회전 기계의 불균형 이해
불균형 (다음과 같은 용어로 사용 불균형)의 조건은 로터 질량 중심이 회전축에 있지 않은 경우입니다. 이 오프셋 - 즉 편심 - 는 질량이 샤프트 주위에 고르지 않게 분포되어 있음을 의미합니다. 로터가 회전할 때 중심을 벗어난 질량은 다음과 같이 바깥쪽으로 튕겨져 나갑니다. 원심력, 베어링과 기계 전체를 흔드는 회전 하중을 발생시킵니다. 불균형은 단연코 가장 흔한 원인입니다. 진동 회전하는 장비에서, 그리고 밸런싱 를 수정하기 위해 존재합니다.
1. 정의와 그 이면의 물리학
정량적으로 불균형 U 는 오프셋 질량과 축으로부터의 반경의 곱으로, 무거운 질량을 가진 지점입니다. m 반경에 앉아 r 는 U = m-r, 다음과 같이 표현됩니다. 그램 밀리미터(g-mm) 또는 그램 인치로 표시됩니다. 이는 총 로터 질량에 무게중심의 편심(U = M-e)을 곱한 값으로 표현할 수 있습니다. 기계적으로 중요한 것은 이것이 만들어내는 힘입니다. 원심력은 각속도의 제곱에 따라 증가합니다:
F = m - r - ω² - 속도와 방해력의 두 배 4배가 됩니다.
이 제곱법칙 관계는 손으로 부드럽게 작동하는 로터가 작동 속도에 따라 심하게 흔들리는 이유이며, 빠른 기계가 느린 기계보다 훨씬 더 정밀하게 균형을 맞춰야 하는 이유이기도 합니다. 힘은 샤프트와 함께 회전하기 때문에 회전할 때마다 한 번씩 구조물을 구동하는데, 이것이 바로 불균형이라는 뚜렷한 특징의 기원입니다.
2. 클래식 진동 시그니처
불균형은 그 지문이 매우 일관적이기 때문에 진단하기 쉬운 결함 중 하나입니다:
- 주파수: 진동이 정확히 회전 속도의 1배 (the 운전 속도). 속도를 변경하면 피크가 정확하게 추적하는 것이 다른 많은 결함들과 구별되는 특징입니다.
- 방향: 에너지가 주로 방사형 (가로 및 세로), 거의 축 (축방향) 콘텐츠.
- 진폭: 는 속도의 제곱에 비례하며, 위의 물리학에서 예측한 것처럼 RPM이 두 배가 되면 응답이 약 네 배로 증가합니다.
- 단계: 1× 단계 판독은 안정적이고 반복 가능하며, 이는 바로 무거운 지점을 찾고 수정할 수 있게 해줍니다.
이 안정적인 진폭-위상 쌍은 1× 응답이 얼마나 큰지 아는 것이 보정을 위한 원재료입니다. 어디 을 가리키면 분석가가 필요한 카운터웨이트의 크기와 각도를 계산할 수 있습니다. 축 방향 진동이 낮은 순수한 1배 피크는 불균형을 가리키며, 대신 강력한 2배 구성 요소는 다음과 같이 제안합니다. 정렬 불량 또는 헐거워짐.
3. 세 가지 유형의 불균형
정적 불균형
“힘의 불균형”이라고도 하는 가장 간단한 경우로, 얇은 원반에 무거운 점이 하나 있는 것처럼 질량이 단일 평면에서 상쇄되는 경우입니다. 이를 정적 로터가 정지한 상태에서 마찰이 없는 나이프 모서리로 설정되어 있기 때문에 무거운 지점이 바닥에 정착할 때까지 로터가 굴러갑니다. 무거운 지점의 반대편에 180° 배치된 단일 무게추로 보정됩니다. 단일 평면 밸런싱.
커플 불균형
여기서 두 개의 동일한 무거운 점이 로터의 반대쪽 끝에 180° 떨어져 있습니다. 이들은 순력으로 상쇄되지만 우력 - 로터가 끝에서 끝까지 비틀어지는 흔들림을 말합니다. 순수한 커플 불균형이 있는 로터는 정적으로 균형이 잡혀 있지만(나이프 모서리에서 구르지 않음) 회전하면 진동이 심하게 발생합니다. 보정을 위해서는 흔들림 모멘트에 대항하기 위해 두 개의 별도 평면에 두 개의 추가 필요합니다.
동적 불균형
거의 모든 실제 기계에서 발견되는 동적 불균형 상태는 정적 구성 요소와 커플 구성 요소의 조합입니다. 이를 수정하려면 로터를 따라 최소 두 개의 평면에서 질량 변화가 필요합니다. 동적(2면) 밸런싱. 정적 효과와 커플 효과가 동일한 각도 위치를 공유하는 밀접하게 관련된 경우를 준정적 불균형.
4. 불균형의 일반적인 원인
불균형은 제조 시부터 존재하거나 서비스 중에 발생할 수 있습니다. 일반적인 원인은 다음과 같습니다:
- 제조상의 결함: 주조물의 기공, 불균일한 재료 밀도, 가공 허용 오차.
- 조립 오류: 잘못 설치된 구성 요소, 불균일하게 조여진 볼트 또는 정렬되지 않은 키로 인해 질량 분포가 바뀌는 경우.
- 마모와 찢어짐: 고르지 않은 침식, 부식 또는 마모 팬 블레이드 및 펌프 임펠러.
- 머티리얼 빌드업: 팬, 송풍기, 원심분리기의 로터에 먼지, 오물 또는 제품이 쌓이는 경우.
- 구성 요소 오류: 균형추를 던지거나 칼날이 부러지면 즉시 심각한 불균형 상태가 발생합니다.
5. 불균형 교정이 중요한 이유
불균형이 심한 상태에서 기계를 작동하면 회전력이 회전할 때마다 구조물을 순환시키기 때문에 기계가 지속적으로 손상됩니다:
- 조기 베어링 고장: 베어링은 높은 동적 하중을 견디며 빠르게 마모됩니다.
- 피로와 균열: 주기적인 스트레스 누적 피로 샤프트, 기초 및 구조물의 손상.
- 효율성 감소: 에너지가 유용한 작업 대신 진동과 열로 발산됩니다.
- 안전 위험: 심각한 불균형은 치명적인 장애로 확대될 수 있습니다.
6. 불균형 측정, 수정 및 허용 오차 범위
기계의 신뢰성을 높이는 가장 비용 효율적인 방법 중 하나인 체계적인 밸런싱 절차를 통해 불균형을 제거합니다. 조립된 기계에서는 이 작업이 제자리에서 이루어집니다. 밸런싱 머신. 다음과 같은 휴대용 2채널 분석기는 발란셋-1A 1배 진폭과 위상을 측정하고 로터의 영향 계수 에서 시험 중량, 단일 또는 이중 평면 보정에 필요한 질량과 각도를 엔지니어에게 알려줍니다. 필드 밸런싱. 작동 속도에서 기계 자체의 베어링에서 작동하기 때문에 실제 작동 상태를 캡처합니다.
균형은 0에 도달하는 것이 아니라 불균형을 정해진 한도 이하로 낮추는 것입니다. 그 한계는 밸런스 품질 등급(G 등급) 시스템 ISO 21940-11 (오랫동안 잘 알려진 ISO 1940-1을 대체함). 등급과 서비스 속도는 허용 가능한 한계값으로 환산됩니다. 잔류 불균형 g-mm 단위; 무료 잔여 불균형 계산기(ISO 21940-11) 는 선택한 등급과 RPM을 각 평면에 허용되는 수치로 바로 변환합니다.
