Kas ir centrbēdzes spēks rotējošās mašīnās? • Pārnēsājams balansētājs, vibrācijas analizators "Balanset" drupinātāju, ventilatoru, mulčētāju, kombainu gliemežtransportieru, vārpstu, centrifūgu, turbīnu un daudzu citu rotoru dinamiskai balansēšanai. Kas ir centrbēdzes spēks rotējošās mašīnās? • Pārnēsājams balansētājs, vibrācijas analizators "Balanset" drupinātāju, ventilatoru, mulčētāju, kombainu gliemežtransportieru, vārpstu, centrifūgu, turbīnu un daudzu citu rotoru dinamiskai balansēšanai.

Kas ir centrbēdzes spēks rotējošās mašīnās?

Publicējis admin vietnē

Centrbēdzes spēka izpratne rotējošās mašīnās

Definīcija: Kas ir centrbēdzes spēks?

Centrbēdzes spēks ir šķietamais ārējais spēks, ko iedarbojas uz masu, kas pārvietojas pa apļveida trajektoriju. Rotējošās mašīnās, kad rotors ir nelīdzsvarotība— tas nozīmē, ka tā masas centrs ir nobīdīts no rotācijas ass — ekscentriskā masa rada rotējošu centrbēdzes spēku, griežoties vārpstai. Šis spēks ir vērsts radiāli uz āru no rotācijas centra un griežas ar tādu pašu ātrumu kā vārpsta.

Centrbēdzes spēks, kas rodas no nelīdzsvarotības, ir galvenais iemesls vibrācija rotējošās mašīnās, un tas ir spēks, kas līdzsvarošana procedūru mērķis ir samazināt. Tās lieluma un uzvedības izpratne ir būtiska rotora dinamikai un vibrāciju analīzei.

Matemātiska izteiksme

Pamata formula

Centrbēdzes spēka lielumu aprēķina šādi:

  • F = m × r × ω²
  • Kur:
  • F = centrbēdzes spēks (ņūtoni)
  • m = nelīdzsvarotības masa (kilogramos)
  • r = masas ekscentricitātes rādiuss (metri)
  • ω = leņķiskais ātrums (radiānos sekundē) = 2π × RPM / 60

Alternatīva formulēšana, izmantojot RPM

Praktiskiem aprēķiniem, izmantojot RPM:

  • F (N) = U × (apgr./min./9549)²
  • Kur U = disbalanss (grami-milimetri) = m × r
  • Šajā veidlapā tieši tiek izmantotas disbalansa mērvienības, kas bieži sastopamas balansēšanas specifikācijās.

Galvenā atziņa: ātruma kvadrāta sakarība

Centrbēdzes spēka vissvarīgākā īpašība ir tā atkarība no griešanās ātruma kvadrāta:

  • Divkāršojot ātrumu, spēks palielinās par 4× (2² = 4)
  • Ātruma trīskāršošana palielina spēku par 9× (3² = 9)
  • Šī kvadrātiskā sakarība izskaidro, kāpēc nelīdzsvarotība, kas ir pieņemama pie maziem ātrumiem, kļūst kritiska pie lieliem ātrumiem.

Ietekme uz vibrāciju

Spēka un vibrācijas attiecības

Centrbēdzes spēks, kas rodas no nelīdzsvarotības, izraisa vibrāciju, izmantojot šādu mehānismu:

  1. Rotoram pielikts rotējošs centrbēdzes spēks
  2. Spēks, kas tiek pārnests caur vārpstu uz gultņiem un balstiem
  3. Elastīgā sistēma (rotors-gultnis-pamatne) reaģē, novirzoties
  4. Novirze rada izmērītu vibrāciju gultņos
  5. Spēka un vibrācijas savstarpējā saistība ir atkarīga no sistēmas stingrības un slāpēšanas

Rezonanses laikā

Darbojoties pie kritiskais ātrums:

  • Pat nelieli centrbēdzes spēki, kas rodas no atlikušā disbalansa, rada lielu vibrāciju
  • Pastiprinājuma koeficients var būt 10–50× atkarībā no slāpēšana
  • Šī rezonanses pastiprināšana ir iemesls, kāpēc kritiskā ātruma darbība ir bīstama.

