회전 기계의 원심력이란 무엇입니까? • 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋" 회전 기계의 원심력이란 무엇입니까? • 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋"

회전 기계의 원심력이란 무엇인가?

admin가 에 게시함

회전 기계의 원심력 이해

정의: 원심력이란 무엇인가?

원심력 원형 경로에서 움직이는 질량이 느끼는 겉보기 외향력입니다. 회전 기계에서 로터 가지다 불균형즉, 질량 중심이 회전축으로부터 이격되어 있으므로, 편심 질량은 샤프트가 회전할 때 회전 원심력을 생성합니다. 이 힘은 회전 중심에서 반경 방향 바깥쪽으로 향하며 샤프트와 같은 속도로 회전합니다.

불균형으로 인한 원심력이 주요 원인입니다. 진동 회전 기계에서 발생하는 힘은 다음과 같습니다. 밸런싱 절차는 최소화를 목표로 합니다. 그 크기와 거동을 이해하는 것은 회전자 동역학 및 진동 분석에 필수적입니다.

수학적 표현

기본 공식

원심력의 크기는 다음과 같습니다.

  • F = m × r × ω²
  • 어디:
  • 에프 = 원심력(뉴턴)
  • m = 불균형 질량(킬로그램)
  • r = 질량 반경 편심(미터)
  • 오메가 = 각속도(라디안/초) = 2π × RPM / 60

RPM을 이용한 대체 제형

RPM을 사용한 실제 계산의 경우:

  • F(N) = U × (RPM/9549)²
  • 여기서 U = 불균형(그램-밀리미터) = m × r
  • 이 양식은 밸런싱 사양에서 일반적인 불균형 장치를 직접 사용합니다.

주요 통찰력: 속도 제곱 관계

원심력의 가장 중요한 특징은 회전 속도의 제곱에 따른다는 것입니다.

  • 속도를 두 배로 늘리면 힘은 4×(2² = 4)만큼 증가합니다.
  • 속도를 3배로 늘리면 힘은 9×(3² = 9)만큼 증가합니다.
  • 이 2차 관계는 저속에서 허용되는 불균형이 고속에서는 왜 중요해지는지 설명합니다.

진동에 미치는 영향

힘-진동 관계

불균형으로 인한 원심력은 다음과 같은 메커니즘을 통해 진동을 발생시킵니다.

  1. 로터에 적용되는 회전 원심력
  2. 샤프트를 통해 베어링과 지지대에 전달되는 힘
  3. 탄성 시스템(로터-베어링-기초)은 편향으로 대응합니다.
  4. 처짐은 베어링에서 측정된 진동을 생성합니다.
  5. 힘과 진동의 관계는 시스템 강성과 감쇠에 따라 달라집니다.

공명에서

작동 중일 때 임계 속도:

  • 잔류 불균형으로 인한 작은 원심력도 큰 진동을 발생시킵니다.
  • 증폭률은 10~50배가 될 수 있습니다. 제동
  • 이 공진 증폭은 임계 속도 작동이 위험한 이유입니다.

공진 이하(강성 로터 작동)

  • 진동은 힘에 비례함
  • 따라서 진동 ∝ 속도² (힘 ∝ 속도²이므로)
  • 속도가 두 배로 증가하면 진동 진폭이 네 배로 증가합니다.

실제 사례

예 1: 소형 팬 임펠러

  • 불균형: 반경 100mm에서 10그램 = 1000g·mm
  • 속도: 1500 RPM
  • 계산: F = 1000 × (1500/9549)² ≒ 24.7N(2.5kgf)

예 2: 더 높은 속도의 동일한 임펠러

  • 불균형: 동일한 1000g·mm
  • 속도: 3000 RPM (2배)
  • 계산: F = 1000 × (3000/9549)² ≒ 98.7N(10.1kgf)
  • 결과: 속도가 2배 증가하면 힘은 4배 증가합니다.

예 3: 대형 터빈 로터

  • 로터 질량: 5000kg
  • 허용 불균형(G 2.5): 40만 g·mm
  • 속도: 3600RPM
  • 원심력: F = 400,000 × (3600/9549)² ≈ 56,800 N (5.8톤의 힘)
  • 함축: "균형 잡힌" 로터조차도 고속에서 상당한 힘을 생성합니다.

균형을 맞추는 원심력

불균형 힘 벡터

불균형으로 인한 원심력은 벡터량입니다.

  • 크기: 불균형량과 속도에 따라 결정됨(F = m × r × ω²)
  • 방향: 무거운 지점을 향해 방사형으로 바깥쪽을 가리킵니다.
  • 회전: 벡터는 샤프트 속도(1× 주파수)로 회전합니다.
  • 단계: 임의의 순간의 힘의 각도 위치

균형 원칙

밸런싱 반대되는 원심력을 생성하여 작동합니다.

