نیروی گریز از مرکز در ماشین آلات دوار چیست؟ • بالانسر قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن ها، فن ها، مالچرها، حلزونی ها روی کمباین ها، شفت ها، سانتریفیوژها، توربین ها و بسیاری از روتورهای دیگر نیروی گریز از مرکز در ماشین آلات دوار چیست؟ • بالانسر قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن ها، فن ها، مالچرها، حلزونی ها روی کمباین ها، شفت ها، سانتریفیوژها، توربین ها و بسیاری از روتورهای دیگر

نیروی گریز از مرکز در ماشین آلات دوار چیست؟

منتشر شده توسط admin در

درک نیروی گریز از مرکز در ماشین آلات دوار

تعریف: نیروی گریز از مرکز چیست؟

نیروی گریز از مرکز نیروی ظاهری رو به بیرونی است که توسط جرمی که در یک مسیر دایره‌ای حرکت می‌کند، تجربه می‌شود. در ماشین‌آلات دوار، وقتی روتور دارد عدم تعادل-به این معنی که مرکز جرم آن نسبت به محور چرخش انحراف دارد- جرم خارج از مرکز با چرخش شفت، یک نیروی گریز از مرکز چرخشی ایجاد می‌کند. این نیرو به صورت شعاعی از مرکز چرخش به سمت بیرون هدایت می‌شود و با همان سرعت شفت می‌چرخد.

نیروی گریز از مرکز ناشی از عدم تعادل، علت اصلی ... لرزش در ماشین آلات دوار و نیرویی است که متعادل کردن هدف رویه‌ها به حداقل رساندن است. درک بزرگی و رفتار آن برای دینامیک روتور و تحلیل ارتعاشات اساسی است.

بیان ریاضی

فرمول پایه

بزرگی نیروی گریز از مرکز از رابطه زیر بدست می‌آید:

  • F = m × r × ω²
  • کجا:
  • ف = نیروی گریز از مرکز (نیوتن)
  • m = جرم نامتعادل (کیلوگرم)
  • r = شعاع خروج از مرکز جرم (متر)
  • ω = سرعت زاویه‌ای (رادیان بر ثانیه) = 2π × RPM / 60

فرمول جایگزین با استفاده از RPM

برای محاسبات عملی با استفاده از RPM:

  • F (N) = U × (RPM/9549)²
  • که در آن U = عدم تعادل (گرم-میلی‌متر) = m × r
  • این فرم مستقیماً از واحدهای عدم تعادل رایج در مشخصات بالانس استفاده می‌کند.

بینش کلیدی: رابطه سرعت-مجذور

مهمترین ویژگی نیروی گریز از مرکز، وابستگی آن به مجذور سرعت دورانی است:

  • دو برابر کردن سرعت، نیرو را 4 برابر افزایش می‌دهد (2² = 4)
  • سه برابر کردن سرعت، نیرو را 9 برابر افزایش می‌دهد (3² = 9)
  • این رابطه درجه دوم توضیح می‌دهد که چرا عدم تعادلی که در سرعت‌های پایین قابل قبول است، در سرعت‌های بالا بحرانی می‌شود.

تأثیر بر ارتعاش

رابطه نیرو به ارتعاش

نیروی گریز از مرکز ناشی از عدم تعادل از طریق مکانیسم زیر باعث ارتعاش می‌شود:

  1. نیروی گریز از مرکز چرخشی اعمال شده به روتور
  2. نیرو از طریق شفت به یاتاقان‌ها و تکیه‌گاه‌ها منتقل می‌شود
  3. سیستم الاستیک (روتور-یاتاقان-فونداسیون) با انحراف پاسخ می‌دهد
  4. انحراف، ارتعاش اندازه‌گیری شده‌ای را در یاتاقان‌ها ایجاد می‌کند.
  5. رابطه بین نیرو و ارتعاش به سختی و میرایی سیستم بستگی دارد.

در رزونانس

هنگام کار در سرعت بحرانی:

  • حتی نیروهای گریز از مرکز کوچک ناشی از عدم تعادل باقیمانده، ارتعاشات بزرگی ایجاد می‌کنند.
  • ضریب تقویت بسته به نوع می‌تواند 10 تا 50 برابر باشد میرایی
  • این تقویت رزونانس دلیل خطرناک بودن عملکرد در سرعت بحرانی است.

