Doğal Frekans: Tüm fiziksel yapılar doğal frekanslara sahiptir. Bunlar, yapının belirli dış kuvvetlere maruz kaldığında titreşme eğilimi gösteren frekanslardır. Bu frekanslar yapı içinde kütle ve katılığın (stiffness) dağılma şekline bağlıdır.

Rezonans: Rezonans, dinamik bir kuvvetin bir yapıyı doğal frekansında titreşmeye ittiği bir olgudur. Bir yapı rezonansta olduğunda, küçük bir kuvvet büyük bir titreşim cevabı üretebilir.

Bu pratikte ne anlama geliyor? Fiziksel bir nesneye dinamik bir kuvvet uygulandığında, titreşir. Nesnenin doğal frekansında bir kuvvet uygulandığında, rezonansa girer ve daha yüksek bir genlik titreşim cevabıoluşur.

Gitarla bir benzetme yardımcı olabilir. Bir gitar teline vurulduğunda, her seferinde aynı ses çıkar. Bu, doğal frekansta titreşen gitar telidir! Doğal frekans, nesnenin kendisinin bir özelliğidir: ne kadar sert veya nerede vurulduğundan bağımsız olarak her zaman aynı frekansta titreşir.

Tüm fiziksel nesnelerin birden fazla doğal frekansı vardır ve doğru koşullar altında rezonansa sokulabilir. Bazen doğal frekanslar, nesneye etki eden ve titreşim yaratan dış kuvvetler tarafından uyarılır. Bu titreşimler o kadar küçük olabilir ki, insan gözü tarafından görülemezler. Bazen, Şekil 1’de görüldüğü gibi oldukça büyük ve kolayca gözlemlenebilirler.

Rezonans rahatsızlığa neden olabilir (rezonansın neden olduğu direksiyondaki titreşim) veya felakete neden olabilir (uçak kanadının rezonansa girmesi gibi).

Tek Serbestlik Dereceli Sistem Örneği (SDOF)

Bir kütle-yay-damper sistemi, gerçek dünyadaki nesnelerde doğal frekansları ve rezonans davranışlarını anlamak için yararlı olan basitleştirilmiş bir sunumdur.

Bu, Tek Bir Serbestlik Dereceli (SDOF) sistem olarak adlandırılır, çünkü yalnızca bir doğal frekans / titreşim moduna sahiptir. Gerçek dünyada bir nesnesinin birçok doğal frekansı vardır.

Kütle yay damper sisteminin bir diyagramı Şekil 2’de gösterilmektedir.

Sistem şunlardan oluşur:
– Kütle (m)
– Katılık (k)
– Sönüm (c)

Doğal frekans (wn) Denklem 1 ile tanımlanır.

Doğal frekans, nesnenin doğal bir özelliğidir. Doğal frekansın değiştirilebileceği sadece iki yol vardır: ya kütleyi değiştirin ya da katılığı değiştirin.

Genlik Cevabı

Nesneye bir kuvvet (f) uygulanabilir ve frekans yanıtı, deplasman (x) ve ivme (a) olarak, Şekil 3’te gösterildiği gibi çizilebilir. Buna Frekans CevapFonksiyonu (FRF) denir.

Kütlenin en büyük yer değiştirmesi / ivmesi sistemin doğal frekansında gerçekleşir. Diğer genlik yanıtı gözlemleri şunları içerir:
– ComplianceGrafiği -Rezonans pikinin altında, cevabın genliği neredeyse sabittir, yaklaşık 1 / k’dır. Bu, kuvvetin,yay sabiti ve yer değiştirmenin çarpımına (f = kx) eşit olduğu Hooke yasasından gelir. Rezonans frekansının altında, sistemin tepkisinin yay sabitinetarafından kontrol edildiği söylenebilir
– AcceleranceGrafiği -Rezonans pikinin üstünde genlik, Şekil 3’te gösterildiği gibineredeyse 1 / m (faz hesaplanırsa gerçekte -1 / m) sabit bir değerdir. Bu davranış, kuvvetin kütlenin ürünü olduğu Newton’un ikinci yasasından kaynaklanmaktadır(f = ma). Rezonans frekansının üstünde, sistemin tepkisinin kütle tarafından kontrol edildiği söylenebilir.

Bu yay sabiti veya kütle bölgeleri hakkında bilgi sahibi olmak, rezonanstan uzakta titreşim seviyelerini azaltmada faydalı olabilir.

Faz Cevabı

Kuvvetin hareketli bir tabandan uygulanması ve kütle tepkisinin gözlenmesi, Şekil 4’te gösterildiği gibi bazı ilginç faz ilişkilerini verir.

Aşağıdakiler gözlemlenebilir:
– Doğal frekansın altında, base ve kütle faz halinde birlikte hareket eder.
– Doğal frekansta, base ve kütle 90 derece birbirinden ayrılır, bu da yüksek titreşim seviyelerine neden olan bir tür “bucking” hareketi yaratır.
– Rezonans frekansının üstünde, base ve kütle fazdan çıkar.

Arabalardan uçaklara ve çamaşır makinelerine kadar gerçek dünyadaki nesneler, bir kütle, katılık ve sönümleme öğeleri koleksiyonu olarak düşünülebilir. Bu yapıların birçok doğal frekansları vardır. Doğal frekansların sanal olarak hesaplanmasında kullanılan sonlu elemanlar modelleri bu yaklaşımı kullanır. Modeller kütle (kütle yoğunluğu) ve katılıktan (Young modülü) oluşan bir elemanlar koleksiyonundan oluşur.

Sönümleme

Sönümleme, bir sistemin doğal olarak enerjiyi dağıtma şeklidir. Gitar örneğini bir daha düşünün: Gitar teli titredikten sonra sonsuza dek salınıyor mu? Hayır! Enerji, telintitredikten sonra sönümlenmesine neden olan sürtünme ve ses şeklinde dağıtılır.

