ცენტრიდანული ძალის გაგება მბრუნავ მექანიზმებში

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Parts

Vibration sensor

$107.47

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

Devices

Balanset-4

$8,123.32

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

Parts

Reflective tape

$11.94

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

განმარტება: რა არის ცენტრიდანული ძალა?

ცენტრიდანული ძალა არის აშკარა გარე ძალა, რომელსაც განიცდის მასა წრიულ ტრაექტორიაზე მოძრავი. მბრუნავ მექანიზმებში, როდესაც როტორი აქვს დისბალანსი—რაც ნიშნავს, რომ მისი მასის ცენტრი ბრუნვის ღერძიდან გადახრილია— ექსცენტრული მასა ლილვის ბრუნვისას ქმნის მბრუნავ ცენტრიდანულ ძალას. ეს ძალა მიმართულია ბრუნვის ცენტრიდან გარეთ რადიალურად და ბრუნავს ლილვის იმავე სიჩქარით.

დისბალანსიდან გამომდინარე ცენტრიდანული ძალა არის ძირითადი მიზეზი ვიბრაცია მბრუნავ მექანიზმებში და არის ძალა, რომელიც დაბალანსება პროცედურები მიზნად ისახავს მინიმიზაციას. მისი სიდიდისა და ქცევის გაგება ფუნდამენტურია როტორის დინამიკისა და ვიბრაციის ანალიზისთვის.

მათემატიკური გამოხატულება

ძირითადი ფორმულა

ცენტრიდანული ძალის სიდიდე მოცემულია შემდეგნაირად:

• F = m × r × ω²
• სად:
• ფ = ცენტრიდანული ძალა (ნიუტონები)
• მ = დისბალანსირებული მასა (კილოგრამები)
• r = მასის ექსცენტრისულობის რადიუსი (მეტრები)
• ω = კუთხური სიჩქარე (რადიანი წამში) = 2π × RPM / 60

ალტერნატიული ფორმულა RPM-ის გამოყენებით

პრაქტიკული გამოთვლებისთვის RPM-ის გამოყენებით:

• F (N) = U × (ბრ/წთ/9549)²
• სადაც U = დისბალანსი (გრამი-მილიმეტრი) = m × r
• ეს ფორმა პირდაპირ იყენებს ბალანსირების სპეციფიკაციებში გავრცელებულ დისბალანსის ერთეულებს.

ძირითადი ინფორმაცია: სიჩქარის კვადრატის ურთიერთობა

ცენტრიდანული ძალის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი დამოკიდებულება ბრუნვის სიჩქარის კვადრატზე:

• სიჩქარის გაორმაგება ძალას 4×-ით ზრდის (2² = 4)
• სიჩქარის სამჯერ გაზრდა ძალას 9×-ით ზრდის (3² = 9)
• ეს კვადრატული დამოკიდებულება ხსნის, თუ რატომ ხდება დაბალი სიჩქარით მისაღები დისბალანსი კრიტიკული მაღალი სიჩქარით.

ეფექტი ვიბრაციაზე

ძალასა და ვიბრაციას შორის დამოკიდებულება

დისბალანსიდან გამომდინარე ცენტრიდანული ძალა იწვევს ვიბრაციას შემდეგი მექანიზმით:

1. როტორზე გამოყენებული მბრუნავი ცენტრიდანული ძალა
2. ლილვის მეშვეობით საკისრებსა და საყრდენებზე გადაცემული ძალა
3. ელასტიური სისტემა (როტორი-საკისარი-საძირკველი) რეაგირებს გადახრით
4. გადახრა ქმნის გაზომილ ვიბრაციას საკისრებზე
5. ძალასა და ვიბრაციას შორის ურთიერთობა დამოკიდებულია სისტემის სიმტკიცესა და დემპფერაციაზე.

რეზონანსში

როდესაც ფუნქციონირებს კრიტიკული სიჩქარე:

• ნარჩენი დისბალანსიდან გამომდინარე მცირე ცენტრიდანული ძალებიც კი დიდ ვიბრაციას ქმნის
• გაძლიერების კოეფიციენტი შეიძლება იყოს 10-50×, დამოკიდებულია ამორტიზაცია
• სწორედ ეს რეზონანსული გაძლიერებაა მიზეზი, რის გამოც კრიტიკული სიჩქარის ოპერაცია საშიშია.

