الثلاثاء، 18 سبتمبر 2012

اهتزازات الآلة | اسباب الاهتزازات Causes of Vibration

ما الذى يسبب اهتزاز الآلة Machine Vibration ؟

1. القوى المتكررة Repeating Forces


تخيل أن هناك مركب تقف فى المرفأ ،وتتلاطم جوانبها من الأمواج ،فلو استمرت الأمواج ترتطم بالمركب سنتوقع أن المركب سيتحطم تحت تأثير الأمواج المتكررة. بسبب تلك الأمواج المتكرر والمؤثرة على المركب ،سيظل المركب تعصف به الرياح .


معظم الآلات تتعرض لقوى متكرر مشابهة لتلك التى يتعرض لها المركب. وتلك القوى المتكررة تؤثر على أجزاء الآلة أو الماكينة ،وتسبب اهتزاز الآلة/الماكينة Vibration .من أين تأتى تلك القوى المسببة لاهتزاز الآلة ؟؟

القوى المتكررة على الآلات ،غالبا تكون نتيجة جزء دوار فى الآلة يكون غير متزن فى دورانه أو فيه انحراه misaligned أو أجزاء متآكلة أو أجزاء تم تركيبها فى الآلة ولا تناسبها.

وهذه صور توضيحية للأربعة أنواع للقوى المتكررة :



2. جزء مفكوك فى الآلة Looseness

وجود جزء مفكوك فى الآلة يسبب اهتزاز للآلة ،ولكن هناك حدود مسموحة للاهتزاز ، وإن تخطى الاهتزاز الحدود المسموحة له يتسبب بضرر للآلة ويتمادى الاهتزاز ليؤثر على أجزاء أخرى لتسبب اهتزاز للآلة من جانبها أيضا.


3. الرنين Resonance

تخيل أن طفلا يركب أرجوحة يتأرجح بها ،دون أن يدفع نفسه أو يدفعه أحد ،فلو لاحظنا حركة الطفل عن قرب سنجده يتأرجح بمعدل ثابت ،ويكمل دورة -ذهابا وايابا- فى زمن محدد وثابت.


المعدل الذى يتحرك به الطفل هو فى الحقيقة عبارة عن خاصية فيزيائية لحركة الطفل مثل وزن الطفل الذى يمثل خاصية فيزيائية للطفل نفسه. وهذا المعدل -معدل تأرجح الطفل- يمثل المعدل الطبيعى لحركة الطفل ،والطريقة الوحيدة لتغيير ذلك المعدل هو تدخّل الطفل بنفسه لزيادة سرعة تأرجحة أو تقليلها وذلك بواسطة قدمه.

وكذلك الآلات تميل إلى التذبذب/الاهتزاز vibration عند معدلات اهتزاز معينة ،وهذا المعدل الذى تميل إلى الاهتزاز عنده -تفضّله- يطلق عليه المعدل الطبيعى للتذبذب/الاهتزاز.

نعود مرة أخرى للطفل الذى يتأرجح على الأرجوحة ،فإننا إن ساعدناه فى زيادة سرعة تأرجحه بدفعه عدة مرات -بحيث يكون هناك تناغم -توافق- بين حركته ودفعه ،فإن الطفل سيتأرجح أعلى وأعلى كل مرة .

فدفعنا له وهو يهبط يؤدى إلى ابطاء حركته لعدم وجود توافق بين اتجاه حركته واتجاه دفعه ،أما حين توافق حركة الطفل مع اتجاه دفعه سيؤدى لرفعه أعلى أكثر ،إلى أن يصل إلى أعلى نقطة يصل لها الطفل.

نعود لآلتنا مرة أخرى ،ماذا سيحدث لو أثّرنا على آلتنا بقوة متكررة تتناغم -تتوافق- مع المعدل الطبيعى لتذبذب الآلة؟ سيؤدى ذلك إلى حالة مشابهة لما يحدث مع الطفل ،فالآلة سوف تتذبذب أكثر ليس بسب المعدل الطبيعى لتذبذبها فحسب بل نتيجة لتلك القوة الخارجية ،وحينها نطلق على تلك الظاهرة .. الرنين.

حين تكون ن تلك القوة المتكررة والمسببة للرنين صغيرة فإنها لن تمثل مشكلة إلى أن تبدأ فى التسبب بالرنين. يجب تجنب الرنين ،لأنه دائما ما يسبب الانهيار المفاجئ والسريع للآلة ،كما حدث مع كل الكبارى التى انهارت نتيجة معدل التذبذب الطبيعى لها الذى توافق مع ايقاع حركة الجنود الذين يعبرون تلك الجسور.


المصدر

الأحد، 16 سبتمبر 2012

مقدمة فى الاهتزازات الميكانيكية vibrations

يقال أن الجسم فى حالة اهتزاز vibration حين يكون فى حركة دورية -أى أنه يتذبذب حول نقطة الأصل -السكون- ،فالأصل أن كل الجزيئات في العالم تتذبذب حول موضعها. حتى في جزيئات المواد الصلبة ولكن الاهتزاز في الجزيئات المواد الصلبة يكون أقل ما يمكن وذلك بسبب وجود قوى التجاذب بين الجزيئات.

