایی محدود، می توان از یک ماده ویسکوالاستیک مانند سوربوتان برای کنترل ارتعاشات در سیستم ها استفاده کرد. به طور مشابه به عنوان میرایی بدون محدودیت در جایی که مواد بین قطعات قرار می گیرد کار می کند. تفاوت اصلی این است که میرایی محدود در جایی استفاده می شود که توجه دقیق تر و کنترل ارتعاش مورد نیاز است.

 

میرایی ویسکوالاستیک تنظیم شده

در این نوع میرایی ارتعاش از اقدامات کنترلی خاص تری برای کنترل ارتعاشات استفاده می شود. در این نوع میرایی از سوربوتان نیز استفاده می شود. برای از بین بردن محدوده طول موج های خاص در یک سیستم که ممکن است آسیب ایجاد کند استفاده می شود. میرایی ویسکوالاستیک تنظیم شده اغلب به عنوان موثرترین راه برای قرار دادن ارتعاشات در محدوده خاصی از فرکانس ها شناخته می شود.

 

جداسازی ارتعاش

جداسازی ارتعاش فرآیندی است که در آن ماشین آلات از منبع اصلی ارتعاش جدا می شوند. گاهی اوقات ارتعاشات ایجاد شده بسیار زیاد است به طوری که بهتر است یک سیستم را از چنین مقادیر بالایی از ارتعاشات که دارای پتانسیل آسیب زیاد و ایجاد محیط های پر سر و صدا هستند جدا کرد. برای جداسازی از چنین ارتعاشی از دستگاه هایی به نام جدا کننده ارتعاش استفاده می شود. جداسازهای ارتعاش بین منبع ارتعاش و مواد دیگری که باید محافظت شوند قرار می گیرند.

 

 

طبقه بندی جداسازی ارتعاش

طبقه بندی های جداسازی ارتعاش عبارتند از:

جداسازی ارتعاش غیرفعال

اکثر سیستم های عایق ارتعاش غیرفعال شامل فنر، جرم و مواد میرایی هستند. در این تکنیک کنترل غیرفعال از وسایلی مانند فنرهای مکانیکی و لنت های لاستیکی استفاده می شود. فنر و جرم به گونه ای استفاده می شوند که فرکانس طبیعی ایجاد می کنند و در این حالت میرایی فرکانس طبیعی را تحت تأثیر قرار می دهد. در حین ارتعاش، انتقال انرژی در فرکانس طبیعی تولید شده وجود دارد و با میرایی، تقویت فرکانس طبیعی کاهش می یابد.

 

 

جداسازی ارتعاش فعال

درست مانند بسیاری از سیستم‌های فعال، جداسازی ارتعاش فعال شامل اجزای الکترونیکی مانند مدارها، تنظیمات بازخورد، کنترل‌کننده‌ها، حسگرها، محرک و فنر است. معمولاً برای جداسازی فعال از یک سیستم فعال سازی مبتنی بر پردازنده استفاده می شود. ارتعاشات ایجاد شده به سیستم کنترل منتقل می شود که معمولاً به یک محرک الکترومغناطیسی وارد می شود و بر اساس برنامه کنترل کننده، ارتعاش خنثی می شود. در این نوع جداسازی دقت بیشتری نسبت به جداسازی ارتعاش غیرفعال وجود دارد و رزونانس تجربه نمی شود. تصویر زیر یک مدل CAD از یک کنترل جداسازی ارتعاش فعال را نشان می دهد.

 

 

عواملی که هنگام نصب عایق لرزش باید در نظر گرفته شوند عبارتند از:

• اندازه و وزن تجهیزاتی که باید جداسازی شوند
• حرکت ماشین باید در نظر گرفته شود.
• ماهیت ارتعاشات
• جداساز ارتعاش باید مطابق با محیط کار انتخاب شود.
• فشارهای عملیاتی چیست؟
• آیا قرار است ایزولاتور داخلی یا بیرونی باشد؟
• عایق های ارتعاش باید دور از مواد حساس نگهداری شوند (محل ماشین)
• محل قرارگیری جداکننده ها – جداسازها دقیقاً در کجا قرار می گیرند در سیستم
• جداسازها باید اندازه مناسبی داشته باشند – آنها نباید خیلی بزرگ یا خیلی کوچک باشند، در غیر این صورت ممکن است موثر نباشند.
• تنظیم- فنر مورد استفاده باید قابلیت حرکت آزادانه را داشته باشد و بیش از حد فشرده نشود.
• عایق های ارتعاش به طور گسترده در صنایع برای محافظت از تجهیزاتی مانند:

 

• کمپرسورها، پمپ ها و بارهای سنگین
• وسایل نقلیه و سیستم ها و تجهیزات هوانوردی
• در هوافضا و میکروسکوپ های الکترونی
• ماشین آلات و ابزار