Zem rezonanses (stingra rotora darbība)

  • Vibrācija aptuveni proporcionāla spēkam
  • Tāpēc vibrācija ∝ ātrums² (jo spēks ∝ ātrums²)
  • Divkāršot ātrumu, vibrācijas amplitūda četrkāršojusies

Praktiski piemēri

1. piemērs: mazs ventilatora lāpstiņritenis

  • Nelīdzsvarotība: 10 grami ar 100 mm rādiusu = 1000 g·mm
  • Ātrums: 1500 apgr./min
  • Aprēķins: F = 1000 × (1500/9549)² ≈ 24,7 N (2,5 kgf)

2. piemērs: Tas pats lāpstiņritenis ar lielāku ātrumu

  • Nelīdzsvarotība: Tas pats 1000 g·mm
  • Ātrums: 3000 apgr./min (dubultots)
  • Aprēķins: F = 1000 × (3000/9549)² ≈ 98,7 N (10,1 kgf)
  • Rezultāts: Spēks palielināts 4×, ātrums palielināts 2×

3. piemērs: Liels turbīnas rotors

  • Rotora masa: 5000 kg
  • Pieļaujamais disbalanss (G 2.5): 400 000 g·mm
  • Ātrums: 3600 apgr./min
  • Centrbēdzes spēks: F = 400 000 × (3600/9549)² ≈ 56 800 N (5,8 tonnu spēks)
  • Secinājums: Pat “labi līdzsvaroti” rotori lielā ātrumā rada ievērojamus spēkus

Centrbēdzes spēks balansēšanā

Nelīdzsvarotības spēka vektors

Centrbēdzes spēks no disbalansa ir vektora lielums:

  • Lielums: Nosaka pēc disbalansa lieluma un ātruma (F = m × r × ω²)
  • Virziens: Vērš radiāli uz āru smago vietu virzienā
  • Rotācija: Vektors griežas ar vārpstas ātrumu (1 × frekvence)
  • Fāze: Spēka leņķiskais stāvoklis jebkurā brīdī

Balansēšanas princips

Līdzsvars darbojas, radot pretēju centrbēdzes spēku:

  • Korekcijas svars novietots 180° leņķī no smagās vietas
  • Rada vienāda un pretēja lieluma centrbēdzes spēku
  • Sākotnējo un korekcijas spēku vektoru summa tuvojas nullei
  • Neto centrbēdzes spēks samazināts līdz minimumam, vibrācija samazināta

Daudzplakņu balansēšana

Priekš divu plakņu balansēšana:

  • Centrbēdzes spēki katrā plaknē rada gan spēkus, gan momentus
  • Korekcijas svariem ir jālikvidē gan spēka nelīdzsvarotība, gan pāra nelīdzsvarotība.
  • Vektoru saskaitīšana spēku summa no abām plaknēm nosaka neto spēku

Gultņu slodzes ietekme

Statiskās un dinamiskās slodzes

  • Statiskā slodze: Pastāvīga gultņa slodze no rotora svara (gravitācijas)
  • Dinamiskā slodze: Rotējoša slodze no centrbēdzes spēka (disbalanss)
  • Kopējā slodze: Vektoru summa mainās pa perimetru, rotoram griežoties
  • Maksimālā slodze: Rodas, ja statiskās un dinamiskās slodzes sakrīt

Gultņa kalpošanas laika ietekme

  • Gultņa kalpošanas laiks ir apgriezti proporcionāls slodzei kubā (L10 ∝ 1/P³)
  • Neliels dinamiskās slodzes pieaugums ievērojami samazina gultņu kalpošanas laiku
  • Centrbēdzes spēks no disbalansa palielina gultņu slodzes
  • Laba līdzsvara kvalitāte ir būtiska gultņu ilgmūžībai

Centrbēdzes spēks dažādos mašīnu tipos

Zema ātruma aprīkojums (< 1000 apgr./min)

  • Centrbēdzes spēki ir relatīvi zemi
  • Statiskās slodzes no gravitācijas bieži dominē
  • Pieļaujamas brīvākas līdzsvara pielaides
  • Var pieļaut lielu absolūto nelīdzsvarotību

Vidēja ātruma iekārtas (1000–5000 apgr./min.)