  • 보정 가중치 무거운 지점에서 180°로 배치됨
  • 동일하고 반대되는 원심력을 생성합니다.
  • 원래 힘과 수정 힘의 벡터 합이 0에 접근합니다.
  • 순 원심력 최소화, 진동 감소

다중 평면 밸런싱

을 위한 2면 밸런싱:

  • 각 평면의 원심력은 힘과 모멘트를 모두 생성합니다.
  • 수정 가중치는 힘 불균형과 커플 불균형을 모두 상쇄해야 합니다.
  • 벡터 추가 두 평면의 힘의 합은 합력을 결정합니다.

베어링 하중 의미

정적 하중 대 동적 하중

  • 정적 하중: 로터 무게(중력)로 인한 일정한 베어링 하중
  • 동적 하중: 원심력에 의한 회전하중(불균형)
  • 총 부하: 로터가 회전함에 따라 벡터 합은 원주를 따라 변합니다.
  • 최대 하중: 정적 및 동적 하중이 정렬되는 곳에서 발생합니다.

베어링 라이프 임팩트

  • 베어링 수명은 하중 세제곱에 반비례합니다(L10 ∝ 1/P³)
  • 동적 하중이 약간만 증가해도 베어링 수명이 크게 줄어듭니다.
  • 불균형으로 인한 원심력이 베어링 하중에 추가됩니다.
  • 베어링 수명 연장에 필수적인 좋은 균형 품질

다양한 기계 유형의 원심력

저속 장비(< 1000 RPM)

  • 원심력이 상대적으로 낮음
  • 중력에 의한 정적 하중이 종종 지배적입니다.
  • 더 느슨한 균형 허용 오차도 허용 가능
  • 큰 절대 불균형은 허용될 수 있습니다.

중속 장비(1000-5000 RPM)

  • 원심력은 중요하며 관리되어야 합니다.
  • 이 범위의 대부분의 산업 기계
  • 균형 품질 등급 G 2.5 ~ G 16 일반적
  • 베어링 수명과 진동 제어에 중요한 밸런싱

고속 장비(> 5000 RPM)

  • 정적 하중보다 우세한 원심력
  • 매우 엄격한 균형 허용 오차가 필요합니다(G 0.4~G 2.5)
  • 작은 불균형이 엄청난 힘을 만들어냅니다
  • 정밀 밸런싱은 절대적으로 중요합니다

원심력과 임계 속도

공명에서의 힘 증폭

~에 임계 속도:

  • 동일한 원심력 입력
  • Q-인자(일반적으로 10-50)에 의해 증폭된 시스템 응답
  • 진동 진폭은 임계 이하 작동을 훨씬 초과합니다.
  • 임계 속도를 피해야 하는 이유를 보여줍니다.

유연한 로터 동작

을 위한 유연한 로터 임계 속도 이상:

  • 원심력에 의해 샤프트가 구부러짐
  • 편향은 추가적인 편심을 생성합니다.
  • 임계 속도 이상에서 자체 중심화 효과로 베어링 부하 감소
  • 반직관적: 진동은 임계 속도 이상에서 감소할 수 있습니다.

균형 기준과의 관계

허용 불균형 및 힘

균형 품질 등급 ISO 21940-11에서는 원심력 제한을 기반으로 합니다.

  • 낮은 G 번호는 불균형을 덜 허용합니다.
  • 모든 속도에서 비례력을 제한합니다.
  • 원심력이 안전한 설계 한계 내에 유지되도록 보장합니다.
  • 장비 유형에 따라 힘 허용 오차가 다릅니다.

측정 및 계산

진동에서 힘으로

필드 밸런싱에서는 힘을 직접 측정할 수 없지만 다음과 같이 추정할 수 있습니다.

  • 작동 속도에서 진동 진폭 측정
  • 시스템 강성을 추정합니다. 영향 계수
  • 힘 계산: F ≈ k × 처짐
  • 불균형으로 인한 베어링 하중 기여도를 평가하는 데 유용합니다.

불균형에서 힘으로

불균형이 알려진 경우 직접 계산:

  • F = m × r × ω² 공식을 사용하세요
  • 또는 F = U × (RPM/9549)² 여기서 U는 g·mm입니다.
  • 불균형 정도와 속도에 따라 예상되는 힘을 제공합니다.
  • 설계 계산 및 허용 오차 검증에 사용됨

원심력은 회전 기계의 불균형으로 인해 진동이 발생하는 근본적인 메커니즘입니다. 속도와의 2차 관계는 회전 속도가 증가함에 따라 균형의 품질이 점점 더 중요해지는 이유와, 작은 불균형조차도 고속 장비에서 엄청난 힘과 파괴적인 진동을 발생시킬 수 있는 이유를 설명합니다.

← 메인 인덱스로 돌아가기

카테고리:
왓츠앱