ما هي قوة الطرد المركزي في الآلات الدوارة؟ • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الدوران، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، وغيرها الكثير من الدوارات. ما هي قوة الطرد المركزي في الآلات الدوارة؟ • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الدوران، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، وغيرها الكثير من الدوارات.

ما هي القوة الطاردة المركزية في الآلات الدوارة؟

نُشر بواسطة admin على

فهم قوة الطرد المركزي في الآلات الدوارة

التعريف: ما هي القوة الطاردة المركزية؟

قوة الطرد المركزي هي القوة الخارجية الظاهرة التي تتعرض لها كتلة تتحرك في مسار دائري. في الآلات الدوارة، عندما الدوار لديه عدم التوازن—أي أن مركز كتلتها مُزاح عن محور الدوران— تُولّد الكتلة اللامركزية قوة طرد مركزي دوارة أثناء دوران العمود. تُوجَّه هذه القوة شعاعيًا نحو الخارج من مركز الدوران، وتدور بنفس سرعة العمود.

القوة الطاردة المركزية الناتجة عن عدم التوازن هي السبب الرئيسي لـ اهتزاز في الآلات الدوارة وهي القوة التي موازنة تهدف الإجراءات إلى تقليل الاهتزازات. يُعد فهم حجمها وسلوكها أمرًا أساسيًا لديناميكيات الدوار وتحليل الاهتزازات.

التعبير الرياضي

الصيغة الأساسية

يتم تحديد مقدار القوة الطاردة المركزية بواسطة:

  • F = م × ر × ω²
  • أين:
  • ف = قوة الطرد المركزي (نيوتن)
  • m = كتلة عدم التوازن (كيلوجرام)
  • r = نصف قطر انحراف الكتلة (متر)
  • أوم = السرعة الزاوية (راديان في الثانية) = 2π × دورة في الدقيقة / 60

صياغة بديلة باستخدام RPM

لإجراء حسابات عملية باستخدام RPM:

  • F (N) = U × (RPM/9549)²
  • حيث U = عدم التوازن (جرام-مليمتر) = م × ر
  • يستخدم هذا النموذج بشكل مباشر وحدات عدم التوازن الشائعة في موازنة المواصفات

رؤية رئيسية: علاقة مربع السرعة

أهم خصائص القوة الطاردة المركزية هي اعتمادها على مربع سرعة الدوران:

  • مضاعفة السرعة تزيد القوة بمقدار 4× (2² = 4)
  • مضاعفة السرعة ثلاث مرات تزيد القوة بمقدار 9× (3² = 9)
  • تشرح هذه العلاقة التربيعية سبب تحول عدم التوازن المقبول عند السرعات المنخفضة إلى أمر بالغ الأهمية عند السرعات العالية

التأثير على الاهتزاز

العلاقة بين القوة والاهتزاز

القوة الطاردة المركزية الناتجة عن عدم التوازن تسبب الاهتزاز من خلال الآلية التالية:

  1. قوة الطرد المركزي الدورانية المطبقة على الدوار
  2. القوة المنقولة عبر العمود إلى المحامل والدعامات
  3. يستجيب النظام المرن (الدوار - المحمل - الأساس) عن طريق الانحراف
  4. يؤدي الانحراف إلى إحداث اهتزازات مقاسة في المحامل
  5. تعتمد العلاقة بين القوة والاهتزاز على صلابة النظام والتخميد

في الرنين

عند التشغيل في السرعة الحرجة:

  • حتى القوى الطاردة المركزية الصغيرة الناتجة عن عدم التوازن المتبقي تخلق اهتزازات كبيرة
  • يمكن أن يكون عامل التضخيم 10-50× اعتمادًا على التخميد
  • هذا التضخيم الرنان هو السبب وراء خطورة التشغيل بالسرعة الحرجة

أقل من الرنين (تشغيل الدوار الصلب)

