Comprensione dell'eccentricità del rotore
Definizione: Che cos'è l'eccentricità del rotore?
Eccentricità del rotore (chiamato anche eccentricità o eccentricità geometrica) è una condizione in cui il centro geometrico di un rotore o il componente del rotore non coincide con l'asse di rotazione (la linea centrale definita dai cuscinetti di supporto). Questo offset crea una situazione in cui, anche se la massa è perfettamente bilanciata, la superficie esterna del rotore è "fuori centro", facendo sì che il centro di massa orbiti attorno all'asse di rotazione mentre il rotore gira, generando vibrazione identico alla massa sbilanciare.
L'eccentricità è particolarmente comune nei motori elettrici (a causa dell'offset tra rotore e foro), nelle pompe e nei ventilatori (a causa dell'offset di montaggio della girante) e in qualsiasi rotore assemblato in cui l'accumulo di tolleranze di fabbricazione può causare errori di eccentricità geometrica. Rappresenta un problema significativo nei macchinari di precisione, dove il mantenimento di una concentricità perfetta è fondamentale.
Tipi di eccentricità del rotore
1. Eccentricità statica (offset parallelo)
- Descrizione: Centro del rotore spostato rispetto all'asse di rotazione ma parallelo ad esso
- Geometria: Offset radiale costante lungo la lunghezza del rotore
- Effetto: Crea uno squilibrio di massa (centro geometrico ≠ centro di rotazione)
- Comune in: Componenti monodisco come giranti, pulegge
- Correzione: Spesso correggibile da bilanciamento o rimontaggio
2. Eccentricità dinamica (offset angolare)
- Descrizione: Linea centrale del rotore ad angolo rispetto all'asse di rotazione
- Geometria: La scentratura varia lungo la lunghezza del rotore
- Effetto: Crea squilibrio di coppia e varia eccentricità
- Comune in: Rotori lunghi con più fasi di assemblaggio
- Correzione: Richiede riallineamento o bilanciamento specializzato
3. Eccentricità composta
- Combinazione di offset parallelo e angolare
- Condizione più comune nel mondo reale
- Modello di runout complesso
- Richiede un'analisi attenta per distinguerlo da altri problemi
Cause comuni
Tolleranze di fabbricazione
- Eccentricità del foro: Foro del cuscinetto non concentrico con il diametro esterno
- Eccentricità dell'albero: Imprecisioni di lavorazione nei perni degli alberi
- Accumulo: Componenti multipli assemblati con accumulo di tolleranza
- Varianti di fusione: Spostamento del nucleo nei getti che crea variazioni nello spessore della parete
Errori di assemblaggio
- Montaggio decentrato: Componente della girante o del rotore non centrato sull'albero
- Installazione armata: Componente inclinato durante il montaggio a pressione
- Problemi di chiavetta/cava chiavetta: Installazione di chiavetta sovradimensionata o chiavetta eccentrica
- Problemi di adattamento termico: Assemblaggio a restringimento o ad espansione che crea offset
Cause operative
- Usura dei cuscinetti: Eccessivo sdoganamento consente all'albero di funzionare fuori centro
- Flessione dell'albero: Arco permanente o termico che crea un'eccentricità efficace
- Deformazione plastica: Sovraccarico che causa una distorsione permanente dell'albero o del componente
- Scioltezza: Il componente si è allentato e ha cambiato posizione
Effetti e sintomi
Sintomi di vibrazione
- 1× Vibrazione sincrona: Sintomo primario, appare identico allo squilibrio di massa
- Alto Esaurire: Eccentricità radiale misurabile anche a basse velocità di rotolamento
- Fase costante: A differenza di altri guasti, la fase è tipicamente stabile
- Risposta al quadrato della velocità: La vibrazione aumenta con la velocitಠcome lo squilibrio
Effetti elettrici (motori/generatori elettrici)
- Variazione dell'intercapedine d'aria: Il rotore eccentrico crea un traferro non uniforme
- Squilibrio magnetico di trazione (UMP): Forze magnetiche asimmetriche
- Fluttuazioni attuali: La riluttanza variabile influisce sull'assorbimento di corrente
- Surriscaldamento: Riscaldamento localizzato con intercapedine d'aria minima
- Rumore elettromagnetico: Vibrazione e rumore a frequenza di linea 2×
Stress meccanico
- Aumento dei carichi sui cuscinetti dovuti a forze di squilibrio
- Sollecitazione di flessione ciclica nell'albero
- Spazi ridotti nelle posizioni con spazi minimi
- Possibilità di sfregamenti a distanze ravvicinate
Diagnosi e differenziazione
Eccentricità vs. squilibrio di massa
| Caratteristica | Squilibrio di massa | Eccentricità |
|---|---|---|
| Frequenza di vibrazione | 1× velocità di corsa | 1× velocità di corsa |
| Slow Roll Runout | Minimo | Alto (proporzionale all'eccentricità) |
| Risposta al bilanciamento | Vibrazione ridotta | Miglioramento limitato (aggiunge lo squilibrio di massa per compensare) |
| Effetti elettrici | Nessuno | Variazione del traferro, UMP (nei motori/generatori) |
| Correzione | Aggiungere pesi di bilanciamento | Rimontare il componente, sostituirlo se difettoso di fabbricazione |
Test diagnostici
Misurazione della fuoriuscita
- Misurare la scentratura radiale con comparatore a quadrante o sonda di prossimità
- Ruotare lentamente l'albero (< 100 giri/min)
- Un'elevata eccentricità (in genere > 0,05 mm o 2 mil) indica eccentricità o albero piegato
- La presenza di eccentricità anche quando non si ruota conferma il problema geometrico
Test di risposta di bilanciamento
- Tenta di bilanciare con pesi di prova
- L'eccentricità limita la qualità dell'equilibrio ottenibile
- Può raggiungere vibrazioni accettabili ma sono richiesti pesi di correzione elevati
- I pesi “inseguono” l’offset geometrico anziché correggere la distribuzione della massa
Metodi di correzione
Correzione meccanica
- Rimontare il componente: Rimuovere e reinstallare con una migliore concentricità
- Superfici della macchina: Rialesare gli accoppiamenti dei cuscinetti o rilavorare l'albero per migliorare la scentratura
- Sostituisci componente: In caso di difetto di fabbricazione, la sostituzione potrebbe essere l'unica opzione
- Regolazione dello spessore: Per i componenti assemblati, regolare il posizionamento
Compensazione del bilanciamento
- Aggiungere pesi di bilanciamento per creare uno squilibrio contrastante
- Riduce le vibrazioni ma non risolve il problema geometrico
- Accettabile se l'eccentricità rientra nella tolleranza e le vibrazioni sono ridotte adeguatamente
- Limitazioni documentate per applicazioni di precisione
Per motori/generatori elettrici
- Riposizionare il rotore per ridurre al minimo la variazione del traferro
- Nei casi più gravi, è necessario rialesare lo statore o sostituirlo
- Compensazione elettromagnetica a volte possibile con controlli avanzati
L'eccentricità del rotore è un'imperfezione geometrica che crea conseguenze dinamiche simili allo sbilanciamento di massa, ma con caratteristiche diagnostiche distinte. Riconoscere l'eccentricità attraverso la misurazione dell'eccentricità e comprenderne i limiti nell'equilibratura consente di adottare adeguate misure correttive: correzione meccanica quando fattibile o accettazione con compensazione dell'equilibratura quando la modifica geometrica è impraticabile.
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