Kas yra išcentrinė jėga besisukančiuose mechanizmuose? • Nešiojamas balansyras, vibracijos analizatorius "Balanset", skirtas dinaminiam trupintuvų, ventiliatorių, mulčintuvų, kombainų sraigtų, velenų, centrifugų, turbinų ir daugelio kitų rotorių balansavimui. Kas yra išcentrinė jėga besisukančiuose mechanizmuose? • Nešiojamas balansyras, vibracijos analizatorius "Balanset", skirtas dinaminiam trupintuvų, ventiliatorių, mulčintuvų, kombainų sraigtų, velenų, centrifugų, turbinų ir daugelio kitų rotorių balansavimui.

Kas yra išcentrinė jėga besisukančiose mašinose?

Paskelbė admin svetainėje

Išcentrinės jėgos supratimas besisukančiose mašinose

Apibrėžimas: Kas yra išcentrinė jėga?

Išcentrinė jėga yra matomoji išorinė jėga, kurią veikia masė, judanti apskritimu. Besisukančiuose mechanizmuose, kai rotorius turi disbalansas– tai reiškia, kad jos masės centras yra nutolęs nuo sukimosi ašies – ekscentrinė masė velenui sukant sukuria sukamą išcentrinę jėgą. Ši jėga nukreipta radialine kryptimi į išorę nuo sukimosi centro ir sukasi tokiu pačiu greičiu kaip ir velenas.

Išcentrinė jėga, atsirandanti dėl disbalanso, yra pagrindinė priežastis vibracija besisukančiose mašinose ir yra jėga, kuri balansavimas Procedūrų tikslas – sumažinti. Suprasti jo dydį ir elgseną yra labai svarbu rotoriaus dinamikai ir vibracijos analizei.

Matematinė išraiška

Pagrindinė formulė

Išcentrinės jėgos dydis apskaičiuojamas pagal:

  • F = m × r × ω²
  • Kur:
  • F = išcentrinė jėga (niutonais)
  • m = disbalanso masė (kilogramais)
  • r = masės ekscentriciteto spindulys (metrais)
  • ω = kampinis greitis (radianais per sekundę) = 2π × RPM / 60

Alternatyvi formulė naudojant RPM

Praktiniams skaičiavimams naudojant RPM:

  • F (N) = U × (aps./min./9549)²
  • Kur U = disbalansas (gramai-milimetrai) = m × r
  • Šioje formoje tiesiogiai naudojami disbalanso vienetai, įprasti balansavimo specifikacijose.

Pagrindinė įžvalga: greičio kvadrato ryšys

Svarbiausia išcentrinės jėgos charakteristika yra jos priklausomybė nuo sukimosi greičio kvadrato:

  • Padvigubinus greitį, jėga padidėja 4× (2² = 4)
  • Trigubai padidinus greitį, jėga padidėja 9× (3² = 9)
  • Šis kvadratinis ryšys paaiškina, kodėl disbalansas, kuris yra priimtinas esant mažam greičiui, tampa kritinis esant dideliam greičiui.

Poveikis vibracijai

Jėgos ir vibracijos santykis

Išcentrinė jėga, atsirandanti dėl disbalanso, sukelia vibraciją tokiu mechanizmu:

  1. Rotoriui taikoma sukimosi išcentrinė jėga
  2. Jėga, perduodama per veleną guoliams ir atramoms
  3. Elastinė sistema (rotorius-guolis-pagrindas) reaguoja deformuodama
  4. Deformacija sukuria išmatuotą vibraciją guoliuose
  5. Jėgos ir vibracijos santykis priklauso nuo sistemos standumo ir slopinimo

Rezonanso metu

Kai veikiama kritinis greitis:

  • Net ir mažos išcentrinės jėgos, atsirandančios dėl liekamojo disbalanso, sukuria didelę vibraciją
  • Stiprinimo koeficientas gali būti 10–50 ×, priklausomai nuo slopinimas
  • Dėl šio rezonansinio stiprinimo kritinio greičio veikimas yra pavojingas.

