Τι είναι η φυγοκεντρική δύναμη σε περιστρεφόμενα μηχανήματα; • Φορητός ζυγοσταθμιστής, αναλυτής κραδασμών "Balanset" για δυναμική ζυγοστάθμιση θραυστήρων, ανεμιστήρων, τεμαχιστών, κοχλιωτών σε θεριζοαλωνιστικές μηχανές, άξονες, φυγοκεντρητές, στροβίλους και πολλούς άλλους ρότορες Τι είναι η φυγοκεντρική δύναμη σε περιστρεφόμενα μηχανήματα; • Φορητός ζυγοσταθμιστής, αναλυτής κραδασμών "Balanset" για δυναμική ζυγοστάθμιση θραυστήρων, ανεμιστήρων, τεμαχιστών, κοχλιωτών σε θεριζοαλωνιστικές μηχανές, άξονες, φυγοκεντρητές, στροβίλους και πολλούς άλλους ρότορες

Τι είναι η φυγοκεντρική δύναμη σε περιστρεφόμενα μηχανήματα;

Δημοσιεύτηκε από τον/την admin στις

Κατανόηση της φυγοκεντρικής δύναμης σε περιστρεφόμενα μηχανήματα

Ορισμός: Τι είναι η φυγόκεντρος δύναμη;

Φυγοκεντρική δύναμη είναι η φαινομενική προς τα έξω δύναμη που ασκείται από μια μάζα που κινείται σε κυκλική τροχιά. Σε περιστρεφόμενους μηχανισμούς, όταν ένα ρότορας έχει ανισορροπία—που σημαίνει ότι το κέντρο μάζας του είναι μετατοπισμένο από τον άξονα περιστροφής— η έκκεντρη μάζα δημιουργεί μια περιστρεφόμενη φυγόκεντρο δύναμη καθώς ο άξονας περιστρέφεται. Αυτή η δύναμη κατευθύνεται ακτινικά προς τα έξω από το κέντρο περιστροφής και περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα με τον άξονα.

Η φυγόκεντρος δύναμη από την ανισορροπία είναι η κύρια αιτία δόνηση σε περιστρεφόμενα μηχανήματα και είναι η δύναμη που εξισορρόπηση Οι διαδικασίες στοχεύουν στην ελαχιστοποίηση. Η κατανόηση του μεγέθους και της συμπεριφοράς του είναι θεμελιώδης για τη δυναμική του ρότορα και την ανάλυση των κραδασμών.

Μαθηματική Έκφραση

Βασικός τύπος

Το μέγεθος της φυγόκεντρου δύναμης δίνεται από τον τύπο:

  • F = m × r × ω²
  • Οπου:
  • F = φυγόκεντρος δύναμη (Νιούτον)
  • m = μάζα ανισορροπίας (κιλά)
  • r = ακτίνα εκκεντρότητας μάζας (μέτρα)
  • ω = γωνιακή ταχύτητα (ακτίνια ανά δευτερόλεπτο) = 2π × RPM / 60

Εναλλακτική σύνθεση χρησιμοποιώντας RPM

Για πρακτικούς υπολογισμούς χρησιμοποιώντας RPM:

  • F (N) = U × (RPM/9549)²
  • Όπου U = ανισορροπία (γραμμάρια-χιλιοστά) = m × r
  • Αυτή η φόρμα χρησιμοποιεί άμεσα μονάδες ανισορροπίας που είναι κοινές στις προδιαγραφές εξισορρόπησης.

Βασική Επισκόπηση: Σχέση Ταχύτητας-Τετράγωνου

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της φυγόκεντρου δύναμης είναι η εξάρτησή της από το τετράγωνο της ταχύτητας περιστροφής:

  • Ο διπλασιασμός της ταχύτητας αυξάνει τη δύναμη κατά 4× (2² = 4)
  • Ο τριπλασιασμός της ταχύτητας αυξάνει τη δύναμη κατά 9× (3² = 9)
  • Αυτή η τετραγωνική σχέση εξηγεί γιατί η ανισορροπία που είναι αποδεκτή σε χαμηλές ταχύτητες γίνεται κρίσιμη σε υψηλές ταχύτητες.

