Technologie / Technischer Leitfaden
Campbell-Diagramme: Eigenfrequenzzweige, Rotorordnungen und Schnittpunkte
Ein Campbell-Diagramm stellt Frequenzinformationen über der Drehzahl dar. Modale Zweige beschreiben das dargestellte System, während Ordnungslinien die zeitliche Abfolge der Anregung beschreiben. Ihre Schnittpunkte zeigen Zusammenhänge auf, die zu untersuchen sind, statt automatisch die Schwingungsamplitude oder einen zugelassenen Betriebsbereich festzulegen.
Nennen Sie zuerst die Achsen und den Typ der Linie.
Die Bedeutung eines Schnittpunkts hängt davon ab, welche Größen dargestellt werden und worauf ihre Frequenzen bezogen sind. Ein modaler Zweig, eine vorgegebene Ordnung und ein gemessener spektraler Grat können ähnliche Positionen einnehmen und dabei unterschiedliche Informationen darstellen.
01 / Achsen
Drehzahl und Schwingungsfrequenz sind getrennte Größen.
Ein übliches Diagramm stellt die Rotordrehzahl n in rpm horizontal und die Frequenz f in Hertz vertikal dar.
Ein übliches Diagramm zeigt die Rotordrehzahl n in rpm auf der horizontalen Achse und die Frequenz f in Hertz auf der vertikalen Achse. Beide Achsen beziehen sich auf die Zeit, haben jedoch unterschiedliche Einheiten und physikalische Bedeutungen. Eine diagonale Linie erfordert eine angegebene Umrechnung statt einer unerklärten Steigung.
Andere Darstellungen können die Achsen vertauschen oder Einheiten der Kreisfrequenz verwenden. Eine gemessene Betragskarte kann zusätzlich eine Farbskala enthalten. Diese Konventionen müssen geklärt werden, bevor eine Linie als Eigenfrequenz, Anregungsordnung oder tatsächlicher Spitzenwert der Antwort interpretiert wird.
02 / Modale Zweige
Eigenfrequenzen können sich mit dem Rotationszustand ändern.
Ein modaler Zweig verfolgt eine für ein Modell vorhergesagte Frequenz bei sich ändernder Drehzahl.
Ein modaler Zweig folgt einer für ein Modell vorhergesagten Frequenz bei sich ändernder Drehzahl. Gyroskopische Effekte, Vorspannung und Randbedingungen können diese Zweige verändern. Eine Eigenfrequenz im Stillstand ist daher nicht automatisch ein horizontaler Zweig, der bei jeder Drehzahl gültig ist.
Der Rotordynamik-Leitfaden von Ansys unterscheidet drehzahlabhängige Frequenzen und Anregungsbeziehungen. Zur Identität eines modalen Zweigs gehört auch die Schwingungsform; zwei nahe beieinanderliegende Frequenzwerte allein belegen nicht, dass sie über den gesamten Drehzahlbereich dieselbe Verformung repräsentieren.
03 / Ordnungslinien
Eine feste Ordnung bildet die Drehbewegung auf eine zeitliche Frequenz ab.
Für eine Anregung mit k Zyklen pro mechanischer Umdrehung bei konstanter Drehzahl: fexc = k n/60 in Hertz.
Für eine Anregung mit k Zyklen pro mechanischer Umdrehung bei konstanter Drehzahl gilt fexc = k n/60 in Hertz. Eine 1x-Linie hat k = 1. Eine elektrische Ordnung oder eine andere Referenz benötigt eine eigene Umrechnung; Bezeichnungen dürfen ihre Umdrehungsbasis nicht stillschweigend ändern.
Bei einer rein hypothetischen konstanten Eigenfrequenz von 12 Hz schneidet die 1x-Linie diese bei 720 rpm und eine 3x-Linie bei 240 rpm. Dies sind rechnerische Diagrammbeispiele, keine Angaben zu MARSTON-Drehzahlen, Rotorblattzahlen, Eigenfrequenzen oder zulässigen Betriebspunkten.
04 / Bedeutung von Kreuzungspunkten
Die Frequenzübereinstimmung ist eine notwendige Information, liefert aber keine Amplitude.
Ein Schnittpunkt zeigt an, wo eine dargestellte Anregungsfrequenz einer dargestellten Eigenfrequenz entspricht.
Ein Schnittpunkt kennzeichnet die Stelle, an der eine dargestellte Anregungsfrequenz einer dargestellten Eigenfrequenz entspricht. Die Antwort hängt außerdem vom Betrag und der Richtung der Anregung, der modalen Beteiligung und der Dämpfung ab. Eine Anregung mit geringer Beteiligung an einer Eigenform erzeugt möglicherweise nicht die Antwort, die allein aufgrund der Frequenzübereinstimmung zu erwarten wäre.
Der Beitrag Leitfaden zur Unwucht definiert eine Quelle einer umlaufenden Kraft. Deren Betrag ist eine andere Größe als die Position ihrer Ordnungslinie. Das Einzeichnen dieser Linie gibt keinen Aufschluss über die tatsächliche Kraft oder die resultierende Verschiebung der Abstützung.