  • الاهتزاز يتناسب تقريبًا مع القوة
  • لذلك الاهتزاز ∝ السرعة² (لأن القوة ∝ السرعة²)
  • مضاعفة السرعة تضاعف سعة الاهتزاز أربع مرات

أمثلة عملية

المثال 1: مروحة صغيرة

  • عدم التوازن: 10 جرام عند نصف قطر 100 مم = 1000 جم·مم
  • سرعة: 1500 دورة في الدقيقة
  • حساب: F = 1000 × (1500/9549)² ≈ 24.7 نيوتن (2.5 كجم)

المثال 2: نفس الدافع بسرعة أعلى

  • عدم التوازن: نفس الوزن 1000 جرام/مم
  • سرعة: 3000 دورة في الدقيقة (مضاعفة)
  • حساب: F = 1000 × (3000/9549)² ≈ 98.7 نيوتن (10.1 كجم)
  • نتيجة: تم زيادة القوة بمقدار 4× مع زيادة السرعة بمقدار 2×

المثال 3: دوار توربيني كبير

  • كتلة الدوار: 5000 كجم
  • عدم التوازن المسموح به (G 2.5): 400,000 جم·ملم
  • سرعة: 3600 دورة في الدقيقة
  • القوة الطاردة المركزية: F = 400,000 × (3600/9549)² ≈ 56,800 نيوتن (قوة 5.8 طن)
  • المضمون: حتى الدوارات "المتوازنة جيدًا" تولد قوى كبيرة عند السرعات العالية

قوة الطرد المركزي في الموازنة

متجه قوة عدم التوازن

القوة الطاردة المركزية الناتجة عن عدم التوازن هي كمية متجهة:

  • ضخامة: يتم تحديده من خلال كمية عدم التوازن والسرعة (F = m × r × ω²)
  • اتجاه: نقاط متجهة شعاعيًا إلى الخارج باتجاه البقعة الثقيلة
  • تناوب: يدور المتجه بسرعة العمود (1 × التردد)
  • مرحلة: الموضع الزاوي للقوة في أي لحظة

مبدأ التوازن

Balancing تعمل عن طريق إنشاء قوة طرد مركزي معاكسة:

  • وزن التصحيح تم وضعه على بعد 180 درجة من البقعة الثقيلة
  • يخلق قوة طرد مركزي مساوية ومعاكسة
  • مجموع متجهات القوى الأصلية والتصحيحية يقترب من الصفر
  • تم تقليل قوة الطرد المركزي الصافية، وتم تقليل الاهتزاز

موازنة متعددة المستويات

ل موازنة المستويين:

  • القوى الطاردة المركزية في كل مستوى تخلق قوى وعزومًا
  • يجب أن تقوم أوزان التصحيح بإلغاء عدم توازن القوة وعدم توازن الزوج
  • إضافة المتجهات القوى من كلا المستويين تحدد القوة الصافية

آثار حمل الحمل

الأحمال الثابتة مقابل الأحمال الديناميكية

  • الحمل الثابت: حمل ثابت من وزن الدوار (الجاذبية)
  • الحمل الديناميكي: الحمل الدوار الناتج عن قوة الطرد المركزي (عدم التوازن)
  • إجمالي الحمل: يتغير مجموع المتجهات حول المحيط أثناء دوران الدوار
  • الحد الأقصى للحمل: يحدث عندما تتماشى الأحمال الثابتة والديناميكية

تحمل تأثير الحياة

  • عمر المحمل يتناسب عكسيا مع الحمل المكعب (L10 ∝ 1/P³)
  • تؤدي الزيادات الصغيرة في الحمل الديناميكي إلى تقليل عمر المحمل بشكل كبير
  • القوة الطاردة المركزية الناتجة عن عدم التوازن تزيد من أحمال التحمل
  • جودة التوازن الجيدة ضرورية لتحمل طول العمر