რეზონანსის ქვემოთ (მყარი როტორის მუშაობა)

• ვიბრაცია დაახლოებით ძალის პროპორციულია
• ამიტომ, ვიბრაცია ∝ სიჩქარე² (რადგან ძალა ∝ სიჩქარე²)
• გაორმაგებული სიჩქარე ვიბრაციის ამპლიტუდას ოთხჯერ ზრდის

პრაქტიკული მაგალითები

მაგალითი 1: პატარა ვენტილატორის იმპულერი

• დისბალანსი: 10 გრამი 100 მმ რადიუსზე = 1000 გ·მმ
• Speed: 1500 ბრ/წთ
• გაანგარიშება: F = 1000 × (1500/9549)² ≈ 24,7 N (2,5 კგფ)

მაგალითი 2: იგივე იმპულერი უფრო მაღალი სიჩქარით

• დისბალანსი: იგივე 1000 გ·მმ
• Speed: 3000 ბრ/წთ (ორმაგი)
• გაანგარიშება: F = 1000 × (3000/9549)² ≈ 98,7 N (10,1 კგფ)
• შედეგი: ძალა გაიზარდა 4-ჯერ სიჩქარის 2-ჯერ გაზრდით

მაგალითი 3: დიდი ტურბინის როტორი

• როტორის მასა: 5000 კგ
• დასაშვები დისბალანსი (G 2.5): 400,000 გ·მმ
• Speed: 3600 ბრ/წთ
• ცენტრიდანული ძალა: F = 400,000 × (3600/9549)² ≈ 56,800 N (5.8 ტონა ძალა)
• გავლენა: მაღალი სიჩქარით მნიშვნელოვან ძალებს წარმოქმნიან “კარგად დაბალანსებული” როტორებიც კი.

ცენტრიდანული ძალა დაბალანსებაში

დისბალანსის ძალის ვექტორი

დისბალანსიდან გამომდინარე ცენტრიდანული ძალა ვექტორული სიდიდეა:

• მასშტაბები: განისაზღვრება დისბალანსის რაოდენობითა და სიჩქარით (F = m × r × ω²)
• მიმართულება: რადიალურად გარეთ, მძიმე წერტილისკენ არის მიმართული
• როტაცია: ვექტორი ბრუნავს ლილვის სიჩქარით (1× სიხშირე)
• ფაზა: ძალის კუთხური მდებარეობა ნებისმიერ მომენტში

დაბალანსების პრინციპი

Balancing მუშაობს საპირისპირო ცენტრიდანული ძალის შექმნით:

• კორექციის წონა მძიმე ადგილიდან 180°-იანი კუთხით განთავსებული
• ქმნის თანაბარ და საპირისპირო ცენტრიდანულ ძალას
• საწყისი და კორექციის ძალების ვექტორული ჯამი ნულს უახლოვდება
• წმინდა ცენტრიდანული ძალა მინიმუმამდეა დაყვანილი, ვიბრაცია შემცირებულია

მრავალსიბრტყიანი ბალანსირება

ამისთვის ორსიბრტყიანი ბალანსირება:

• თითოეულ სიბრტყეში ცენტრიდანული ძალები ქმნიან როგორც ძალებს, ასევე მომენტებს
• კორექციის წონებმა უნდა გაანეიტრალოს როგორც ძალის დისბალანსი, ასევე შეწყვილების დისბალანსი.
• ვექტორების შეკრება ორივე სიბრტყიდან ძალების ჯამი განსაზღვრავს ჯამურ ძალას

საკისრების დატვირთვის შედეგები

სტატიკური vs. დინამიური დატვირთვები

• სტატიკური დატვირთვა: როტორის წონისგან (გრავიტაცია) მუდმივი საკისრის დატვირთვა
• დინამიური დატვირთვა: ცენტრიდანული ძალით გამოწვეული მბრუნავი დატვირთვა (დისბალანსი)
• სულ დატვირთვა: ვექტორული ჯამი იცვლება გარშემოწერილობის გარშემო, როდესაც როტორი ბრუნავს
• მაქსიმალური დატვირთვა: ხდება იქ, სადაც სტატიკური და დინამიური დატვირთვები ემთხვევა ერთმანეთს.

სიცოცხლისუნარიანობის გავლენა

• საკისრის სიცოცხლის ხანგრძლივობა უკუპროპორციულია კუბურ დატვირთვასთან (L10 ∝ 1/P³)
• დინამიური დატვირთვის მცირე ზრდა მნიშვნელოვნად ამცირებს საკისრების სიცოცხლის ხანგრძლივობას
• დისბალანსიდან გამომდინარე ცენტრიდანული ძალა ზრდის საკისრების დატვირთვას
• კარგი ბალანსის ხარისხი აუცილებელია ხანგრძლივი ნაყოფიერებისთვის

ცენტრიდანული ძალა სხვადასხვა ტიპის მანქანებში

დაბალი სიჩქარის აღჭურვილობა (< 1000 ბრ/წთ)

• ცენტრიდანული ძალები შედარებით დაბალია
• გრავიტაციის სტატიკური დატვირთვები ხშირად დომინანტურია
• მისაღებია უფრო თავისუფალი ბალანსის ტოლერანტობა
• დიდი აბსოლუტური დისბალანსები დასაშვებია