Επίδραση στη δόνηση

Σχέση Δύναμης-Δόνησης

Η φυγοκεντρική δύναμη από την ανισορροπία προκαλεί δόνηση μέσω του ακόλουθου μηχανισμού:

  1. Περιστρεφόμενη φυγοκεντρική δύναμη που εφαρμόζεται στον ρότορα
  2. Δύναμη που μεταδίδεται μέσω του άξονα σε ρουλεμάν και στηρίγματα
  3. Το ελαστικό σύστημα (ρότορας-ρουλεμάν-θεμέλιο) αποκρίνεται εκτρέποντας
  4. Η εκτροπή δημιουργεί μετρημένη δόνηση στα ρουλεμάν
  5. Η σχέση μεταξύ δύναμης και κραδασμών εξαρτάται από την ακαμψία και την απόσβεση του συστήματος

Στο Resonance

Όταν λειτουργεί σε ένα κρίσιμη ταχύτητα:

  • Ακόμα και μικρές φυγοκεντρικές δυνάμεις από την υπολειμματική ανισορροπία δημιουργούν μεγάλους κραδασμούς
  • Ο συντελεστής ενίσχυσης μπορεί να είναι 10-50× ανάλογα με απόσβεση
  • Αυτή η συντονισμένη ενίσχυση είναι ο λόγος για τον οποίο η λειτουργία κρίσιμης ταχύτητας είναι επικίνδυνη.

Κάτω από τον συντονισμό (Λειτουργία άκαμπτου ρότορα)

  • Δόνηση περίπου ανάλογη με τη δύναμη
  • Επομένως, η δόνηση ∝ ταχύτητα² (αφού η δύναμη ∝ ταχύτητα²)
  • Διπλασιάζοντας την ταχύτητα, το πλάτος των κραδασμών τετραπλασιάζεται

Πρακτικά παραδείγματα

Παράδειγμα 1: Μικρή πτερωτή ανεμιστήρα

  • Ανισορροπία: 10 γραμμάρια σε ακτίνα 100 mm = 1000 g·mm
  • Ταχύτητα: 1500 σ.α.λ.
  • Λογαριασμός: F = 1000 × (1500/9549)² ≈ 24,7 N (2,5 kgf)

Παράδειγμα 2: Ίδια πτερωτή σε υψηλότερη ταχύτητα

  • Ανισορροπία: Ίδια 1000 g·mm
  • Ταχύτητα: 3000 σ.α.λ. (διπλασιασμένες)
  • Λογαριασμός: F = 1000 × (3000/9549)² ≈ 98,7 N (10,1 kgf)
  • Αποτέλεσμα: Η δύναμη αυξήθηκε κατά 4 φορές με αύξηση ταχύτητας 2 φορές

Παράδειγμα 3: Μεγάλος ρότορας στροβίλου

  • Μάζα ρότορα: 5000 κιλά
  • Επιτρεπόμενη ανισορροπία (G 2.5): 400.000 g·mm
  • Ταχύτητα: 3600 σ.α.λ.
  • Φυγοκεντρική Δύναμη: F = 400.000 × (3600/9549)² ≈ 56.800 N (5,8 τόνοι δύναμης)
  • Υπαινιγμός: Ακόμα και οι “καλά ισορροπημένοι” ρότορες παράγουν σημαντικές δυνάμεις σε υψηλές ταχύτητες

Φυγοκεντρική Δύναμη στην Ισορροπία

Διάνυσμα Δύναμης Ανισορροπίας

Η φυγόκεντρος δύναμη από την ανισορροπία είναι ένα διανυσματικό μέγεθος:

  • Μέγεθος: Καθορίζεται από το ποσό ανισορροπίας και την ταχύτητα (F = m × r × ω²)
  • Κατεύθυνση: Στρέφεται ακτινικά προς τα έξω, προς το βαρύ σημείο
  • Περιστροφή: Το διάνυσμα περιστρέφεται με ταχύτητα άξονα (1× συχνότητα)
  • Φάση: Γωνιακή θέση της δύναμης σε οποιαδήποτε στιγμή

