Comprensione dell'eccentricità nelle macchine rotanti

Definizione: Che cos'è l'eccentricità?

Nel contesto della dinamica del rotore, eccentricità Si riferisce alla distanza radiale o offset tra il centro di massa di un rotore (chiamato anche baricentro) e il suo centro geometrico (il vero centro della sua forma o albero). In un rotore perfettamente bilanciato, questi due centri coinciderebbero. Tuttavia, a causa di imperfezioni di fabbricazione e di una densità non uniforme del materiale, è quasi sempre presente una certa eccentricità intrinseca. Quando un rotore eccentrico gira, il centro di massa disassato genera una forza centrifuga, che è la causa principale delle vibrazioni dovute a sbilanciare.

La relazione diretta tra eccentricità e squilibrio

Eccentricità e squilibrio sono fondamentalmente correlati. Lo squilibrio è la *misura* dell'effetto dell'eccentricità a una data velocità, mentre l'eccentricità è la *causa fisica*. L'entità dello squilibrio è direttamente proporzionale alla massa del rotore e alla sua eccentricità.

La formula è semplice:

Squilibrio (U) = Massa (M) × Eccentricità (e)

Questa relazione evidenzia perché l'eccentricità sia così critica. Anche un'eccentricità molto piccola (solo pochi micrometri) su un rotore pesante e ad alta velocità può creare un'enorme forza di sbilanciamento, causando forti vibrazioni e una rapida usura dei cuscinetti.

Tipi di eccentricità

È importante distinguere tra diverse forme di eccentricità e relative imperfezioni geometriche:

1. Eccentricità di massa

Questa è la vera eccentricità, come definita sopra: lo scostamento tra il centro di massa e il centro geometrico. È il tipo di eccentricità che causa squilibrio ed è l'obiettivo di tutte le procedure di equilibratura. Non può essere vista o misurata direttamente con un comparatore a quadrante quando il rotore è fermo.

2. Eccentricità geometrica (runout)

Si riferisce alla deviazione della superficie del rotore da un cerchio perfetto. È una misura di quanto un albero o un rotore sia "fuori dalla circonferenza". È anche noto come eccentricità meccanicaAd esempio, un perno di banco può essere leggermente ovale, oppure una puleggia può essere lavorata leggermente decentrata rispetto a un albero. Questo tipo di imperfezione *può* essere misurata con un comparatore a quadrante durante una rotazione lenta. Sebbene non rappresenti direttamente uno squilibrio di massa, una forma geometrica eccentrica spesso contribuisce allo squilibrio di massa.

3. Esaurimento elettrico

Non si tratta di un'imperfezione fisica, ma di un errore di misurazione che si verifica con le sonde di prossimità senza contatto. Se la superficie del rotore presenta variazioni di permeabilità magnetica o conduttività elettrica, la sonda può fornire una lettura falsata che imita l'eccentricità geometrica. Questo "rumore" deve essere preso in considerazione durante i test dinamici del rotore.

Cause di eccentricità

L'eccentricità di massa viene introdotta nei rotori attraverso vari mezzi:

• Tolleranze di fabbricazione: Nessun processo produttivo è perfetto. Ci saranno sempre piccoli errori di lavorazione, fusione e assemblaggio.
• Densità del materiale non uniforme: Inclusioni, vuoti o porosità all'interno di una fusione o di una forgiatura indicano che il materiale non è perfettamente omogeneo, causando lo spostamento del centro di massa.
• Design asimmetrico: Componenti come gli alberi motore sono intrinsecamente asimmetrici.
• Errori di assemblaggio: Una puleggia o un cuscinetto non perfettamente centrati su un albero creeranno una massa eccentrica.
• Distorsione termica: Un riscaldamento o un raffreddamento non uniforme può causare l'incurvamento del rotore, spostandone temporaneamente il baricentro. Questo fenomeno è noto come vettore termico.

Come si affronta l'eccentricità

Poiché l'eccentricità di massa è la causa dello squilibrio, viene corretta attraverso il processo di bilanciamentoAggiungendo o rimuovendo piccole quantità di peso, un tecnico crea una forza opposta che riporta efficacemente la linea centrale della massa del rotore in allineamento con la sua linea centrale geometrica, riducendo al minimo la forza centrifuga netta e le vibrazioni risultanti.

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