Önceki bölümde ele alınan tek serbestlik derecesindeki örnekte, Şekil 5’te gösterildiği gibi hiç sönümleyici (c) yoksa kütle yay sistemi (m ve k) sonsuza kadar hareket halinde kalacaktır.

Sönümleme (c) ne kadar yüksek olursa, sistem yanıtı o kadar çabuk sıfıra düşer. Rezonans frekansındaki sistem tepki genliği, artan sönümleme ile azaltılır. Rezonans frekansında, sistem cevabında sönümlemenin egemen olduğu söylenebilir.

Mod Şekilleri

SDOF örnek sisteminin bir doğal frekansı vardır. Gerçek dünyadaki yapılar daha karmaşıktır ve birden fazla serbestlik derecesine (MDOF) sahiptir. Sonuç olarak, gerçek dünya yapılarının birçok doğal frekansı vardır. Yapı, bu doğal frekansların her birinde farklı titreşir. Belirli bir frekansta nasıl hareket ettiğine mod şekli denir.

Uçağın iki modu (birçok moddan seçilen) Şekil 6’da gösterilmiştir. Her mod şekli benzersizdir ve uçağın farklı kısımları bu moda katılır.

Modları ve mod şekillerini anlamak neden önemlidir?Mod şekilleri, bir yapının doğal frekanslarında çalışırken nasıl davrandığına dair değerli bilgiler verir. Şekil, mühendise titreşim tepkisini azaltmak için bir yapıyı nereden kısıtlayacağını / değiştireceğini veya doğal frekansın, nasıl bir uyarma frekansı ile çakışmayacak şekilde değiştirileceğini gösterebilir.

Şekil 6’da,örneğin, kuyruk kanadı modunun (sağ taraf) doğal frekansını değiştirmek için modife edilmesi gerekir. Uçağın burnunun değiştirilmesinin doğal frekans üzerinde hiçbir etkisi olmaz. Şekil, dinamik bir sorunun nasıl çözüleceğine dair fikir verir.

Daha yüksek frekanslarda, genel olarak konuşursak, modlarglobal değil, doğal olarak yerel hale gelir. Global modda, tüm yapı katılır (Şekil 6’da soldaki mod şekli), yerel modda ise yapının sadece bir kısmı katılır (Şekil 6’da sağdaki mod şekli).

Mod şekillerinin Şekil 7’de görüldüğü gibi daha yüksek doğal frekanslarda daha karmaşık hale gelmesi de tipiktir.

Modların daha yüksek frekanslarda daha karmaşık ve lokalize olması, yapısal dinamik simülasyonlar ve testler için sonuçlar doğurur. Simülasyonlar daha ince bir mesh ve daha fazla eleman gerektirir, bu da çözüm sürelerini artırır. Testler yapı üzerinde daha fazla konumun ölçülmesini gerektirecektir.

Rezonans Etkilerini Azaltma

Mekanik rezonansın ne kadar yıkıcı olabileceğini bilmek, bundan kaçınmak için ne yapılabilir? Seçenekler şunları içerir:
– Kütle/katılık modifikasyonları
– Sönümleme değişiklikleri
– Ayarlı kütle sönümleyiciler

Kütle ve Katılık Düzeltmeleri

Rezonansı önlemek için, yapıya uygulanan zorlama frekansı doğal frekansta veya ona yakın olmamalıdır. Zorlama frekansı değiştirilemezse, yapının doğal frekansının değiştirilmesi gerekir. Bu sadece kütle veya katılık değiştirilerek yapılabilir (bakınız Denklem 1).

Gitar, bir sistemin kütlesini veya sertliğini değiştirmenin doğal frekansı nasıl etkilediğine iyi bir örnektir. Bir gitardaki teller farklı kalınlıklara sahiptir. Daha düşük notalar üreten dize, daha yüksek nota (daha az kütle) üretenlerden daha kalındır (daha fazla kütle). Bir gitar telinin kütlesi arttıkça, doğal frekans azalır (Şekil 8).

Bir gitarı ayarlarken, telleri sıkmak veya gevşetmek için gitardaki mandal / düğmeler döndürülür. Bir telin sıkılması, doğal frekansı yükselterek sertliği arttırır.

Bir yapıda, doğal frekansı zorlama frekansının üzerine yerleştirmek için sertliğin arttırılması titreşimin azaltılmasına yardımcı olur.

Sönümleme Düzeltmeleri

Doğal bir frekansta veya yakınında çalışırken titreşimin şiddetini azaltmak için sönümleme eklenebilir. Aşağıdaki grafik (Şekil 9) sönümleme arttıkça sistem cevabının genlikteki azalmasını göstermektedir.

Sönümleme işlemleri genellikle titreşimi azaltmak için kullanılır. Örneğin, Londra’daki Milenyum Köprüsü gibi birçok büyük köprüde titreşimi kontrol etmek için akışkan viskoz damperler bulunur (Şekil 10).

Milenyum Köprüsü 10 Haziran 2000’de halka açıldı. Yaya trafiğinden kaynaklanan aşırı titreşim nedeniyle, iki gün sonra kapatıldı, 37 sıvı viskoz damperle güçlendirme yapıldı ve 22 Şubat 2002’de yeniden açıldı.

Ayarlı Sönümleyiciler

Dinamik bir sistemdeki titreşim genliğini azaltmak için ayarlanmış bir kütle yaylı damper sistemi kullanılabilir. Ayarlanmış bir kütle damper modifikasyonu, mevcut bir sistemin doğal frekansına “ayarlanmış” ek bir kütle yay sistemi eklenerek oluşturulur (Şekil 11).