Žemiau rezonanso (standžiojo rotoriaus veikimas)

  • Vibracija maždaug proporcinga jėgai
  • Todėl vibracija ∝ greitis² (nes jėga ∝ greitis²)
  • Dvigubas greitis padidina vibracijos amplitudę keturis kartus

Praktiniai pavyzdžiai

1 pavyzdys: Mažas ventiliatoriaus sparnuotė

  • Disbalansas: 10 gramų 100 mm spinduliu = 1000 g·mm
  • Greitis: 1500 aps./min.
  • Skaičiavimas: F = 1000 × (1500/9549)² ≈ 24,7 N (2,5 kgf)

2 pavyzdys: Tas pats sparnuotė didesniu greičiu

  • Disbalansas: Tas pats 1000 g·mm
  • Greitis: 3000 aps./min. (padvigubintas)
  • Skaičiavimas: F = 1000 × (3000/9549)² ≈ 98,7 N (10,1 kgf)
  • Rezultatas: Jėga padidinta 4 kartus, greitis padidintas 2 kartus

3 pavyzdys: Didelis turbinos rotorius

  • Rotoriaus masė: 5000 kg
  • Leistinas disbalansas (G 2.5): 400 000 g·mm
  • Greitis: 3600 aps./min.
  • Išcentrinė jėga: F = 400 000 × (3600/9549)² ≈ 56 800 N (5,8 tonos jėga)
  • Poveikis: Net ir “gerai subalansuoti” rotoriai dideliu greičiu sukuria dideles jėgas

Išcentrinė jėga balansuojant

Disbalanso jėgos vektorius

Išcentrinė jėga, atsirandanti dėl disbalanso, yra vektorinis dydis:

  • Dydis: Nustatomas pagal disbalanso dydį ir greitį (F = m × r × ω²)
  • Kryptis: Radialiniu būdu nukreipta į išorę link sunkios vietos
  • Rotacija: Vektorius sukasi veleno greičiu (1 × dažnis)
  • Fazė: Jėgos kampinė padėtis bet kuriuo momentu

Balansavimo principas

Balansavimas veikia sukurdamas priešingą išcentrinę jėgą:

  • Korekcinis svoris pastatytas 180° kampu nuo sunkios vietos
  • Sukuria vienodos ir priešingos krypties išcentrinę jėgą
  • Pradinės ir korekcinės jėgų vektoriaus suma artėja prie nulio
  • Sumažinta grynoji išcentrinė jėga, sumažinta vibracija

Daugiaplokštis balansavimas

Už dviejų plokštumų balansavimas:

  • Išcentrinės jėgos kiekvienoje plokštumoje sukuria ir jėgas, ir momentus
  • Korekciniai svareliai turi panaikinti ir jėgos, ir poros disbalansą
  • Vektorių sudėtis abiejų plokštumų jėgų suma lemia grynąją jėgą

Guolių apkrovos pasekmės

Statinės ir dinaminės apkrovos

  • Statinė apkrova: Pastovi guolio apkrova dėl rotoriaus svorio (gravitacijos)
  • Dinaminė apkrova: Sukamoji apkrova dėl išcentrinės jėgos (disbalansas)
  • Bendra apkrova: Vektorinė suma kinta aplink perimetrą, kai rotorius sukasi
  • Maksimali apkrova: Susidaro ten, kur sutampa statinės ir dinaminės apkrovos.

Guolio eksploatavimo trukmės poveikis

  • Guolio tarnavimo laikas atvirkščiai proporcingas kubinei apkrovai (L10 ∝ 1/P³)
  • Nedidelis dinaminės apkrovos padidėjimas žymiai sutrumpina guolio tarnavimo laiką
  • Išcentrinė jėga dėl disbalanso padidina guolių apkrovas
  • Gera balanso kokybė yra būtina guolio ilgaamžiškumui

Išcentrinė jėga skirtingų tipų mašinose

Mažo greičio įranga (< 1000 aps./min.)