الاهتزاز يكون دائما محبب. على سبيل المثال عندما نهز شوكة أو آلة موسيقية وتنتج صوتا يكون شيئا محببا فالاصل هو الاهتزاز في كل شيء و لكن هناك بعض الاهتزازات الغير محببة مثل التي تؤدى إلى هلاك الطاقة بدون استخدامها مثل ضوضاء الصوت على سبيل المثال حركة المحركات أو أي جهاز ميكانيكي فهذا يفقد من الطاقة المنتجة لانه يؤدى إلى استخدام جزء من الطاقة في عملية الاهتزاز.

تعتبر الاهتزازات vibrations ضارة فى الأنظمة الهندسية ،ولكن فى بعض الأحيان تكون مفيدة ،على سبيل المثال : vibratory compactors وهى ألة تستخدم فى زيادة تماسك الخرسانة بتداخل موادها جيدا مع بعضها البعض. كثرة الاهتزازات vibrations تسبب تعب وازعاج للانسان ،ويؤدى إلى تلف المعدات وتآكل للأجزاء الميكانيكية كالتروس وكراسى التحميل Bearing .

دراسة الاهتزازات الميكانيكية مهم لمهندسى الميكانيكا والطيران ومدنى ،ولا بد لمهندس التصميم أن يكون على معرفة جيدة بذلك.

# أمثلة للاهتزازات :

1- ضربات القلب
2- انقباض وانبساط الرئتين فى عملية التنفس
3- المشى - حركة الساقين واليدين
4-ارتجاف الجسم - من البرد-
5-التحدث - تستقبل الأذن الاهتزازات لتنقلها فى رسالة إلى المخ ليترجمها ويفهمها
6- اهتزاز الذرات
7- الاهتزازات الميكانيكية


# تصنيف الاهتزازات

هناك عدة خواص يتم التصنيف بواسطتها الاهتزازات الميكانيكية. فهناك تصنيف يعتمد على درجات حرية النظام Degrees of freedom ،وهى تعنى عدد المرات التى ينتقل فيها الجسم أو النظام أو عدد أمكانيات دورانه حول محور، فهي تصف بدقة كاملة إمكانيات حركة جسم أو اتجاه حركته. ،وهى تنقسم كالتالى :

1.Single Degree of freedom Systems نظام ذو درجة واحدة من الحرية
2.Two Degrees of freedom Systems نظام ذو درجتين من الحرية
3.Multi degree of freedom Systems ظام ذو عدة درجات من الحرية
4.Continuous Systems or systems with infinite degrees of freedom نظام حر الحركة تماما ،بعدد لا نهائى من درجات الحرية


# أحيانا يتم تصنيف الاهتزازات كالتالى :

1. اهتزازات حرة وغير حرة -تحت تأثير قوة- Free and forced vibrations
2. اهتزازات مُخمَدة وغير مُخمَدة Damped and un-damped vibrations.

وفى بعض الأوقات مسائل الاهتزازات يتم تصنيفها كالتالى:

1.Linear vibrations اهتزازات خطية
2. Non-linear vibrations اهتزازات غير خطية
3. Random vibrations اهتزازات عشوائية
4.Transient vibrations اهتزازات انتقالية

النظام يكون خطيا حين يمكن وصف حركته بواسطة معادلات خطية ،أما النظام الغير خطى حين يتم وصفه بمعادلات غير خطية. إذا كانت القوة المؤثرة على النظام -والمسببة للاهزازات- غير معروفة فيطلق عليها اهتزازات عشوائية ،وفى هذه الاحالة يكون الاهتزازر المصاحب لها عشوائيا. أحيانا تخضع الأنظمة لقوة لفترة قصيرة من الوقت لتختفى بعدها وحينها يطلق على الاهتزازات الناتجة عن هذه القوة .. اهتزازات انتقالية Transient vibrations ،ومثال عليها: حركة -اهتزاز- الأرض فى حالة الزلازل

ما هى أسباب الاهتزازات ؟؟

1- التصميم السىء
2- عدم توازن قوى القصور الذاتى
3- افتقار المنتج لجودة التصنيع
4- كرسى التحميل bearing (متآكل أو سىء الجودة)
5- تآكل أسنان التروس
6- وجود مؤثر خارجى على النظام أدى لعدم اتزانه

الآثار الناتجة عن الاهتزازات أو ظهورها بالوقت :

1- ضوضاء تزعجك
2- زيادة التآكل
3- ظهور الاهتزازات على قطعة فى آلة يؤثر على جودة القطع الأخرى بها وبالتالى الآلة ككل.
4- انهيار مبكر للمنتج أو الآلة
5- قلة كفاءة المنتج وجودته


المصادر: مصدر1 ، wikipedia