  • Centrbēdzes spēki ir ievērojami un tie ir jāpārvalda
  • Lielākā daļa rūpniecisko iekārtu šajā diapazonā
  • Svaru kvalitātes pakāpes no G 2,5 līdz G 16, tipiskas
  • Balansēšana ir svarīga gultņu kalpošanas laikam un vibrācijas kontrolei

Ātrgaitas iekārtas (> 5000 apgr./min)

  • Centrbēdzes spēki dominē pār statiskajām slodzēm
  • Nepieciešamas ļoti stingras līdzsvara pielaides (no G 0,4 līdz G 2,5)
  • Neliela nelīdzsvarotība rada milzīgus spēkus
  • Precīza balansēšana ir absolūti kritiski svarīga

Centrbēdzes spēks un kritiskie ātrumi

Spēka pastiprināšana rezonanses laikā

Plkst. kritiskie ātrumi:

  • Tā pati centrbēdzes spēka ievade
  • Sistēmas reakcija, ko pastiprina Q-faktors (parasti 10–50)
  • Vibrācijas amplitūda ievērojami pārsniedz zem kritiskās darbības
  • Parāda, kāpēc jāizvairās no kritiskiem ātrumiem

Elastīga rotora darbība

Priekš elastīgi rotori virs kritiskā ātruma:

  • Vārpstas līkumi centrbēdzes spēka ietekmē
  • Novirze rada papildu ekscentriskumu
  • Pašcentrēšanās efekts virs kritiskā ātruma samazina gultņu slodzi
  • Pretintuitīvs: vibrācija var samazināties virs kritiskā ātruma

Saistība ar balansēšanas standartiem

Pieļaujamais disbalanss un spēks

Līdzsvarotas kvalitātes pakāpes ISO 21940-11 standartā ir balstīti uz centrbēdzes spēka robežvērtībām:

  • Zemāki G skaitļi samazina disbalansu
  • Ierobežo proporcionālo spēku jebkurā ātrumā
  • Nodrošina, ka centrbēdzes spēki paliek drošās konstrukcijas robežās
  • Dažādiem iekārtu veidiem ir atšķirīgas spēka pielaides

Mērīšana un aprēķins

No vibrācijas līdz spēkam

Lai gan lauka balansēšanā spēks netiek tieši mērīts, to var novērtēt:

  • Vibrācijas amplitūdas mērīšana darba ātrumā
  • Novērtējiet sistēmas stingrību no ietekmes koeficienti
  • Aprēķiniet spēku: F ≈ k × novirze
  • Noderīgi, lai novērtētu gultņu slodzes ietekmi no disbalansa

No nelīdzsvarotības līdz spēkam

Tiešs aprēķins, ja disbalanss ir zināms:

  • Izmantojiet formulu F = m × r × ω²
  • Vai F = U × (RPM/9549)², kur U ir izteikts g·mm
  • Nodrošina paredzamo spēku jebkuram nelīdzsvarotības daudzumam un ātrumam
  • Izmanto projektēšanas aprēķinos un pielaides pārbaudē

Centrbēdzes spēks ir pamatmehānisms, ar kuru nelīdzsvarotība izraisa vibrāciju rotējošās mašīnās. Tā kvadrātiskā saistība ar ātrumu izskaidro, kāpēc līdzsvara kvalitāte kļūst arvien svarīgāka, palielinoties rotācijas ātrumam, un kāpēc pat neliels nelīdzsvarotības līmenis var radīt milzīgus spēkus un destruktīvu vibrāciju ātrgaitas iekārtās.

← Atpakaļ uz galveno indeksu

Kategorijas:
WhatsApp