Ayarlanmış bir sönümleyiciyi (m2, k2) mevcut bir sisteme (m1, k1) uygulamak, Şekil 12’de gösterildiği gibi iki etkiye sahiptir:
– Orijinal sistemin orijinal doğal frekansında, ayarlanmış ek kütle yaylı damper sistemi titreşir, ancak orijinal sistem hareket etmez.
– Orijinal doğal frekans ikiye ayrılır. Orijinal ve ayarlı sistemin fazda olduğu bir titreşim modu ve orijinal ve ayarlı sistemlerin faz dışı olduğu bir mod. Faz içi mod, orijinal sistemin doğal frekansından daha düşük bir frekanstadır, faz dışı mod ise orijinal sistemin doğal frekansından daha yüksek bir frekanstadır.

Etkiler yalnızca ayarlanan sönümleyici frekansı orijinal sistem frekansına eşit olduğunda mümkündür.

Bu titreşimi nasıl azaltır? Motor rölanti kuvvetlerinin bükülme rezonansını harekete geçirdiği bir araç karoseri modunu düşünün. Tampon, ayarlanmış kütle yay sistemine dönüştürülebilir, böylece bükme modunu titreştirebilir ve iptal edebilir. Tampon rölantide titreyecek, ancak gövde, sürücü tarafından hissedilen titreşimi azaltacaktır. Yeni oluşturulan faz içi mod, boştaki titreşimin altında olduğu için uyarılmayacaktır. Rölantide uyarılan orijinal frekanstan daha yüksek olan faz dışı modu, işletimde sıklıkla kullanılmayan bir motor hızına ayarlanabilir.

Ayarlanmış bir sönümleyici yaklaşımının faydalarından biri, yapıdaki ek kütle ve katılık değişikliklerinin minimum olabileceğidir. Araç tampon örneğinde, tamponun kütlesi zaten yapının bir parçasıydı. Tampona yay / katılık elemanları eklemek, aracın toplam ağırlığında minimum bir değişiklik yapacaktır.

Ayarlı dinamik sönümleyiciler, binalarda sallanan titreşimi azaltmak için de kullanılır. Taipei 101 gökdelen, 660 metrik ton (730 kısa ton) ile dünyanın en büyük ve en ağır ayarlı kütle amortisörlerini içerir. Damper, binanın sallanma moduna ayarlanmıştır (Şekil 13).

Ayarlanan sönümleyici, halk tarafından gökdelenin üstündeki bir kapalı gözlem güvertesinde görülebilir. İnşa edilmesi yaklaşık 4 milyon dolara mal olmuştur.

Rezonans Örnekleri

Broughton Bridge

1831’de İngiltere’deki Broughton asma köprüsü (Şekil 14), adım adım yürüyen bir asker birliği geçtiğinde çöktü.

Köprü, askerlerin yürüyüş sıklığına yakın doğal bir frekansa sahipti ve şiddetle titremeye başladı. Bu, destek zincirlerinden birinde bir cıvatanın bozulmasına neden oldu ve bu da köprünün çökmesine neden oldu.

Uçakta Çarpıntı

Herhangi bir uçağın uçuş envelopu(Mach hızı ve rakımı), kanatların rezonans frekansları ve gövde yapısı ile belirlenir. Uçak çok hızlı giderse, aerodinamik kuvvetler doğal hava frekanslarını uyararak bir uçağın içinde çarpıntı (flutter) olarak adlandırılan bir rezonansa neden olabilir (Şekil 15).

Beating Sound

Sürüş sırasında arka camları aşağı indirdiniz ve beatingsesi duydunuz mu? Bu beatingsesi (bazen tamponlama olarak da adlandırılır), araç hava boşluğunun rezonansıyla güçlendirilir (Şekil 16). Hava bile rezonansa sahip olabilir!

Aracın içindeki hava boşluğu belirli bir hacimde / geometride sıkışmıştır. Sonuç olarak, hava boşluğunu uyarılabilen ve arabadaki ses seviyesinde artışlara neden olabilecek doğal frekansları vardır.

Opera Sanatçısı ve Bardak

Filmlerden popüler bir rezonans örneğinde, belirli bir notaya ulaşan bir opera şarkıcısı vardır ve rezonans nedeniyle bardakların parçalanmasına neden olur (Şekil 17).

TV şovu “Mythbusters”, bunun 18 Mayıs 2005’te yayınlanan “BreakingGlass” bölümünde mümkün olduğunu doğruladı.

Fren Gücü

Hiçbir arabada frene bastıktan sonra yüksek frekanslı bir gıcırtı duydun mu? İşte bu rezonanstır. Muhtemelen 3000 Hz civarında bir fren diskimodu, frenleme ile uyarılmıştır (Şekil 18).

Fren diskleri, aynı frekansta birden fazla mod oluşturabilen simetrik yapılardır. Gıcırdamayı azaltmak için, disk tasarımı modları birbirinden ayıramayacak şekilde modifiye edilmiş şekilde değiştirilmelidir.

HelmholtzRezonatör Hava İndüksiyonu

Alman bilim adamı HermannVonHelmholtz (Ernest Werner Siemens’in arkadaşı), 1850’lerde Helmholtzrezonatörünü yarattı. Helmholtzrezonatörü, belirli bir frekans için tasarlanmış hava bazlı ayarlı bir sönümleyicidir. Boş bir şişenin ağzına üflenirken, sıkışan hava hacminin rezonans frekansı duyulabilir.

Kanallı sistemlerde, Helmholtzrezonatörü, belirli bir frekanstaki ses seviyelerini azaltmak için ayarlı sönümleyici olarak kullanılabilir. Şekil 20’de, egzoz sistemindeki hava 330 Hz’lik bir rezonans frekansına sahiptir. Kanaldaki ses basıncı seviyesi, kanala bağlı bir Helmholtzrezonatörü eklenerek büyük ölçüde azaltılır. Rezonatör egzoz sisteminden enerjiyi “emer” ve çıkıştaki sesi azaltır.

Bu rezonatörler genellikle hava endüksiyon sistemlerinde, HVAC kanallarında ve egzoz sistemlerinde bulunur.

Son Düşünceler: Rezonans – Her zaman kötü bir şey değil!