زیر رزونانس (عملکرد روتور صلب)

  • ارتعاش تقریباً متناسب با نیرو
  • بنابراین ارتعاش ∝ سرعت² (چون نیرو ∝ سرعت²)
  • دو برابر شدن سرعت، دامنه ارتعاش را چهار برابر می‌کند

مثال‌های عملی

مثال ۱: پروانه فن کوچک

  • عدم تعادل: ۱۰ گرم در شعاع ۱۰۰ میلی‌متر = ۱۰۰۰ گرم بر میلی‌متر
  • Speed: ۱۵۰۰ دور در دقیقه
  • محاسبه: F = 1000 × (1500/9549) ² ≈ 24.7 نیوتن (2.5 کیلوگرم فارنهایت)

مثال ۲: همان پروانه با سرعت بالاتر

  • عدم تعادل: همان ۱۰۰۰ گرم · میلی‌متر
  • Speed: ۳۰۰۰ دور در دقیقه (دو برابر شده)
  • محاسبه: F = 1000 × (3000/9549)² ≈ 98.7 نیوتن (10.1 کیلوگرم فارات)
  • نتیجه: نیرو ۴ برابر افزایش یافته و سرعت ۲ برابر شده است

مثال ۳: روتور توربین بزرگ

  • جرم روتور: ۵۰۰۰ کیلوگرم
  • عدم تعادل مجاز (G 2.5): ۴۰۰۰۰۰ گرم بر میلی‌متر
  • Speed: ۳۶۰۰ دور در دقیقه
  • نیروی گریز از مرکز: F = 400,000 × (3600/9549)² ≈ 56,800 نیوتن (5.8 تن نیرو)
  • پیامد: حتی روتورهای “به خوبی متعادل” نیز در سرعت‌های بالا نیروهای قابل توجهی تولید می‌کنند.

نیروی گریز از مرکز در تعادل

بردار نیروی عدم تعادل

نیروی گریز از مرکز ناشی از عدم تعادل یک کمیت برداری است:

  • بزرگی: با توجه به میزان و سرعت عدم تعادل (F = m × r × ω²) تعیین می‌شود.
  • جهت: به صورت شعاعی به سمت بیرون و به سمت نقطه سنگین اشاره می‌کند
  • چرخش: بردار با سرعت شفت می‌چرخد (فرکانس ۱×)
  • فاز: موقعیت زاویه‌ای نیرو در هر لحظه

اصل تعادل

متعادل کردن با ایجاد نیروی گریز از مرکز مخالف کار می‌کند:

  • وزن اصلاحی ۱۸۰ درجه از نقطه سنگین قرار داده شده است
  • نیروی گریز از مرکز مساوی و در خلاف جهت ایجاد می‌کند
  • مجموع برداری نیروهای اصلی و اصلاحی به صفر میل می‌کند
  • نیروی گریز از مرکز خالص به حداقل رسیده، لرزش کاهش یافته است

متعادل‌سازی چندسطحی

برای متعادل‌سازی دو صفحه‌ای:

  • نیروهای گریز از مرکز در هر صفحه، هم نیروها و هم گشتاورها را ایجاد می‌کنند.
  • وزنه‌های اصلاحی باید هم عدم تعادل نیرو و هم عدم تعادل کوپل را خنثی کنند.
  • جمع بردار مجموع نیروها از هر دو صفحه، نیروی خالص را تعیین می‌کند.

پیامدهای بار بر روی یاتاقان

بارهای استاتیکی در مقابل بارهای دینامیکی

  • بار استاتیک: بار ثابت یاتاقان ناشی از وزن روتور (گرانش)
  • بار دینامیکی: بار چرخشی ناشی از نیروی گریز از مرکز (عدم تعادل)
  • بار کل: مجموع بردارها با چرخش روتور، حول محیط دایره تغییر می‌کند
  • حداکثر بار: در جایی که بارهای استاتیکی و دینامیکی در یک راستا قرار می‌گیرند، رخ می‌دهد.