05 / Verschiedene Phänomene
Ein Schnittpunkt von Moden definiert nicht grundsätzlich eine Instabilität.
Zwei modale Zweige können sich in einem Modell annähern oder miteinander wechselwirken, doch ein Frequenzdiagramm ohne Informationen über Anwachsen oder Abklingen belegt keine dynamische Stabilität.
Zwei modale Zweige können sich in einem Modell annähern oder miteinander wechselwirken, doch ein Frequenzdiagramm ohne Informationen über Anwachsen oder Abklingen weist keine dynamische Stabilität nach. Dämpfung und Kopplung behalten getrennte Funktionen. Ebenso kann ein gemessener spektraler Grat durch eine Anregung statt durch eine Eigenmode entstehen.
Der Beitrag Leitfaden zum Flattern erklärt, warum sich eine gekoppelte selbsterregte Instabilität von einer positiv gedämpften erzwungenen Resonanz unterscheidet. Ein Schnittpunkt von Linien im Campbell-Diagramm allein sollte nicht als Flattergrenze oder Ausfallereignis umgedeutet werden.
06 / Geltungsbereich
Behalten Sie das vollständige Modell und die Beobachtungsbedingungen bei.
Ein freies Bauteil, eine gelagerte Baugruppe und ein rotierendes, vorgespanntes Modell können unterschiedliche modale Zweige ergeben.
Ein freies Bauteil, eine gelagerte Baugruppe und ein rotierendes vorgespanntes Modell können unterschiedliche modale Zweige ergeben. Auch die Konventionen für Frequenzbezug und Modenverfolgung sind für den Vergleich relevant. Ein Diagramm ist eine geordnete Darstellung und kein Nachweis dafür, dass jedes ausgelassene Bauteil oder jede ausgelassene Last bewertet wurde.
Hier werden kein MARSTON-Campbell-Diagramm, kein modaler Zweig, keine Ordnungsamplitude, kein Abstand zur kritischen Drehzahl und kein Auswuchtergebnis bereitgestellt. Die Seite erläutert die Zusammenhänge zwischen den Größen, ohne einen Drehzahldurchlauf, einen Schwingungstest, eine Abstimmmaßnahme oder ein numerisches Ausschlussband für tatsächliche Geräte bereitzustellen.
Verwandte technische Leitfäden: Aeroelastisches Flattern: Kopplung, Selbsterregung und Resonanz · Statische Unwucht und Momentenunwucht des Rotors: Kraft und Moment · Lagersteifigkeits- und Dämpfungskoeffizienten.
Allgemeiner Hintergrund: Ansys: ausgewählte Erläuterungen zu Modal- und Rotationsfrequenzen sowie zur Campbell-Interpretation. Diese Quellen erläutern Branchenkonzepte; sie sind von den geltenden MARSTON-Produkt- und Projektunterlagen zu unterscheiden.
Zentrale Begriffe und Bedingungen.
Lesen Sie jede Größe mit ihrem Bezug, ihren Einheiten und den genannten Bedingungen. Ein allgemeiner Zusammenhang legt keinen modellspezifischen Wert fest.
| Begriff / Größe | Bedeutung / Zusammenhang | Bedingungen / Grenzen |
|---|---|---|
| Rotordrehzahl | n in rpm | Horizontale Achse gemäß der angegebenen Konvention. |
| Modaler Zweig | Frequenz des dargestellten Systems | Kann von der Drehzahl und dem Modellzustand abhängen. |
| Anregungsordnung | k Zyklen pro mechanischer Umdrehung | fexc = k n/60 in Hz. |
| Kreuzung | Gleichheit der repräsentierten Frequenzen | Liefert für sich allein keine Amplitude. |
| Stabilität | Anwachs- und Abklingverhalten | Nicht allein durch den Schnittpunkt von Frequenzen belegt. |
Technische Fragen.
Ist die Rotordrehzahl dasselbe wie die Modalfrequenz?
Nein. Sie beschreiben unterschiedliche Bewegungsgrößen und verwenden in der Regel unterschiedliche Einheiten.
Sind alle modalen Zweige horizontal?
Nein. Rotation, Vorspannung und Kopplung können sie verändern.
Was bedeutet hier eine 3x-Linie?
Drei Anregungszyklen pro mechanischer Umdrehung bei konstanter Drehzahl.
Führt jeder Schnittpunkt zur gleichen Resonanzamplitude?
Nein. Kraft, modale Beteiligung, Dämpfung und Bedingungen sind entscheidend.
Bedeutet eine Kreuzung modaler Zweige immer Flattern?
Nein. Frequenzinformationen allein belegen keine gekoppelte Instabilität.
Sind die Werte 240 und 720 rpm tatsächliche Produktdrehzahlen?
Nein. Sie gehören zu einem hypothetischen Vergleich bei 12 Hz.
Technische Anfrage
Die technische Frage besprechen.
Ein Campbell-Diagramm stellt Frequenzinformationen in Abhängigkeit von der Drehzahl dar. Stellen Sie für eine technische Diskussion das Modell und die relevanten Betriebs- oder Auslegungsinformationen bereit.