Αρχή της εξισορρόπησης

Εξισορρόπηση λειτουργεί δημιουργώντας μια αντίθετη φυγόκεντρο δύναμη:

  • Διορθωτικό βάρος τοποθετημένο 180° από το βαρύ σημείο
  • Δημιουργεί ίση και αντίθετη φυγόκεντρο δύναμη
  • Το διανυσματικό άθροισμα των αρχικών και διορθωτικών δυνάμεων πλησιάζει το μηδέν
  • Ελαχιστοποιημένη καθαρή φυγοκεντρική δύναμη, μειωμένη δόνηση

Εξισορρόπηση πολλαπλών επιπέδων

Για εξισορρόπηση δύο επιπέδων:

  • Οι φυγόκεντρες δυνάμεις σε κάθε επίπεδο δημιουργούν τόσο δυνάμεις όσο και ροπές
  • Τα βάρη διόρθωσης πρέπει να ακυρώνουν τόσο την ανισορροπία δύναμης όσο και την ανισορροπία ζεύγους
  • Πρόσθεση διανυσμάτων των δυνάμεων και από τα δύο επίπεδα καθορίζει τη συνισταμένη δύναμη

Επιπτώσεις Φορτίου Φέροντος

Στατικά έναντι Δυναμικών Φορτίων

  • Στατικό φορτίο: Σταθερό φορτίο ρουλεμάν από το βάρος του ρότορα (βαρύτητα)
  • Δυναμικό φορτίο: Περιστρεφόμενο φορτίο από φυγοκεντρική δύναμη (ανισορροπία)
  • Συνολικό φορτίο: Το διανυσματικό άθροισμα μεταβάλλεται γύρω από την περιφέρεια καθώς περιστρέφεται ο ρότορας
  • Μέγιστο φορτίο: Εμφανίζεται όπου τα στατικά και δυναμικά φορτία ευθυγραμμίζονται

Ρουλεμάν Ζωής Επιπτώσεις

  • Διάρκεια ζωής ρουλεμάν αντιστρόφως ανάλογη με το φορτίο σε κύβο (L10 ∝ 1/P³)
  • Μικρές αυξήσεις στο δυναμικό φορτίο μειώνουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής των ρουλεμάν
  • Η φυγοκεντρική δύναμη από την ανισορροπία αυξάνει τα φορτία των ρουλεμάν
  • Η καλή ποιότητα ισορροπίας είναι απαραίτητη για τη μακροζωία των ρουλεμάν

Φυγοκεντρική δύναμη σε διαφορετικούς τύπους μηχανών

Εξοπλισμός χαμηλής ταχύτητας (< 1000 σ.α.λ.)

  • Φυγοκεντρικές δυνάμεις σχετικά χαμηλές
  • Στατικά φορτία από τη βαρύτητα συχνά κυρίαρχα
  • Αποδεκτές ανοχές χαλαρότερης ισορροπίας
  • Μεγάλες απόλυτες ανισορροπίες μπορούν να γίνουν ανεκτές

Εξοπλισμός μεσαίας ταχύτητας (1000-5000 σ.α.λ.)

  • Οι φυγοκεντρικές δυνάμεις είναι σημαντικές και πρέπει να αντιμετωπίζονται
  • Τα περισσότερα βιομηχανικά μηχανήματα σε αυτήν την κατηγορία
  • Βαθμοί ποιότητας ισορροπίας G 2,5 έως G 16 τυπικοί
  • Ζυγοστάθμιση σημαντική για τη διάρκεια ζωής των ρουλεμάν και τον έλεγχο των κραδασμών

Εξοπλισμός υψηλής ταχύτητας (> 5000 σ.α.λ.)