Rezonans her zaman kötü bir şey değildir! Bazen bir sistemin cevabını yükseltmek, performansını artırmak için yararlı olabilir. Bazı örnekler:
– İnsan kulağı, kulak kanalındaki havanın akustik rezonansı nedeniyle 1000 ve 4000 Hertz arasında sesi daha iyi duyabilir.
– Bir radyo istasyonuna (en azından analog günlerde) ayarlama, rezonans yoluyla yapılır. Elektrik devresi, bir kapasitörün frekansını ayarlayarak radyo frekansına ayarlanır.
– Mikrodalga fırınlar, öğeleri geleneksel bir fırından daha hızlı ısıtmak için su moleküllerinin doğal frekansını kullanır.
– Tıp alanında, invaziv prosedürlere ihtiyaç duymadan insan vücudunun içini görüntülemek için manyetik rezonans görüntüleme (MRI) kullanılır. MRI bazı dokularla rezonansa girecek şekilde ayarlanır.

Umarım bu makale doğal frekansları ve rezonansı anlamak için yararlı olmuştur.

Mühendislik hizmetlerimiz veya satışını gerçekleştirdiğimiz sensörler ve veri toplama cihazları hakkında detaylı bilgi için lütfen DTA Mühendislik Test & Ölçüm Bölümü mühendisleriyle iletişime geçiniz.

The post Doğal Frekans ve Rezonans appeared first on .

Bu makalede, aşağıdaki sorunları göstermek için birkaç farklı renk haritası örneği gösterilecektir:
1. Mertebeler / katlar (Order)
2. Rezonans
3. Modüle mertebeler
4. Ani Olaylar
5. Elektrik Anahtarlama

Bu makaleyi referans alarak, okuyucunun benzer analizleri kullanarak ürünlerinin sorunlarını belirleyebileceği umulmaktadır.

1. Mertebeler/Katlar

Aşağıdaki Şekil 1, dört silindirli motoru olan bir araçta motor çalışırken, sürücününkulağına gelen sesin bir renk haritasıdır. İkinci mertebe, sürücünün kulağına gelen en yüksek genlikteki sesi üretmektir. İkinci mertebede yüksek genlikli iki bölge vardır:
– 000 ile 3500 rmp arası
– 4800 rpm ve üzeri
Bu bölgeler renk haritasında kırmızı ile gösterilmiştir.

Mertebe, ürünün çalışma hızına (rpm cinsinden) orantılı olarak frekansı değişen bir titreşim veya sestir. İkinci bir mertebe üretmek için, döner sistemde her devirde iki kez bir olay meydana gelir. Bu durumda, yanma olayı motor krank milinin devri başına iki kez gerçekleşir.

Mertebeler, olaylar, frekanslar ve daha fazlası arasındaki ilişkiyi öğrenmek için “Mertebe nedir?” makalesine bakınız.

Bu örnekte neden 2. Mertebe baskın ?

İkinci mertebe, motordaki yanma olaylarından kaynaklanmaktadır. Yanma bir motordaki en şiddetli olaydır, bu da motorun titremesine dolayısıyla gürültü yaratmasına neden olur. Dört silindirli bir motorda, Şekil 2’de gösterildiği gibi motor krank milinin her bir dönüşüyle iki yanma olayı gerçekleşir.

Dört silindirin hepsi her devirde ateşlenmez, çünkü bu dört zamanlı bir motordur. Tam bir motor döngüsü oluşturmak için, silindirdekipiston Şekil 3’te görüldüğü gibi iki kez yukarı aşağı hareket etmelidir.

Motor çevrimi sırasında gerçekleşen olaylar şunlardır:
– Emme – Hava yakıt karışımı silindire girer.
– Sıkıştırma – Hava yakıt karışımı, silindiri yukarı doğru hareket ettiren piston tarafından sıkıştırılır.
– Yanma – Hava yakıt karışımı ateşlenir ve piston aşağı doğru düşer ve krank milinin dönmesi sağlanır.
– Egzoz – Hava yakıt karışımı silindirden dışarı atılır.

Motoru çalışır durumda tutmak için, yanma olaylarının yarısı bir devirde, diğer yarısı bir sonraki devirde meydana gelir.

Ne Yapılabilir ?

Motor gibi bir titreşim veya ses kaynağının ürettiği titreşimi veya sesi azaltmak için kullanılabilecek birkaç seçenek vardır:

– Yanma Zamanlaması – Yanma olaylarının zamanlaması, titreşimi azaltmak için ayarlanabilir. Örneğin, piston silindirin üst ölü merkezine varmadan önce hava yakıt karışımı hafifçe yakılabilir. Bu, silindirdeki basınç artışını daha kademeli hale getirebilir ve titreşimi azaltabilir.
– Sönümleyiciler – Motor ve tahrik sisteminin geri kalanı arasında bir dampere sahip olmak yaygın bir uygulamadır. Bir kere dönen ataletsel kütle volan damperi her bir yanma olayından gelen darbeleri yumuşatmada yardımcı olabilir. Daha sofistike damper tasarımları çift kütleli volanları içerir.
– Emiciler – Santrifüj sarkaç emiciler, belirli mertebelerin titreşimini azaltmak için motorlarda kullanılabilir.

Ne motor ne de kontrol stratejisi değiştirilemezse, bunun yerine araç değiştirilebilir. Sürücünün yaşadığı titreşim veya ses miktarını azaltmak için aşağıdakiler değiştirilebilir:
– Montaj / İzolasyon – Motor, elastomerik burçlar kullanılarak destek yapısından izole edilebilir.
– Akustik Tedavi – Aracın ön paneli ve içi, sürücü kulağına ulaşan ses miktarını azaltmak için akustik bir işlemle kapatılabilir.

