Memahami Ketidakseimbangan (Imbalance) pada Mesin Berputar
Ketidakseimbangan - digunakan secara bergantian dengan ketidakseimbangan - adalah kondisi di mana rotor‘Pusat massa tidak bertepatan dengan sumbu rotasinya. Massa didistribusikan secara tidak merata di sekitar poros, sehingga ketika rotor berputar, massa offset menghasilkan jaring gaya sentrifugal yang menyeret rotor menjauh dari pusatnya dan membuat seluruh mesin bergetar. Pergeseran pusat massa dari pusat geometris ini adalah rotor keanehan, dan getaran yang dihasilkannya membuat ketidakseimbangan menjadi satu-satunya kesalahan paling umum pada mesin yang berputar - dan biasanya merupakan kesalahan pertama yang diperiksa oleh seorang teknisi diagnostik.
1. Definisi: Apa yang Menyebabkan Gaya
Gaya yang mengganggu adalah sentrifugal: F = m-r-ω², di mana m-r adalah ketidakseimbangan (massa offset dikalikan jari-jarinya) dan ω adalah kecepatan sudut. Ada dua konsekuensi yang segera terjadi. Pertama, gaya berputar dengan poros, sehingga mendorong bantalan sekali setiap putaran. Kedua, itu berskala dengan persegi kecepatan - rotor yang terasa halus diputar perlahan dengan tangan dapat menjadi menghukum pada RPM penuh, itulah sebabnya kualitas keseimbangan Persyaratan ini semakin ketat seiring dengan meningkatnya kecepatan servis. Ketidakseimbangan dikuantifikasi sebagai massa dikalikan radius, secara konvensional dalam gram-milimeter (g-mm), karena seberapa banyak massa yang berada di luar pusat dan seberapa jauh letaknya dari sumbu menentukan gaya.
2. Mendiagnosis Ketidakseimbangan: Tanda Tangan Klasik
Ketidakseimbangan relatif mudah diidentifikasi karena getaran sangat konsisten - alasan utama mengapa hal ini menjadi titik awal yang alami dalam analisis getaran:
- Frekuensi: getarannya berada tepat di tengah-tengah 1 × kecepatan rotasi (The kecepatan operasi). Percepat mesin ke atas atau ke bawah dan puncaknya akan mengikuti dengan sempurna.
- Arah: energi sebagian besar radial - horisontal dan vertikal - dengan biasanya sedikit aksial getaran (dorong).
- Amplitudo: sebanding dengan kuadrat kecepatan rotasi, jadi menggandakan kecepatan kira-kira melipatgandakan gaya ketidakseimbangan dan getaran yang dihasilkan.
- Fase: 1× fase pembacaan stabil dan dapat diulang, dan inilah yang membuat titik berat dapat ditemukan.
Karena puncak 1× yang dominan juga dapat muncul dari ketidaksejajaran, a poros bengkok atau resonansi, seorang analis yang cermat mengkonfirmasi ketidakseimbangan dengan keseluruhan pola: tinggi 1×, rendah harmonik, sebagian besar energi radial, dan fase yang stabil. Sebaliknya, komponen 2× yang besar mengarahkan diagnosis ke arah ketidaksejajaran atau kelonggaran mekanis.
3. Tiga Jenis Ketidakseimbangan
Ketidakseimbangan statis
Juga disebut “ketidakseimbangan gaya”, ini adalah jenis yang paling sederhana, di mana massa diimbangi dalam satu bidang - bayangkan satu titik berat pada cakram tipis. Ini adalah “statis” karena menampakkan dirinya sendiri saat diam: seimbang pada tepi pisau tanpa gesekan, rotor berputar sampai titik berat menggantung di bagian bawah. Sebuah beban tunggal yang ditempatkan 180° di seberang titik berat mengoreksinya, bidang penyeimbangan bidang tunggal.
