Nemokamas inžinerijos įrankis · #007
Išcentrinė jėga dėl disbalanso
Apskaičiuokite išcentrinę jėgą, kurią sukuria liekamasis disbalansas besisukančioje dalyje. Įveskite disbalansą ir greitį, kad akimirksniu pamatytumėte jėgos rezultatus.
Rezultatai
Išcentrinė jėga dėl disbalanso
Kai rotorius turi liekamąjį disbalansą U (masė × ekscentricitetas), sukimasis sukuria išcentrinę jėgą:
- F — išcentrinė jėga (N)
- U — disbalansas, išreikštas kg·m (= g·mm × 10⁻⁶)
- ω — kampinis greitis = 2πn/60 (rad/s)
- n — sukimosi greitis (aps./min.)
Greičio priklausomybė
Kadangi jėga priklauso nuo ω², ryšys su RPM yra kvadratinis:
Padvigubinti greitį keturgubina išcentrinė jėga. Štai kodėl greitaeigėms mašinoms (turbinoms, turbokompresoriams) reikalingi daug griežtesni balansavimo tolerancijos intervalai.
Ekvivalentinė statinė apkrova
Ekvivalentinė statinė masė yra masė, kuri, pastatyta ant guolio, sukurtų tokią pačią apkrovą kaip ir sukamoji disbalanso jėga:
Praktinis pavyzdys
Atsižvelgiant į tai, kad: Disbalansas U = 1000 g·mm, greitis n = 3000 aps./min.
ω = 2π × 3000 / 60 = 314,16 rad/s
U (SI) = 1000 × 10⁻⁶ = 0,001 kg · m
F = 0,001 × 314,16² = 98.7 N
Ekvivalentinė statinė apkrova: 98,7 / 9,81 = 10,06 kg
Tipinės disbalanso jėgos
| Disbalansas (g·mm) | Greitis (RPM) | Jėga (N) | Taikymas |
|---|---|---|---|
| 100 | 10 000 | 109.7 | Turbokompresorius |
| 1 000 | 3 000 | 98.7 | Elektrinis variklis |
| 5 000 | 1 500 | 123.4 | Išcentrinis siurblys |
| 10 000 | 750 | 61.7 | Didelis ventiliatorius |
| 50 000 | 300 | 49.3 | Smulkintuvas |
⚠️ Pastaba: Šiame skaičiavime daroma prielaida, kad rotorius yra standus, kai greitis mažesnis už pirmąjį kritinį. Virš pirmojo kritinio greičio dinaminis atsakas yra sudėtingesnis ir reikalauja rotoriaus dinamikos analizės.
Use the formula F = U × ω², where U is unbalance in kg·m and ω is angular velocity in rad/s.
If your unbalance is in g·mm, convert to kg·m by dividing by 10⁶. Angular velocity ω = 2π × n / 60, where n is RPM.
Example: 1000 g·mm at 3000 RPM → F = 0.001 × 314.16² ≈ 98.7 N
Unbalance is measured in mass × distance:
- g·mm (gram-millimeters) — most common industrially
- oz·in (ounce-inches) — North America
- kg·m — SI unit
1 oz·in = 720 g·mm. To convert g·mm to kg·m, divide by 10⁶.
Centrifugal force F = m × r × ω². Since ω is proportional to RPM, doubling the speed quadruples the force.
This is the fundamental reason why high-speed machines (turbines, spindles, turbochargers) need much tighter balance grades than slow machines.
The unbalance force creates a rotating load vector at 1× RPM. This:
- Increases dynamic bearing load → reduces bearing L₁₀ life
- Generates vibration at 1× RPM frequency
- Causes shaft deflection and seal wear
- Can excite resonances in the support structure
For rolling element bearings, bearing life is inversely proportional to load³, so even a modest increase in force significantly reduces bearing life.
Unbalance force is the excitation; vibration is the response. The vibration amplitude depends on:
- Force magnitude (from unbalance × ω²)
- Machine dynamic stiffness (mass, stiffness, damping)
- Proximity to resonance (critical speeds)
The relationship is: vibration velocity ≈ F / (dynamic stiffness). Near resonance, the response is amplified by the quality factor Q.
Šiame puslapyje aprašytas procedūras sukūrė ir lauko sąlygomis išbandė Vibromera komanda, naudodama Balanset-1A – nešiojamą dviejų kanalų balansavimo įrenginį ir vibracijų analizatorių rotoriams balansuoti vietoje.
Sumažinkite disbalanso jėgas vietoje naudodami mūsų nešiojamus balansavimo prietaisus. Pasiekite ISO 21940-11 atitiktį ir pailginkite guolių tarnavimo laiką.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko yra vibracijos analizės inžinierius bei „Vibromera“ įkūrėjas ir generalinis direktorius. Daugiau nei 15 metų jis balansavo besisukančią įrangą lauko sąlygomis, o ne bandymų stende: mulčiuotuvus, pramoninius ventiliatorius, smulkintuvus, centrifugas, velenus ir špindelius. Būtent iš šio darbo išaugo „Balanset“ prietaisai — jie buvo sukurti kaip įrankis, kurį specialistas gali atsinešti prie mašinos ir naudoti savarankiškai, vietoje, o ne kaip laboratorinę įrangą. „Vibromera“ įkurta 2017 metais, nuo 2023 metų įsikūrusi Porto mieste, Portugalijoje. Čia vyksta visas „Balanset“ linijos kūrimas, surinkimas ir palaikymas. Pagrindinis prietaisas — „Balanset-1A“, nešiojamas analizatorius vienos ir dviejų plokštumų balansavimui bei vibracijos diagnostikai. Nikolai asmeniškai dalyvauja klientų aptarnavime, sudėtingų balansavimo atvejų sprendime ir programinės įrangos kūrime. Jis dirba su klientais visame pasaulyje, bet kuria kalba.