საშუალო სიჩქარის აღჭურვილობა (1000-5000 ბრ/წთ)

• ცენტრიდანული ძალები მნიშვნელოვანია და მათი მართვა აუცილებელია
• ამ დიაპაზონის სამრეწველო დანადგარების უმეტესობა
• ბალანსის ხარისხის კლასები G 2.5-დან G 16-მდე ტიპიური
• ბალანსირება მნიშვნელოვანია საკისრების სიცოცხლის ხანგრძლივობისა და ვიბრაციის კონტროლისთვის

მაღალსიჩქარიანი აღჭურვილობა (> 5000 ბრ/წთ)

• ცენტრიდანული ძალები დომინირებენ სტატიკურ დატვირთვებზე
• საჭიროა ძალიან მკაცრი ბალანსის ტოლერანტობა (G 0.4-დან G 2.5-მდე)
• მცირე დისბალანსი უზარმაზარ ძალებს ქმნის
• ზუსტი ბალანსირება აბსოლუტურად კრიტიკულია

ცენტრიდანული ძალა და კრიტიკული სიჩქარეები

ძალის გაძლიერება რეზონანსზე

საათზე კრიტიკული სიჩქარეები:

• იგივე ცენტრიდანული ძალის შეყვანა
• სისტემის რეაქცია გაძლიერებულია Q-ფაქტორით (როგორც წესი, 10-50)
• ვიბრაციის ამპლიტუდა გაცილებით აღემატება კრიტიკულ ნიშნულზე დაბალ მუშაობას
• აჩვენებს, თუ რატომ უნდა იქნას აცილებული კრიტიკული სიჩქარეები

მოქნილი როტორის ქცევა

ამისთვის მოქნილი როტორები კრიტიკულ სიჩქარეზე მეტი:

• ლილვი ცენტრიდანული ძალის ქვეშ იხრება
• გადახრა ქმნის დამატებით ექსცენტრულობას
• კრიტიკულ სიჩქარეზე მეტი თვითცენტრირების ეფექტი ამცირებს საკისრების დატვირთვას
• ინტუიციის საწინააღმდეგოდ: ვიბრაცია შეიძლება კრიტიკულ სიჩქარეზე მეტად შემცირდეს

ბალანსირების სტანდარტებთან კავშირი

დასაშვები დისბალანსი და ძალა

ბალანსის ხარისხის კლასები ISO 21940-11-ში ისინი ეფუძნება ცენტრიდანული ძალის შემზღუდველობას:

• დაბალი G-რიცხვები ნაკლებ დისბალანსს იძლევა
• ზღუდავს პროპორციულ ძალას ნებისმიერ სიჩქარეზე
• უზრუნველყოფს ცენტრიდანული ძალების უსაფრთხო დიზაინის ზღვრებში შენარჩუნებას
• სხვადასხვა ტიპის აღჭურვილობას აქვს სხვადასხვა ძალის ტოლერანტობა

გაზომვა და გაანგარიშება

ვიბრაციიდან ძალამდე

მიუხედავად იმისა, რომ ძალა პირდაპირ არ იზომება ველის დაბალანსებისას, მისი შეფასება შესაძლებელია:

• ვიბრაციის ამპლიტუდის გაზომვა სამუშაო სიჩქარით
• სისტემის სიმტკიცის შეფასება გავლენის კოეფიციენტები
• გამოთვალეთ ძალა: F ≈ k × გადახრა
• სასარგებლოა დისბალანსით გამოწვეული საკისრების დატვირთვის წვლილის შესაფასებლად

დისბალანსიდან ძალამდე

პირდაპირი გაანგარიშება, თუ დისბალანსი ცნობილია:

• გამოიყენეთ ფორმულა F = m × r × ω²
• ან F = U × (ბრ/წთ/9549)² სადაც U გ·მმ-ში
• უზრუნველყოფს მოსალოდნელ ძალას ნებისმიერი დისბალანსის რაოდენობისა და სიჩქარისთვის.
• გამოიყენება დიზაინის გამოთვლებში და ტოლერანტობის შემოწმებაში

ცენტრიდანული ძალა არის ფუნდამენტური მექანიზმი, რომლითაც დისბალანსი იწვევს ვიბრაციას მბრუნავ მექანიზმებში. მისი კვადრატული დამოკიდებულება სიჩქარესთან ხსნის, თუ რატომ ხდება ბალანსის ხარისხი სულ უფრო კრიტიკული ბრუნვის სიჩქარის ზრდასთან ერთად და რატომ შეიძლება მცირე დისბალანსმაც კი წარმოქმნას უზარმაზარი ძალები და დამანგრეველი ვიბრაცია მაღალსიჩქარიან აღჭურვილობაში.

---

← დაბრუნება მთავარ ინდექსზე