2. Rezonans

Şekil 4’te, renk haritası bir makine ekipmanından ölçülen yüksek titreşim seviyelerini göstermektedir. Yüksek seviye titreşim, iki farklı frekans bandında meydana gelmektedir: 450 Hz ve 750 Hz.
Bu yüksek titreşime, ekipmanın çalışma frekansları tarafından uyarılan makine fikstüründeki rezonanslar neden olur. Çalışma frekansları rezonans frekanslarıyla denk geldiğinde, daha yüksek titreşim veya ses seviyeleri oluşur.

Bu rezonanslar kendilerini renk haritasında yatay çizgiler olarak gösterir.Fikstürün rezonans frekansı sabit frekanstır, çünkü çalışma rpm’i değişmemektedir. Doğal frekanslar veya rezonanslar fikstürün doğal özellikleridir.

Bu makaledeki renk haritalarının alt ekseninde rpm, dikey ekseninde frekans vardır. Genlik ise renk olarak gösterilir. Kullanıcı tercihine bağlı olarak, rpm ve frekans eksenleri değiştirilebilir. Bu rezonans frekanslarının yatay yerine dikey olarak gösterilmesini sağlar.

450 Hertz’de, makine fikstürünün Şekil 5’te gösterildiği gibisağ tarafında ileri / geri yönde rezonansı vardır.

750 Hertz’de, makine fikstürü Şekil 6’da gösterildiği gibi hem sol hem de sağ tarafından bükülür.

Bu fikstür rezonansları dönen makine titreşimlerini artırır.

Rezonans sorunlarıyla ilgili ne yapılabilir ?

İdeal olarak, titreşimi veya gürültüyü azaltmak için, ekipmanın çalışma mertebelerive doğal frekansları (veya rezonansları) kesişmemelidir.Bu, rezonans frekansını veya ekipmanın çalışma hızlarını değiştirerek yapılabilir:
– Rezonans frekansını öteleme – Rezonansı, çalışma frekansı aralığının dışına öteleyin, böylece artık rezonans uyarılmaz. Bu, yapının sertliğini artırarak veya kütlesini azaltarak yapılabilir.
– Çalışma Hızları – Bu ekipman sabit bir hızda çalışacaksa, rpm, bir rezonanstan uzakta, en az titreşimin meydana geldiği yerde seçilebilir. Bu örnekte, 600 rpm’de çalışabilir veya üstteki çalışma devri sınırlı olabilir. Örneğin, ekipman 2200 rpm’in üzerinde çalışmayacak şekilde ayarlanabilir.

Çalışma frekansları ve rezonanslar değiştirilemez veya ötelenemezse, aşağıdakiler dikkate alınabilir:
– Sönümleme – Yapıdaki sönümlemeyi artırın, böylece girişlere daha az genlikle yanıt verir.
– Ayarlı kütle sönümleyici – Ayarlanmış bir küle sönümleyici, anahtar hızlarda titreşimi azaltmak için yapıya eklenebilir.

3. Modüle Edilmiş Mertebeler – Yan Bantları

Şekil 7’nin renk haritasında modüle edilmiş bir 62’nci mertebe görülebilir. Bu örnekte, devir başına iki kez modüle edilen 62 dişli çark vardır. Bu modülasyon yan bant mertebeleri oluşturmaktadır.

Bir mertebenin yanbantları varsa veya modüle edilmişse, bu, dönen makine sisteminde belirli bir sorunu gösterebilir. Bir eksantrik dişlinin modüle edilmiş mertebeleri nasıl oluşturabileceğine bir örnek sonrakibölümde açıklanmaktadır.

62. Dişli mertebesi her devirde nasıl iki kez modüle edilir ?

Şekil 8’e bakıldığında, iki dişli vardır (Not: Biraz hayal gücü kullanmanız gerekir, şekiller dişsiz çizilmiştir). Dişlilerden biri mükemmel şekilde yuvarlak (Dişli 1), diğeri yuvarlak değildir (Dişli 2). Bunun yerine, dişli 2 dikdörtgen veya eksantriktir. Bu, özellikle dişlinin üretildiği sırada geometrik özellikler iyi kontrol edilmezse meydana gelebilir.

Dişli 2, Şekil 9’da gösterildiği gibi dönüş başına iki kez Dişli 1’den itilir ve çekilir. Bu, dişli dişlerinin temasında devir başına iki kez değişikliğe neden olur.

Dişli 2 mükemmel bir şekilde yuvarlak olsaydı, yeşil eğri düz olurdu ve hiçbir modülasyon meydana gelmezdi.
Şekil 10’da, modülasyonun etkisi hem devir hem de mertebe alanlarında görülebilir. Dişli, 62 dişe sahip ve dişlilerin her ikisi de mükemmel bir şekilde yuvarlak olsaydı, sadece 62. Mertebe meydana gelirdi (üst grafik). Eksantrik dişli ile, devir başına iki kez itme-çekme, yan bantlar oluşur (alt grafik).

Devir başına iki modülasyon olduğu için, ana mertebenin altında ve üstünde 2 yan bant mertebesi vardır.

Dişli eksantrik sorunları hakkında ne yapılmalı ?

Eksantrik dişlileri mükemmel bir şekilde yuvarlak yapmak mantıklı bir cevap gibi görünüyor. Ancak gürültü veya titreşim açısından, bu onu azaltmanın en iyi yolu olmayabilir. Dişli çifti ağının tüm enerjisi tek bir mertebede olduğunda, üretilen titreşim veya ses, modüle edilmiş yan bantlardan daha yüksek genliktedir.
Eksantrik dişli, enerjiyi Şekil 11’de gösterildiği gibi sesi veya titreşimi daha az yapan geniş bir frekans aralığında dağıtır.

Dişli üreticileri sadece bu amaç için eksantrikliği kontrol edebilir.