قوة الطرد المركزي في أنواع الآلات المختلفة

المعدات منخفضة السرعة (< 1000 دورة في الدقيقة)

  • قوى الطرد المركزي منخفضة نسبيًا
  • الأحمال الساكنة الناتجة عن الجاذبية غالبًا ما تكون مهيمنة
  • تحمُّلات التوازن الأكثر مرونة مقبولة
  • يمكن التسامح مع الاختلالات المطلقة الكبيرة

معدات متوسطة السرعة (1000-5000 دورة في الدقيقة)

  • القوى الطاردة المركزية مهمة ويجب إدارتها
  • معظم الآلات الصناعية في هذا النطاق
  • درجات جودة الميزان من G 2.5 إلى G 16 نموذجية
  • التوازن مهم لحياة المحمل والتحكم في الاهتزاز

معدات عالية السرعة (> 5000 دورة في الدقيقة)

  • القوى الطاردة المركزية المهيمنة على الأحمال الساكنة
  • مطلوب توازن دقيق للغاية (G 0.4 إلى G 2.5)
  • إن الاختلالات الصغيرة تخلق قوى هائلة
  • موازنة الدقة أمر بالغ الأهمية

القوة الطاردة المركزية والسرعات الحرجة

تضخيم القوة عند الرنين

في السرعات الحرجة:

  • نفس مدخلات قوة الطرد المركزي
  • استجابة النظام مُضخَّمة بواسطة عامل Q (عادةً 10-50)
  • سعة الاهتزاز تتجاوز بكثير التشغيل الأقل من الحرج
  • يوضح لماذا يجب تجنب السرعات الحرجة

سلوك الدوار المرن

ل دوارات مرنة فوق السرعات الحرجة:

  • ينحني العمود تحت تأثير قوة الطرد المركزي
  • الانحراف يخلق انحرافًا إضافيًا
  • يؤدي تأثير التمركز الذاتي فوق السرعة الحرجة إلى تقليل أحمال المحمل
  • يتعارض مع البديهية: قد ينخفض الاهتزاز فوق السرعة الحرجة

العلاقة مع معايير الموازنة

عدم التوازن والقوة المسموح بها

درجات جودة التوازن في ISO 21940-11 تعتمد على قوة الطرد المركزي المحدودة:

  • تسمح أرقام G المنخفضة بقدر أقل من عدم التوازن
  • حدود القوة النسبية عند أي سرعة
  • يضمن بقاء القوى الطاردة المركزية ضمن حدود التصميم الآمنة
  • تتمتع أنواع المعدات المختلفة بتفاوتات قوة مختلفة

القياس والحساب

من الاهتزاز إلى القوة

على الرغم من أن القوة لا يتم قياسها بشكل مباشر في موازنة المجال، إلا أنه يمكن تقديرها:

  • قياس سعة الاهتزاز عند سرعة التشغيل
  • تقدير صلابة النظام من معاملات التأثير
  • احسب القوة: F ≈ k × الانحراف
  • مفيد لتقييم مساهمات الحمل المحمل من عدم التوازن

من عدم التوازن إلى القوة

الحساب المباشر إذا كان عدم التوازن معروفًا:

  • استخدم الصيغة F = m × r × ω²
  • أو F = U × (RPM/9549)² حيث U بوحدة g·mm
  • يوفر القوة المتوقعة لأي كمية وسرعة غير متوازنة
  • تستخدم في حسابات التصميم والتحقق من التسامح

قوة الطرد المركزي هي الآلية الأساسية التي يُسبب بها اختلال التوازن اهتزازًا في الآلات الدوارة. وتفسر علاقتها التربيعية بالسرعة أهمية جودة التوازن المتزايدة مع ازدياد سرعات الدوران، ولماذا يُمكن حتى لاختلالات التوازن البسيطة أن تُولّد قوى هائلة واهتزازات مُدمرة في المعدات عالية السرعة.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي

فئات:
واتساب