میکروارتعاشات موتور و اثر آن بر خستگی قطعات در بلندمدت

میکروارتعاشات موتور و اثر آن بر خستگی قطعات در بلندمدت + نکات و روش‌های کنترل

در مهندسی مکانیک و طراحی موتور‌ها، میکروارتعاشات موتور به نوسانات کوچک و ظریفی گفته می‌شود که معمولاً با چشم دیده نمی‌شوند اما تأثیر قابل توجهی بر عملکرد و دوام قطعات دارند. این ارتعاشات کوچک، اگرچه در کوتاه‌مدت مشکل‌ساز نیستند، اما در بلندمدت باعث خستگی و فرسودگی قطعات موتور می‌شوند و می‌توانند عمر مفید آن‌ها را به شدت کاهش دهند.

این مقاله به بررسی علمی میکروارتعاشات موتور، نحوه تأثیرگذاری آن‌ها بر خستگی قطعات، روش‌های شناسایی و تحلیل و همچنین نکات کاربردی برای کاهش این ارتعاشات می‌پردازد تا مهندسان و طراحان بتوانند با استفاده از آن عمر و کارایی موتورهای خود را افزایش دهند.

میکروارتعاشات موتور چیست؟

میکروارتعاشات به ارتعاشات ریز و با دامنه کم گفته می‌شود که معمولاً فرکانس بالایی دارند و به صورت نوسانات مکرر در اجزای داخلی موتور ایجاد می‌شوند. این ارتعاشات برخلاف لرزش‌های شدید، به صورت محسوس و قابل لمس نیستند ولی توسط تجهیزات پیشرفته مانند شتاب‌سنج‌ها قابل اندازه‌گیری و آنالیز هستند.

علل ایجاد میکروارتعاشات می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

• عدم توازن اجزای دوار مانند شفت و پروانه
• وجود لنگی یا کجی در محور چرخان
• نصب نامناسب یا سفت کردن نادرست پیچ و اتصالات
• خرابی یا نقص در یاتاقان‌ها و بلبرینگ‌ها
• تغییرات حرارتی و تاثیرات ترموالاستیک بر مواد

اثر میکروارتعاشات بر خستگی قطعات

خستگی مکانیکی فرآیندی است که در آن قطعات تحت بارهای تکراری و متناوب دچار ترک‌خوردگی و در نهایت شکست می‌شوند. میکروارتعاشات باعث ایجاد تنش‌های مکرر با دامنه‌های کوچک در نقاط مختلف قطعه می‌شوند که با گذشت زمان باعث گسترش ترک‌های ریز و کاهش مقاومت قطعه می‌شود.

به عبارتی، این ارتعاشات باعث تمرکز تنش در نواحی حساس شده و پدیده تشدید (رزونانس) را تحریک می‌کنند که می‌تواند شدت خستگی را افزایش دهد. به همین دلیل، قطعاتی مانند شفت، یاتاقان، پیچ و مهره که در معرض میکروارتعاشات هستند، عمر کاری کمتری دارند و احتمال شکست ناگهانی در آن‌ها بیشتر است.

شناسایی و تحلیل میکروارتعاشات

برای شناسایی این نوع ارتعاشات معمولاً از تجهیزات پیشرفته‌ای استفاده می‌شود. شتاب‌سنج‌های سه‌محوره داده‌های ارتعاشی را در جهات مختلف ثبت می‌کنند و سپس با استفاده از تحلیل فرکانسی مانند تبدیل فوریه سریع (FFT) می‌توان دامنه‌ها و فرکانس‌های موجود در ارتعاشات را شناسایی کرد.

علاوه بر این، نرم‌افزارهای تحلیل ارتعاش و شبیه‌سازی اجزای محدود (FEM) به طراحان امکان می‌دهند تا قبل از ساخت قطعه، رفتار ارتعاشی آن را مدل کرده و نقاط ضعف احتمالی را شناسایی کنند. مهم‌ترین پارامترهای اندازه‌گیری شامل دامنه ارتعاش، فرکانس‌های غالب و نرخ تغییرات دامنه است.

روش‌های کاهش و کنترل میکروارتعاشات

طراحی مهندسی بهینه

در مرحله طراحی، با انجام تحلیل مودال می‌توان فرکانس طبیعی قطعات را شناسایی کرد و تلاش نمود که فرکانس‌های تحریک با فرکانس‌های طبیعی متفاوت باشند تا از وقوع رزونانس جلوگیری شود. کاهش جرم غیرضروری و انتخاب هندسه مناسب نیز نقش مهمی دارد.

بالانس دینامیکی دقیق

بالانس چرخشی صحیح قطعات دوار، به ویژه شفت و پروانه‌ها، نقش کلیدی در کاهش میکروارتعاشات دارد. انجام بالانس در شرایط واقعی کاری و استفاده از سیستم‌های بالانس خودکار در موتورهای پرسرعت از مهم‌ترین اقدامات است.

انتخاب مواد با ویژگی‌های میرایی بالا

مواد با ضریب میرایی بالا می‌توانند انرژی ارتعاشی را بهتر جذب کنند و انتقال آن را کاهش دهند. ترکیب مواد فلزی و پلیمر در نقاط حساس نیز می‌تواند تأثیر مثبتی داشته باشد.

روانکاری مناسب

روانکاری دقیق و انتخاب صحیح نوع روغن یا گریس می‌تواند اصطکاک و تماس خشک را کاهش داده و از ایجاد ارتعاشات ناخواسته جلوگیری کند. همچنین پایش منظم کیفیت روانکارها بسیار مهم است.

استفاده از دمپرها و عایق‌ها

دمپرهای ویسکوز، پایه‌های ضد ارتعاش و عایق‌های لاستیکی می‌توانند انتقال ارتعاشات به قسمت‌های حساس را کاهش دهند و در نتیجه خستگی قطعات را به تأخیر بیندازند.

نکات کلیدی برای مهندسان

• انجام تحلیل ارتعاشی در فاز طراحی اولیه برای شناسایی و رفع مشکلات احتمالی ضروری است.
• بهره‌گیری از داده‌های میدانی برای بهبود مدل‌های شبیه‌سازی اهمیت دارد.
• آموزش اپراتورها و تیم نگهداری در شناخت علائم اولیه ارتعاش، امکان پیشگیری از خرابی‌های جدی را افزایش می‌دهد.
• مطالعه و تحلیل خرابی‌های گذشته باعث بهبود مستمر طراحی‌ها و فرآیندهای نگهداری می‌شود.

نتیجه‌گیری

میکروارتعاشات موتور، هرچند در نگاه اول کوچک و بی‌اهمیت به نظر می‌رسند، اما تأثیر بسیار زیادی بر خستگی و فرسودگی قطعات در بلندمدت دارند. عدم کنترل و مدیریت این ارتعاشات موجب کاهش عمر مفید قطعات، افزایش هزینه‌های تعمیر و تعویض و کاهش کارایی سیستم می‌شود. با شناخت دقیق این پدیده، استفاده از ابزارهای پیشرفته شناسایی و پیاده‌سازی راهکارهای مهندسی بهینه می‌توان به طور چشمگیری اثرات مخرب آن را کاهش داد و عمر تجهیزات را افزایش داد.