Fiziksel özelliklerin yanbant mertebeleriyle ilişkilendirilmesinin mümkün olmadığını unutmayın. Kullanılan örnekteki 62. mertebe için, dişli üzerinde 62 fiziksel diş vardır. Ancak, 60. ve 64. yan bant mertebeleri için, yan bant mertebeleriyle aynı sayıda özelliğe sahip karşılık gelen fiziksel bir parça yoktur, örneğin sistemde 60 diş veya 64 diş dişlisi yoktur.
Sadece eksantrik geometriler değil, birçok farklı fiziksel fenomen modülasyona neden olabilir. Örneğin, şaftı üzerinde ortalanmayan bir dişlinin merkez dışı dönüşü, her bir dönüş modülasyonuna bir kez neden olacaktır.

4. Ani Olaylar

Şekil 12’nin renk haritasında, 1000 ila 3000 Hertz frekans aralığında artan bir genlik ses bandı vardır.

Bu, kısa süreler boyunca birbirini sürekli olarak etkileyen iki bölümden kaynaklanır. Bu darbeler renk haritasında dikey çizgiler olarak gösterilir. İki parçanın her kısa darbesi, Şekil 13’te gösterildiği gibi geniş bir frekans yanıtı oluşturur.

Kısa bir darbeyi ne oluşturabilir ? Motorun her devri sırasında, bir silindirde aşağı yukarı hareket eden piston belirli bir açısal konumda silindir duvarına ani olarak sürter. (Şekil 14)

Ani bir darbe olayına başka bir örnek, dişli takırdamasıdır. (Şekil 15)

Bir şanzımanda birkaç dişli çifti vardır. Bir seferde sadece bir dişli çifti takılıyken, diğerleri değildir. Motor devrindeki burulma dalgalanmaları nedeniyle, şanzımandaki dişli çiftleri tork darbeleri yaşar. Tork darbeleri genellikle yüksüz dişlilerde gerçekleşir ve darbeleri kolayca ileri geri hareket ettirir. Her darbe geniş bant frekans cevapları yaratır.
Bazen, bir dizi Fourier dönüşümünden ziyade ani olaylar için bir renk haritası analizi oluşturmada‘wavelet analysis’ kullanılır. Bir wavelet analizi genellikle daha iyi bir zaman-frekans çözünürlüğüne sahiptir.

Peki ani sorunlar hakkında ne yapılmalı ?

Piston tıkanıklığı ve dişli takırdaması gibi ani sorunlar için darbe olaylarının azaltılması veya ortadan kaldırılması gerekir. Silindirdeki pistonun yarattığı darbelerin meydana gelmesini önlemek için pistonun çubuk üzerindeki konumu hafifçe dengelenebilir. Bir dişli çifti için, bir dişli üzerine hafif bir yük uygulanması gerekebilir, bu nedenle dişli çifti serbestçe dönmez. Alternatif olarak, dişli şeklinin mikro geometrisindeki değişiklikler dişliler arasındaki teması iyileştirebilir, böylece takırtı daha az görülür.

5. Elektrik Anahtarlama

Daha önceden bir mertebeye benzeyen ancak renk haritasında kesişmeyen bir şey gördünüz mü ? Örnek için Şekil 16’ya bakınız.

Bu, bir elektrik motorunu kumanda etmek için kullanılan güç elektroniğinin anahtarlama frekanslarıdır. Güç elektroniği tarafından oluşturulan titreşim veya ses genliği, elektrik motorunun kendisi kadar yüksek olabilir.
Bu anahtarlama frekansları, Şekil 17’de gösterildiği gibi bir elektrik motorunu sürmek için DC Voltajları AC Voltajlara dönüştüren bir Pulse Width Modulated (PWM) sinyali tarafından oluşturulur.

Pulse Width Modulation’da(PWM) kullanılan sinüs dalga modeli elektrik motoruna komut verir ve hızını Şekil 18’de gösterildiği gibi değiştirir.

Kapanma süresinin değiştirilmesi, Şekil 16’da görülen 5000 Hertz frekansı etrafında harmonikler yaratır. Motorun rpm’inin artması komutu verildiği için, harmonikler taban frekansından daha uzağa yayılır.

Güç elektroniği anahtarlama gürültüsü sorunları hakkında ne yapılmalı ?

Anahtarlama frekanslarının değiştirilebilmesinin iki farklı yolu vardır:
– Temel Frekans – Anahtarlama şemasının temel frekansı değiştirilebilir. Örneğin, insanlar için daha az duyulacak olan 2500 Hertz’den 15.000 Hertz’e yükseltilebilir. Bu aynı zamanda motorun verimliliğini de etkiler.
– Anahtarlama Şeması – Çok farklı bir PWM modeli yerine, anahtarlama şeması değiştirilebilir. Örneğin, Şekil 19’da gösterildiği gibi rastgele bir PWM anahtarlama şeması kullanılabilir.

Bir anahtarlama şemasını değiştirirken, elektrik motoru frekanslarının Şekil 19’da, hem sağ hem de sol grafiğin alt kısmında gösterildiği gibi değişmeden kaldığına dikkat edin.

Umarım bu makale gürültü ve titreşim sorunlarınızı belirlemenize yardımcı olur.

Uygulama hakkında sorularınız için DTA Mühendislik Test Bölümü mühendisleriyle iletişime geçebilirsiniz.

The post Renk Haritalarını Yorumlama appeared first on .

Rezonans Probleminden Nasıl Kaçınırız?

Bir sistemin doğal frekanslarını tespit ettikten sonra, tahrik edilen sistem rezonansının etkisini düşürmek veya engellemek için ne yapılabilir?
Teoride bu işlem kolay gibi gözükse de, pratikte her zaman bu kadar kolay olmayacaktır. Doğal frekansı fn ile gösterecek olursak;

Temel yaklaşım için rehber olabilecek bazı kurallar şu şekildedir:
1. Kütleyi arttırmadan direngenliği arttırmak, doğal frekansı daha yüksek frekanslara öteler.
2. Direngenliği arttırmadan kütleyi arttırmak, doğal frekansı daha düşük frekanslara öteler.
3. Sönümü arttırmak, cevap genliğini düşürür ancak cevabın etki alanını genişletir.
4. Sönümü düşürmek, cevap genliğini arttırır ancak cevabın etki alanını daraltır.
5. Uygulanan girdi genliği azaltılırsa, sistemin cevabı da azalır.