  • Οι φυγοκεντρικές δυνάμεις κυριαρχούν έναντι των στατικών φορτίων
  • Απαιτούνται πολύ αυστηρές ανοχές ισορροπίας (G 0,4 έως G 2,5)
  • Μικρές ανισορροπίες δημιουργούν τεράστιες δυνάμεις
  • Η ακρίβεια της εξισορρόπησης είναι απολύτως κρίσιμη

Φυγοκεντρική Δύναμη και Κρίσιμες Ταχύτητες

Ενίσχυση Δύναμης σε Συντονισμό

Στο κρίσιμες ταχύτητες:

  • Ίδια είσοδος φυγοκεντρικής δύναμης
  • Η απόκριση του συστήματος ενισχύεται από τον παράγοντα Q (συνήθως 10-50)
  • Το πλάτος των κραδασμών υπερβαίνει κατά πολύ την κάτω του κρίσιμου σημείου λειτουργίας
  • Δείχνει γιατί πρέπει να αποφεύγονται οι κρίσιμες ταχύτητες

Ευέλικτη συμπεριφορά ρότορα

Για εύκαμπτοι ρότορες πάνω από τις κρίσιμες ταχύτητες:

  • Ο άξονας κάμπτεται υπό φυγοκεντρική δύναμη
  • Η εκτροπή δημιουργεί πρόσθετη εκκεντρότητα
  • Το φαινόμενο αυτοκεντραρίσματος πάνω από την κρίσιμη ταχύτητα μειώνει τα φορτία των ρουλεμάν
  • Αντιφατικό: η δόνηση μπορεί να μειωθεί πάνω από την κρίσιμη ταχύτητα

Σχέση με τα πρότυπα εξισορρόπησης

Επιτρεπόμενη Ανισορροπία και Δύναμη

Βαθμοί ποιότητας ισορροπίας στο ISO 21940-11 βασίζονται στην περιοριστική φυγόκεντρο δύναμη:

  • Οι χαμηλότεροι αριθμοί G επιτρέπουν λιγότερη ανισορροπία
  • Περιορίζει την αναλογική δύναμη σε οποιαδήποτε ταχύτητα
  • Διασφαλίζει ότι οι φυγόκεντρες δυνάμεις παραμένουν εντός ασφαλών ορίων σχεδιασμού
  • Διαφορετικοί τύποι εξοπλισμού έχουν διαφορετικές ανοχές δύναμης

Μέτρηση και Υπολογισμός

Από τη Δόνηση στη Δύναμη

Ενώ η δύναμη δεν μετριέται άμεσα στην εξισορρόπηση πεδίου, μπορεί να εκτιμηθεί:

  • Μετρήστε το πλάτος των κραδασμών σε ταχύτητα λειτουργίας
  • Εκτίμηση ακαμψίας συστήματος από συντελεστές επιρροής
  • Υπολογίστε τη δύναμη: F ≈ k × παραμόρφωση
  • Χρήσιμο για την αξιολόγηση των συνεισφορών στο φορτίο εδράνων από την ανισορροπία

Από την ανισορροπία στη δύναμη

Άμεσος υπολογισμός εάν είναι γνωστή η ανισορροπία:

  • Χρησιμοποιήστε τον τύπο F = m × r × ω²
  • Ή F = U × (RPM/9549)² όπου U σε g·mm
  • Παρέχει την αναμενόμενη δύναμη για οποιαδήποτε ποσότητα ανισορροπίας και ταχύτητα
  • Χρησιμοποιείται σε υπολογισμούς σχεδιασμού και επαλήθευση ανοχών

Η φυγοκεντρική δύναμη είναι ο θεμελιώδης μηχανισμός με τον οποίο η ανισορροπία προκαλεί κραδασμούς σε περιστρεφόμενα μηχανήματα. Η τετραγωνική της σχέση με την ταχύτητα εξηγεί γιατί η ποιότητα της ισορροπίας καθίσταται ολοένα και πιο κρίσιμη καθώς αυξάνονται οι ταχύτητες περιστροφής και γιατί ακόμη και μικρές ανισορροπίες μπορούν να δημιουργήσουν τεράστιες δυνάμεις και καταστροφικούς κραδασμούς σε εξοπλισμό υψηλής ταχύτητας.

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο

Κατηγορίες:
WhatsApp