  • Išcentrinės jėgos santykinai mažos
  • Statinės gravitacijos apkrovos dažnai dominuoja
  • Priimtini laisvesni balanso tolerancijos taškai
  • Dideli absoliutūs disbalansai gali būti toleruojami

Vidutinio greičio įranga (1000–5000 aps./min.)

  • Išcentrinės jėgos yra reikšmingos ir jas reikia valdyti
  • Dauguma šio diapazono pramoninių mašinų
  • Įprastos balansavimo kokybės klasės nuo G 2,5 iki G 16
  • Balansavimas svarbus guolių tarnavimo laikui ir vibracijos kontrolei

Didelės spartos įranga (> 5000 aps./min.)

  • Išcentrinės jėgos dominuoja statinių apkrovų atžvilgiu
  • Reikalingi labai griežti balansavimo tolerancijos nuokrypiai (nuo G 0,4 iki G 2,5)
  • Maži disbalansai sukuria milžiniškas jėgas
  • Tikslus balansavimas yra absoliučiai būtinas

Išcentrinė jėga ir kritiniai greičiai

Jėgos stiprinimas rezonanso metu

Prie kritiniai greičiai:

  • Tas pats išcentrinės jėgos įėjimas
  • Sistemos atsakas, sustiprintas Q koeficientu (paprastai 10–50)
  • Vibracijos amplitudė gerokai viršija žemiau kritinės ribos veikimo laiką
  • Parodo, kodėl reikia vengti kritinių greičių

Lankstus rotoriaus elgesys

Už lankstūs rotoriai virš kritinio greičio:

  • Velenas lenkiasi veikiant išcentrinei jėgai
  • Deformacija sukuria papildomą ekscentriškumą
  • Savaime centruojantis efektas virš kritinio greičio sumažina guolių apkrovas
  • Nelogiška: vibracija gali sumažėti viršijus kritinį greitį

Ryšys su balansavimo standartais

Leistinas disbalansas ir jėga

Subalansuotos kokybės klasės ISO 21940-11 yra pagrįsti ribine išcentrine jėga:

  • Mažesni G skaičiai sumažina disbalansą
  • Riboja proporcingą jėgą bet kokiu greičiu
  • Užtikrina, kad išcentrinės jėgos neviršytų saugių projektavimo ribų
  • Skirtingi įrangos tipai turi skirtingas jėgos tolerancijas

Matavimas ir skaičiavimas

Nuo vibracijos iki jėgos

Nors jėga nėra tiesiogiai matuojama lauko balansavimo metu, ją galima įvertinti:

  • Vibracijos amplitudės matavimas darbiniu greičiu
  • Įvertinkite sistemos standumą nuo įtakos koeficientai
  • Apskaičiuokite jėgą: F ≈ k × deformacija
  • Naudinga vertinant guolio apkrovos įtaką disbalansui

Nuo disbalanso iki jėgos

Tiesioginis skaičiavimas, jei žinomas disbalansas:

  • Naudokite formulę F = m × r × ω²
  • Arba F = U × (RPM/9549)², kur U išreikštas g·mm
  • Suteikia numatomą jėgą esant bet kokiam disbalanso dydžiui ir greičiui
  • Naudojamas projektavimo skaičiavimuose ir tolerancijų tikrinime

Išcentrinė jėga yra pagrindinis mechanizmas, dėl kurio disbalansas sukelia vibraciją besisukančiuose mechanizmuose. Jos kvadratinis ryšys su greičiu paaiškina, kodėl balanso kokybė tampa vis svarbesnė didėjant sukimosi greičiui ir kodėl net nedidelis disbalansas gali sukelti didžiules jėgas ir destruktyvią vibraciją didelio greičio įrangoje.

← Atgal į pagrindinį rodyklę

Kategorijos:
WhatsApp