Bir yapının başlangıç tasarımında, yukarıda belirtilen maddelerden biri veya herhangi bir bileşimi ile ilgileniyor olabilirsiniz. Bununla birlikte tasarım üzerinde daha sonradan bir değişiklik yapmak çok daha karmaşık hale gelebilir. Örnek olarak, direngenlik arttırılırsa, bu değişim yapıya kütle eklemesi yapacaktır, bunun sonucunda her iki parametre değişmesine rağmen yapıya ait rezonans değerinin değişmemesi olası bir sonuçtur. Yani her iki parametredeki değişimin rezonans frekansına olan etkileri birbirini nötrleyebilir. Yeni tasarımlar üzerinde çalışma yürütürken veya var olan tasarımda değişiklikler gerçekleştirirken, simülasyonlar yetersiz kalabilir. Her durumda yapılabilecek en iyi uygulama, sistemi değişiklik öncesi ve sonrası tekrar test etmektir.

Mühendislik hizmetlerimiz veya satışını gerçekleştirdiğimiz sensörler ve veri toplama cihazları hakkında detaylı bilgi için lütfen DTA Mühendislik Test & Ölçüm Bölümü mühendisleriyle iletişime geçiniz.

İlgili Yazılar:

– Frekans Cevap Fonksiyonu (FRF) Nedir ?
– Titreşim Testleri için Hangi Sensör Tipi Seçilmelidir ?
– Torsiyonel Titreşim Nedir ?

The post Rezonans Probleminden Nasıl Kaçınırız ? appeared first on .

Cevap: Toplam rpm seviyesi, 1000 RPM’den 3500 RPM’e çıkışı sırasında kararlı bir şekilde artış göstermemekte ve her bir dönüş çevrimi içerisinde (Bkz. Şekil-2) dönüş hızında bir dalgalanma meydana gelmekte.

Torsiyonel titreşim, dönel komponentlerin dönüş hızlarındaki dalgalanmadır. Bu dalgalanmalar, düzenli şekilde artış gösteren hızın üzerine biner.

Peki, torsiyonel titreşim neden bu kadar önemli bir konudur?

Neredeyse tüm dönel komponentli sistemlerin dönüş hızlarında dalgalanmalar mevcuttur. (motorlar, elektrik motorları, hidrolik pompalar, vb.). Bazı örnek uygulamalar da aşağıdaki şekildedir:

– Elektrik motorlarının zıt kutupları, dönüş hızında ufak değişimlere sebep olmaktadır.
– İçten yanmalı motorlarda, yanma olayları sebebiyle, krank mili hızında hafif de olsa artmalar ve azalmalar meydana gelmektedir.
– Hidrolik pompalarda akışkanın içeri ve dışarı aktığı zıt hazneler vardır. Akışkan, dönüş çevrimleri sırasında, tahliye yollarından farklı oranlarda girmeye ve çıkmaya zorlandığında, hızda bir miktar dalgalanmalar meydana gelir.

Bu düzensiz şekilde dalgalanan hız değişimlerine torsiyonel titreşim denir.

Torsiyonel titreşimler farklı sorunlara sebep olabilir:

– Dayanım sorunları: esnek kuplaj aşınması, dişli aşınması, vb.
– Titreşim konforu: titreşim, direksiyon miline, koltuklara veya pedallara aktarılabilir.
– Gürültü problemi: dişli gürültüsü, debriyaj gıcırdaması
– Senkronizasyon sorunları: düşük performans, düşük yakıt ekonomisi

Torsiyonel titreşim nasıl ölçülür?

Torsiyonel titreşimleri ölçmek için yüksek sayıda PPR (pulse per revolution) ile mil devrini ölçmek gerekir, yani mil dönerken her turda yüksek sayıda örnek almak gerekir. Milin her bir dönüşü sırasında hız değişimleri meydana gelirken, torsiyonel titreşimleri yakalamak için yüksek PPR kullanmak şarttır.

Aşağıda, aynı RPM içeriğinin farklı iki PPR oranı ile toplanmış bir örneği verilmiştir. Kırmızı eğri 120 PPR ile ölçülmüştür, siyah eğri ise 1 PPR ile ölçülmüştür.

Günlük hayattan bir örnek: Araç hızlanırken, kilometre saatindeki ibre düzenli bir şekilde hız artışını gösterir. Aslında, devir artarken aşağıdaki örnekte olduğu gibi ufak miktarda da dalgalanmalar olmaktadır.

Devir düzenli bir şekilde artıyor gibi görünür çünkü devir ölçer krank milinin her dönüşünü yaklaşık olarak bir sefer örnekler. Eğer devir ölçer bu dönüşü daha yüksek hızlarda örneklemiş olsaydı, hızdaki dalgalanma (torsiyonel titreşim) daha belirgin hale gelirdi. Hatta bunun sonucunda araba sahipleri motorların düzensiz çalıştığını düşünebilirlerdi!

Peki, hangi sensörler kullanılmalı?

Torsiyonel titreşimi ölçmek için kullanılabilecek birçok farklı
sensör (ivmeölçer, strain gage, optik sensörler, manyetik alan sensörü, artırımlı enkoderler vb.) mevcuttur.

Torsiyonel titreşimi ölçmek için yaygın olarak kullanılan iki tip sensör vardır, bunlar manyetik alan sensörleri ve zebra bant/disklerle beraber kullanılan optik sensörlerdir.

Manyetik alan sensörleri, yüksek dayanımlı, görece ucuz ve ortamdaki toza karşı hassasiyeti az olduğundan dolayı oldukça popülerdir. Ancak yine de, manyetik alan sensörlerinin PPR sayısı, ölçümün gerçekleştirildiği dişli üzerindeki diş sayısı ile sınırlıdır. Sensör önünden her diş geçişinde sensör (Bkz. Şekil-4) bir pulse çıkış verir.