Ketidakseimbangan pasangan
Dua titik berat yang sama di ujung rotor yang berlawanan, terpisah 180°, dibatalkan sebagai gaya netto tetapi membentuk pasangan - momen goyang yang memutar rotor dari ujung ke ujung. Rotor seperti itu seimbang secara statis (tidak akan menggelinding pada ujung pisau) namun bergetar hebat saat berjalan, dan dibutuhkan dua bobot koreksi dalam dua bidang terpisah untuk membatalkan momen tersebut.
Ketidakseimbangan dinamis
Kondisi yang ditemukan di hampir semua mesin yang sebenarnya, ketidakseimbangan dinamis menggabungkan efek statis dan pasangan. Untuk mengoreksinya, diperlukan perubahan massa pada setidaknya dua bidang di sepanjang rotor - keseimbangan dinamis (dua bidang). Ketika komponen statis dan pasangan kebetulan sejajar secara sudut, kasus khusus disebut ketidakseimbangan kuasi-statis.
4. Penyebab Umum
Ketidakseimbangan dapat terjadi sejak pembuatan atau berkembang selama pengoperasian. Sumber yang sering terjadi meliputi:
- Ketidaksempurnaan produksi: Porositas pada pengecoran, kepadatan material yang tidak merata, dan toleransi permesinan.
- Kesalahan perakitan: komponen yang tidak terpasang dengan benar, baut yang tidak dikencangkan secara merata, atau kunci yang tidak sejajar.
- Keausan dan kerusakan: erosi yang tidak merata, korosi atau memakai pada bilah kipas dan pompa baling-baling.
- Penumpukan material: kotoran, debu, atau produk yang terakumulasi pada rotor kipas angin, blower, dan sentrifugal.
- Kegagalan komponen: pemberat timbangan yang terlempar atau bilah yang patah langsung menciptakan ketidakseimbangan yang parah.
5. Mengapa Mengoreksi Ketidakseimbangan Sangat Penting
Membiarkan mesin berjalan dengan ketidakseimbangan yang signifikan secara terus-menerus akan membahayakan mesin, karena gaya siklik membebani struktur pada setiap putaran:
- Kegagalan bantalan prematur: bantalan mengalami beban dinamis yang tinggi dan cepat aus.
- Kelelahan dan retak: stres yang berulang-ulang bertambah kelelahan kerusakan pada poros, fondasi, dan bagian sekitarnya.
- Mengurangi efisiensi: energi yang terbuang sebagai getaran dan panas, bukan sebagai keluaran yang berguna.
- Risiko keselamatan: secara ekstrem, ketidakseimbangan yang parah dapat menyebabkan kegagalan besar.
6. Memperbaiki Ketidakseimbangan di Lapangan
Ketidakseimbangan disembuhkan dengan cara yang sistematis menyeimbangkan prosedur - di antara langkah tunggal yang paling efektif untuk meningkatkan keandalan alat berat. Tujuannya bukanlah ketidakseimbangan nol, melainkan ketidakseimbangan yang kecil dan terdefinisi ketidakseimbangan sisa dalam toleransi. Batas yang diterima berasal dari Kelas G sistem ISO 21940-11 (yang menyerap ISO 1940-1 yang lebih lama); getaran yang dihasilkan kemudian dinilai berdasarkan batas keparahan dalam ISO 20816 (penerus modern dari ISO 10816). Gratis Kalkulator Ketidakseimbangan Sisa (ISO 21940-11) mengonversi grade yang dipilih dan kecepatan operasi ke dalam g-mm yang diizinkan per bidang.
Pada mesin rakitan, pekerjaan dilakukan di tempat, bukan di mesin penyeimbang. Alat analisis dua saluran portabel seperti Keseimbangan-1a mengukur amplitudo dan fase 1 ×, mendapatkan rotor koefisien pengaruh dari berat uji coba, dan menghitung massa dan sudut masing-masing koreksi berat untuk satu atau dua bidang penyeimbangan lapangan. Karena ini bekerja dalam bantalan mesin sendiri pada kecepatan lari, maka alat ini mengoreksi ketidakseimbangan sekaligus memverifikasi bahwa residu berada di dalam tingkat ISO yang dipilih.