تأثیر عمر یاتاقان

  • عمر یاتاقان با توان سوم بار نسبت معکوس دارد (L10 ∝ 1/P³)
  • افزایش اندک در بار دینامیکی، عمر یاتاقان را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.
  • نیروی گریز از مرکز ناشی از نابالانسی، بارهای یاتاقان را افزایش می‌دهد
  • کیفیت خوب تعادل، لازمه طول عمر بلبرینگ

نیروی گریز از مرکز در انواع مختلف ماشین آلات

تجهیزات کم سرعت (کمتر از ۱۰۰۰ دور در دقیقه)

  • نیروهای گریز از مرکز نسبتاً کم
  • بارهای استاتیک ناشی از گرانش اغلب غالب هستند
  • تلرانس‌های تعادل آزادتر قابل قبول هستند
  • عدم تعادل‌های مطلق بزرگ قابل تحمل هستند

تجهیزات با سرعت متوسط (1000-5000 دور در دقیقه)

  • نیروهای گریز از مرکز قابل توجه هستند و باید مدیریت شوند
  • بیشتر ماشین آلات صنعتی در این محدوده
  • درجه‌های کیفیت متعادل G 2.5 تا G 16 معمولی
  • تعادل برای عمر یاتاقان و کنترل ارتعاش مهم است

تجهیزات پرسرعت (> 5000 دور در دقیقه)

  • نیروهای گریز از مرکز بر بارهای استاتیکی غالب هستند
  • تلرانس‌های بالانس بسیار دقیقی مورد نیاز است (G 0.4 تا G 2.5)
  • عدم تعادل‌های کوچک، نیروهای عظیمی ایجاد می‌کنند
  • بالانس دقیق کاملاً حیاتی

نیروی گریز از مرکز و سرعت‌های بحرانی

تقویت نیرو در رزونانس

در سرعت‌های بحرانی:

  • نیروی گریز از مرکز ورودی یکسان
  • پاسخ سیستم توسط ضریب Q تقویت می‌شود (معمولاً 10-50)
  • دامنه ارتعاش بسیار فراتر از عملکرد زیر بحرانی است
  • نشان می‌دهد که چرا باید از سرعت‌های بحرانی اجتناب شود

رفتار روتور انعطاف‌پذیر

برای روتورهای انعطاف‌پذیر سرعت‌های بالاتر از بحرانی:

  • خم شدن شفت تحت نیروی گریز از مرکز
  • انحراف، خروج از مرکز اضافی ایجاد می‌کند
  • اثر خودمحوری بالاتر از سرعت بحرانی، بارهای یاتاقان را کاهش می‌دهد
  • خلاف منطق: ارتعاش ممکن است بالاتر از سرعت بحرانی کاهش یابد

ارتباط با متعادل‌سازی استانداردها

عدم تعادل و نیروی مجاز

تعادل درجات کیفیت در استاندارد ISO 21940-11 بر اساس محدود کردن نیروی گریز از مرکز هستند:

  • اعداد G پایین‌تر، عدم تعادل کمتری را ممکن می‌سازند
  • نیروی متناسب را در هر سرعتی محدود می‌کند
  • تضمین می‌کند که نیروهای گریز از مرکز در محدوده طراحی ایمن باقی می‌مانند
  • انواع مختلف تجهیزات، تحمل نیروی متفاوتی دارند

اندازه‌گیری و محاسبه

از ارتعاش تا نیرو

اگرچه نیرو در تعادل میدان مستقیماً اندازه‌گیری نمی‌شود، اما می‌توان آن را تخمین زد:

  • دامنه ارتعاش را در سرعت عملیاتی اندازه‌گیری کنید
  • سختی سیستم را از ... تخمین بزنید ضرایب نفوذ
  • محاسبه نیرو: F ≈ k × انحراف
  • برای ارزیابی سهم بار یاتاقان از عدم تعادل مفید است

از عدم تعادل تا نیرو

محاسبه مستقیم در صورت مشخص بودن عدم تعادل:

  • از فرمول F = m × r × ω² استفاده کنید
  • یا F = U × (RPM/9549)² که در آن U بر حسب g·mm است
  • نیروی مورد انتظار را برای هر میزان و سرعت عدم تعادل فراهم می‌کند
  • مورد استفاده در محاسبات طراحی و تأیید تلرانس

نیروی گریز از مرکز مکانیسم اساسی است که از طریق آن عدم تعادل باعث ایجاد ارتعاش در ماشین آلات دوار می شود. رابطه درجه دوم آن با سرعت توضیح می دهد که چرا کیفیت تعادل با افزایش سرعت چرخش به طور فزاینده ای حیاتی می شود و چرا حتی عدم تعادل های کوچک می توانند نیروهای عظیم و ارتعاش مخرب را در تجهیزات پرسرعت ایجاد کنند.

← بازگشت به فهرست اصلی

Categories:
واتساپ