Diğer sensör tipi olan optik sensör ise zebra bantlarla (Bkz. Şekil-5) veya zebra disklerle (Bkz. Şekil-6) birlikte kullanılmaktadır. Bu şekilde kullanıcı çok yüksek PPR oranlarına ulaşabilmektedir. Zebra bant/disk üzerindeki her beyaz çizgi bir pulse olarak algılanır, böylece farklı PPR oranları, kullanılan çizgi yoğunluğu ile belirlenebilir.

Zebra bantlar dikkatli bir şekilde kullanılmalıdırlar. Bant, mil üzerine sarılırken, uç noktalarda aynı veya farklı renkler için birbiri üstüne binmeler meydana gelir ve bu sorunlu noktalar devir içeriğinde gerçekte var olmayan büyük dalgalanmalar meydana getirir. Bu sorunu ortadan kaldırmak için
LMS Test.Lab içerisinde bulunan düzeltme algoritması (Bkz. Şekil-7) uygulanabilir.

Torsiyonel mertebeler (Order) için örnekleme gerçekleştirirken, PPR değeri minimum, ilgilenilen mertebe sayısının iki katı değerde olmalıdır. Yani, 60^th torsiyonel mertebe yakalanmak (Bkz. Şekil-8) isteniyorsa en az 120 PPR oranı kullanılmalıdır.

LMS SCADAS veri toplama sistemleri iki adet, ICP şartlandırma özelliğine de sahip yüksek hızlı devir giriş özelliği sunmaktadır. LMS SCADAS RV4 modülleri 4 devir kanalından yüksek hızlarda devir bilgisi okuyabilme özelliğine sahiptir. Bu özelliklerle, torsiyonel titreşim ölçümleri oldukça kolay hale gelmektedir.

Torsiyonel Mertebeler

Torsiyonel mertebeler, toplam torsiyonel titreşime hangi komponentin daha çok katkıda bulunduğunu belirlemeye yardımcı olur.

4 silindirli bir motorun devir ve zaman verilerinden (Bkz. Şekil-1) renk haritasını (colormap) elde ettikten sonra 2^nd mertebe ve onun harmoniklerinin, baskın mertebeler olduğu (Bkz. Şekil-9, sol grafik) açıkça görülmektedir.

2^nd mertebe, 4 silindirli motorun yanma mertebesidir. Yanma mertebesi, motorlardaki torsiyonel titreşimler için genellikle baskın olan mertebedir.

Krank mili, her bir dönüşte yanmanın meydana geldiği silindirler tarafından tahrik edilir. Yanmanın meydana geldiği her seferde krank mili bir miktar daha hızlanır. Buna rağmen, krank milinin yapısal ataletlerinden dolayı, krank mili her patlama olayı arasında bir miktar yavaşlar. Bu düzensiz devir hızlanması torsiyonel titreşim olarak adlandırılır.

Düşük devirlerdeki yüksek torsiyonel titreşim:

Motor, ne kadar düşük devirlerde ateşleme yaparsa, yanma olayları arasındaki süre de o kadar uzun olur ve de yanma olayları arasında krank mili o kadar yavaşlar. Bu yüzden devir ne kadar düşükse, torsiyonel titreşim de o kadar fazla olur. (Bkz. Şekil-9 sağ grafik: devir düştükçe torsiyonel titreşim artmaktadır)

Ayrıca, motorda ne kadar az silindir bulunuyorsa, krank milinin her dönüşünde o kadar daha az yanma olayı meydana gelecektir ve yanma olayları arasındaki süre de o kadar uzun olacaktır. Bu yüzden daha az silindir daha yüksek torsiyonel titreşimlere sebebiyet verebilmektedir.

Torsiyonel rezonans:

Şekil-9’deki 2^nd mertebe grafiğinde, 2600 RPM civarında çok belirgin bir krank mil rezonansı (torsiyonel titreşimdeki pik) bulunmaktadır.

Aşağıda, krank milinin rezonans frekansında nasıl hareket ettiğinin örneği gösterilmiştir.

Torsiyonel mertebeler NVH analizlerinde nasıl kullanılırlar?

Torsiyonel mertebeler, yapıdaki titreşim ve gürültü seviyelerine torsiyonel titreşimin fazlaca katkı yapıp yapmadığı belirlemeye yardımcı olur.

Örnek olarak sürücü kulak konumundan bir mikrofon ile veri toplandığını varsayalım. İkinci mertebe verisi aşağıda (Bkz. Şekil-11) gösterilmektedir. Bu grafikte, ilgili devir aralığı için sürücü kulak pozisyonundaki gürültü seviyesi gösterilmektedir.

2600 devir civarında büyük bir artış meydana gelmekte. Dolayısıyla bu testi gerçekleştiren kişi ilk olarak bu yükselişe sebep olanın ne olduğunu merak edecektir. 2^nd torsiyonel mertebe ile bu gürültü verisini üst üste koyduğumuzda (Bkz. Şekil-12) açıkça görülmektedir ki, gürültü seviyesindeki bu artışa krank milinin torsiyonel titreşimi sebep olmaktadır.

Meydana gelen pik dizilimi göstermektedir ki, krank mili rezonansı sürücü kulak konumundaki gürültü içeriğinin ikinci mertebesindeki pike en fazla katkıyı yapan etmendir.

Torsiyonel mertebeler, meydana gelen titreşim ve gürültülerin torsiyonel titreşimlerden dolayı meydana gelip gelmediğini belirlemek için oldukça kullanışlı bir analiz aracıdır.

Detaylı bilgi için DTA Mühendislik Test & Ölçüm bölümüyle iletişime geçiniz.

The post Torsiyonel Titreşim Nedir ? appeared first on .