Besplatni inženjerski alat · #007
Centrifugalna sila iz neravnoteže
Izračunajte centrifugalnu silu koju stvara preostala neuravnoteženost u rotirajućem dijelu. Unesite neuravnoteženost i brzinu da biste odmah vidjeli rezultat sile.
Rezultati
Centrifugalna sila iz neravnoteže
Kada rotor ima rezidualnu neravnotežu U (masa × ekscentricitet), rotacija generira centrifugalnu silu:
- F — centrifugalna sila (N)
- U — neravnoteža u kg·m (= g·mm × 10⁻⁶)
- ω — kutna brzina = 2πn/60 (rad/s)
- n — brzina vrtnje (o/min)
Ovisnost o brzini
Budući da sila ovisi o ω², odnos s okretajima u minuti je kvadratni:
Udvostručenje brzine učetverostručuje centrifugalna sila. Zato strojevi velike brzine (turbine, turbopunjači) zahtijevaju mnogo strože tolerancije ravnoteže.
Ekvivalentno statičko opterećenje
Ekvivalentna statička masa je masa koja, postavljena u mirovanju na ležaj, proizvodi isto opterećenje kao i sila rotacijske neravnoteže:
Praktični primjer
Dano: Neuravnoteženost U = 1000 g·mm, Brzina n = 3000 o/min
ω = 2π × 3000 / 60 = 314,16 rad/s
U (SI) = 1000 × 10⁻⁶ = 0,001 kg·m
F = 0,001 × 314,16² = 98,7 N
Ekvivalentno statičko opterećenje: 98,7 / 9,81 = 10,06 kg
Tipične sile neravnoteže
| Neravnoteža (g·mm) | Brzina (obrtaji u minuti) | Sila (N) | Primjena |
|---|---|---|---|
| 100 | 10 000 | 109.7 | Turbopunjač |
| 1 000 | 3 000 | 98.7 | Električni motor |
| 5 000 | 1 500 | 123.4 | Centrifugalna pumpa |
| 10 000 | 750 | 61.7 | Veliki ventilator |
| 50 000 | 300 | 49.3 | Drobilica |
⚠️ Napomena: Ovaj izračun pretpostavlja kruti rotor ispod prve kritične brzine. Iznad prve kritične brzine, dinamički odziv je složeniji i zahtijeva analizu dinamike rotora.
Use the formula F = U × ω², where U is unbalance in kg·m and ω is angular velocity in rad/s.
If your unbalance is in g·mm, convert to kg·m by dividing by 10⁶. Angular velocity ω = 2π × n / 60, where n is RPM.
Example: 1000 g·mm at 3000 RPM → F = 0.001 × 314.16² ≈ 98.7 N
Unbalance is measured in mass × distance:
- g·mm (gram-millimeters) — most common industrially
- oz·in (ounce-inches) — North America
- kg·m — SI unit
1 oz·in = 720 g·mm. To convert g·mm to kg·m, divide by 10⁶.
Centrifugal force F = m × r × ω². Since ω is proportional to RPM, doubling the speed quadruples the force.
This is the fundamental reason why high-speed machines (turbines, spindles, turbochargers) need much tighter balance grades than slow machines.
The unbalance force creates a rotating load vector at 1× RPM. This:
- Increases dynamic bearing load → reduces bearing L₁₀ life
- Generates vibration at 1× RPM frequency
- Causes shaft deflection and seal wear
- Can excite resonances in the support structure
For rolling element bearings, bearing life is inversely proportional to load³, so even a modest increase in force significantly reduces bearing life.
Unbalance force is the excitation; vibration is the response. The vibration amplitude depends on:
- Force magnitude (from unbalance × ω²)
- Machine dynamic stiffness (mass, stiffness, damping)
- Proximity to resonance (critical speeds)
The relationship is: vibration velocity ≈ F / (dynamic stiffness). Near resonance, the response is amplified by the quality factor Q.
Postupke opisane na ovoj stranici razvio je i terenski testirao tim Vibromera koristeći Balanset-1A, prijenosni dvokanalni balanser i analizator vibracija za balansiranje rotora na terenu.
Smanjite sile neravnoteže na licu mjesta pomoću naših prijenosnih instrumenata za balansiranje. Postignite usklađenost s normom ISO 21940-11 i produžite vijek trajanja ležajeva.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko inženjer je analize vibracija te osnivač i izvršni direktor tvrtke Vibromera. Više od 15 godina balansira rotacijsku opremu na terenu, a ne na ispitnom stolu: malčere, industrijske ventilatore, drobilice, centrifuge, vratila i vretena. Upravo je iz tog rada nastala oprema Balanset — osmišljena je kao alat koji stručnjak može ponijeti do stroja i sam njime raditi na licu mjesta, a ne kao laboratorijska oprema. Vibromera je osnovana 2017. godine, a od 2023. sjedište joj je u Portu u Portugalu. Ovdje se odvijaju razvoj, sklapanje i podrška za liniju Balanset. Vodeći instrument je Balanset-1A, prijenosni analizator za balansiranje u jednoj i dvije ravnine te za dijagnostiku vibracija. Nikolai je osobno uključen u podršku korisnicima, u rješavanje složenih slučajeva balansiranja i u razvoj programske podrške. Radi s korisnicima diljem svijeta, na bilo kojem jeziku.
