Memahami Ketidakseimbangan pada Mesin Berputar
Ketidakseimbangan (digunakan secara bergantian dengan ketidakseimbangan) adalah kondisi dalam sebuah rotor di mana pusat massa tidak terletak pada sumbu rotasi. Offset itu - yang keanehan - berarti massa didistribusikan secara tidak merata di sekitar poros. Ketika rotor berputar, massa di luar pusat terlempar ke luar oleh gaya sentrifugal, menghasilkan beban berputar yang mengguncang bearing dan seluruh alat berat. Ketidakseimbangan adalah sumber yang paling umum dari getaran dalam peralatan yang berputar, dan itu adalah kesalahan yang menyeimbangkan ada untuk diperbaiki.
1. Definisi dan Fisika di Baliknya
Secara kuantitatif, tidak seimbang Kamu adalah hasil kali massa offset dan jari-jarinya dari sumbu - titik berat massa m duduk di radius r memberikan U = m-r, dinyatakan dalam gram-milimeter (g-mm) atau gram-inci. Secara ekuivalen dapat dituliskan sebagai total massa rotor dikalikan dengan eksentrisitas pusat gravitasi (U = M-e). Yang penting secara mekanis adalah gaya yang dihasilkannya. Gaya sentrifugal bertambah dengan kuadrat kecepatan sudut:
F = m - r - ω² - dua kali lipat kecepatan dan gaya yang mengganggu empat kali lipat.
Hubungan hukum kuadrat ini adalah alasan mengapa rotor yang berjalan mulus dengan tangan dapat berguncang hebat pada kecepatan operasi, dan mengapa mesin yang cepat harus diseimbangkan dengan jauh lebih tepat daripada mesin yang lambat. Gaya berputar dengan poros, sehingga menggerakkan struktur sekali per putaran - asal mula ketidakseimbangan yang tidak salah lagi.
2. Tanda Tangan Getaran Klasik
Ketidakseimbangan adalah salah satu kesalahan yang lebih mudah didiagnosis, karena sidik jarinya sangat konsisten:
- Frekuensi: getaran muncul tepat pada 1 × kecepatan rotasi (The kecepatan operasi). Ubah kecepatan dan puncaknya akan melacak dengan tepat - suatu ciri khas yang membedakannya dari banyak kesalahan lainnya.
- Arah: energinya sebagian besar radial (horizontal dan vertikal), dengan sedikit aksial (daya dorong) konten.
- Amplitudo: sebanding dengan kuadrat kecepatan - menggandakan RPM kira-kira melipatgandakan respons, seperti yang diprediksi oleh fisika di atas.
- Fase: 1× fase pembacaan stabil dan dapat diulang, yang justru membuat titik berat dapat ditemukan dan dikoreksi.
Pasangan amplitudo-dan-fase yang stabil itu adalah bahan mentah untuk koreksi: mengetahui seberapa besar respons 1× dan di mana ini memungkinkan analis menghitung ukuran dan sudut penyeimbang yang dibutuhkan. Puncak 1× murni dengan getaran aksial rendah menunjukkan ketidakseimbangan; komponen 2× yang kuat menunjukkan ketidaksejajaran atau kelonggaran.
3. Tiga Jenis Ketidakseimbangan
Ketidakseimbangan statis
Juga disebut “ketidakseimbangan gaya”, ini adalah kasus yang paling sederhana: massa diimbangi dalam satu bidang, seperti satu titik berat pada piringan tipis. Ini disebut statis karena muncul dengan rotor dalam keadaan diam - diatur pada tepi pisau tanpa gesekan, rotor berputar sampai titik berat mengendap di bagian bawah. Hal ini dikoreksi dengan satu pemberat yang ditempatkan 180° berlawanan dengan titik berat, domain penyeimbangan bidang tunggal.
Ketidakseimbangan pasangan
Di sini, dua titik berat yang sama berada di ujung rotor yang berlawanan, terpisah 180°. Mereka membatalkan sebagai gaya netto tetapi membentuk pasangan - momen goyang yang mencoba memutar rotor dari ujung ke ujung. Rotor dengan ketidakseimbangan pasangan murni seimbang secara statis (tidak akan menggelinding pada ujung pisau) namun bergetar hebat saat berputar. Koreksi membutuhkan dua pemberat dalam dua bidang terpisah untuk melawan momen goyang.
Ketidakseimbangan dinamis
Kondisi yang ditemukan di hampir semua mesin nyata, ketidakseimbangan dinamis adalah kombinasi dari komponen statis dan pasangan. Untuk mengoreksinya, diperlukan perubahan massa pada setidaknya dua bidang di sepanjang rotor - proses keseimbangan dinamis (dua bidang). Kasus yang berkaitan erat, di mana efek statis dan pasangan berbagi posisi sudut yang sama, disebut ketidakseimbangan kuasi-statis.
4. Penyebab Umum Ketidakseimbangan
Ketidakseimbangan dapat terjadi sejak pembuatan atau berkembang dalam layanan. Sumber-sumber yang umum 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 sehingga menggeser distribusi massa.
- Keausan dan kerusakan: erosi yang tidak merata, korosi atau memakai pada bilah kipas dan pompa baling-baling.
- Penumpukan material: akumulasi kotoran, debu, atau produk pada rotor kipas angin, blower, dan sentrifugal.
- Kegagalan komponen: pemberat timbangan yang terlempar atau mata pisau yang patah akan menciptakan kondisi ketidakseimbangan yang parah seketika.
5. Mengapa Mengoreksi Ketidakseimbangan Sangat Penting
Menjalankan mesin dengan ketidakseimbangan yang signifikan akan terus merusaknya, karena gaya putar memutar struktur pada setiap putaran:
- Kegagalan bantalan prematur: bantalan membawa beban dinamis yang tinggi dan cepat aus.
- Kelelahan dan retak: stres siklik terakumulasi kelelahan kerusakan pada poros, fondasi, dan struktur.
- Mengurangi efisiensi: energi dihamburkan sebagai getaran dan panas, bukan sebagai kerja yang bermanfaat.
- Risiko keselamatan: Ketidakseimbangan yang parah dapat meningkat menjadi bencana kegagalan.
6. Mengukur, Mengoreksi, dan Menoleransi Ketidakseimbangan
Ketidakseimbangan dihilangkan dengan prosedur penyeimbangan sistematis - salah satu cara yang paling hemat biaya untuk meningkatkan keandalan alat berat. Pada mesin rakitan, hal ini dilakukan di tempat, bukan di mesin penyeimbang. Alat analisis dua saluran portabel seperti Keseimbangan-1a mengukur amplitudo dan fase 1 ×, menghitung rotor koefisien pengaruh dari berat uji coba, dan memberi tahu insinyur massa dan sudut koreksi yang diperlukan untuk satu atau dua bidang penyeimbangan lapangan. Karena bekerja di bantalan mesin pada kecepatan operasi, alat ini menangkap kondisi berjalan yang sebenarnya.
Menyeimbangkan tidak pernah tentang mencapai nol - ini adalah tentang mendorong ketidakseimbangan di bawah batas yang ditentukan. Batas itu berasal dari tingkat kualitas keseimbangan (G-grade) sistem ISO 21940-11 (yang menggantikan ISO 1940-1 yang sudah lama dikenal). Tingkat dan kecepatan layanan diterjemahkan ke dalam ketidakseimbangan sisa dalam g-mm; gratis Kalkulator Ketidakseimbangan Sisa (ISO 21940-11) mengubah grade dan RPM yang dipilih langsung ke angka yang diijinkan untuk setiap pesawat.
