Разбирање на ексцентричноста кај ротирачките машини
Во динамика на ротори, ексцентричност е радијалното поместување помеѓу центарот на маса на роторот (неговиот тежиштен центар) и неговиот геометриски центар — вистинскиот центар на неговото вратило. Кај совршено избалансиран ротор тие два центри би се совпаднале, но производните несовршености и нерамномерната густина на материјалот гарантираат дека речиси секогаш останува одреден степен на ексцентричност. Кога ексцентричен ротор се врти, поместената маса создава центрифугална сила, а таа сила е основната причина за дебаланс вибрации. Ексцентричноста, со други зборови, е геометријата зад најчестиот дефект на машините што постои.
1. Дефиниција: Што е ексцентричност?
Ексцентричноста е растојание — обично неколку микрометри — измерено нормално на оската на вртење, кое го одвојува местото каде што масата навистина се центрира од местото каде што вратилото се врти. Бидејќи е својство на тоа како е распределена масата, а не на тоа како изгледа површината, вистинската масена ексцентричност не може да се види и не може да се отчита со компаратор на неподвижен ротор. Таа се открива само кога роторот се врти и поместената маса почнува да исфрла центрифугална сила нанадвор еднаш по вртење.
2. Директната врска помеѓу ексцентричноста и дебалансот
Ексцентричноста и дебалансот се две страни на истата монета. Дебалансот е мерка за ефектот на ексцентричноста при дадена брзина; ексцентричноста е физичката причина. Големината на дебалансот е директно пропорционална на масата на роторот и на неговата ексцентричност:
Небаланс (U) = Маса (M) × Ексцентричност (e)
Овој едноставен производ објаснува зошто ексцентричноста е толку критична. Центрифугалната сила што ја создава расте со квадрат на брзината на вртење, така што дури и неколку микрометри ексцентричност на тежок, брзоодечки ротор може да создадат огромна сила, предизвикувајќи сериозни вибрации и брзо абење на лежиштата. Можете да видите колку стрмно расте таа сила со масата, ексцентричноста и брзината користејќи калкулатор за центрифугална сила од дебаланс.
3. Видови ексцентричност
Важно е да се разликува вистинската ексцентричност од сродните геометриски несовршености со кои често се меша.
Масена ексцентричност
Вистинската ексцентричност дефинирана погоре — поместувањето помеѓу центарот на маса и геометрискиот центар. Тоа е она што предизвикува дебаланс и е целта на секоја постапка за балансирање. Не може да се измери директно со компаратор на неподвижен ротор; таа се појавува само динамички, како сила еднаш по вртење чиј правец (аголот на тешката точка) се наоѓа од фаза на 1× вибрацијата.
Геометриска ексцентричност (Runout)
Отстапување на површината на роторот од совршен круг — мерка за тоа колку е “неокружно” едно вратило или ротор, познато и како механичко отстапување. Некој ракавец може да биде малку овален, или ременица обработена вон центар на своето вратило. За разлика од масената ексцентричност, ова може да се измери со компаратор при бавно вртење. Тоа не претставува директно масен дебаланс, но ексцентрична геометриска форма многу често придонесува за него. Одделниот, но тесно поврзан концепт на ексцентричност на роторот го опишува ова геометриско поместување во контекст на мотори и зазорот на воздушниот процеп.
Електричен отклон
Воопшто не е физичка несовршеност, туку мерен артефакт карактеристичен за безконтактните сонди за близина. Кога површината на вратилото варира во магнетна пропустливост или електрична спроводливост, сондата враќа лажен сигнал што имитира геометриски отклон. Овој шум мора да се карактеризира и одземе — обично преку компензација на кабел и одземање на отклонот при бавно вртење — за време на ротор-динамичко тестирање, инаку ќе се преправа во вистинско движење на вратилото.
4. Причини за ексцентричност
Масената ексцентричност влегува во роторот преку неколку патишта:
- Производни толеранции: ниту еден процес на обработка, леење или склопување не е совршен, па малите грешки се неизбежни.
- Нерамномерна густина на материјалот: вклучоци, шуплини или порозност во леан или кован дел го прават материјалот нехомоген и го поместуваат центарот на маса.
- Асиметричен дизајн: некои компоненти, како што се коленестите вратила, се инхерентно асиметрични.
- Грешки при склопување: ременица или лежиште што не е совршено центрирано на вратилото создава ексцентрична маса.
- Термичка деформација: нерамномерно загревање или ладење може да го искриви роторот, привремено поместувајќи го неговиот центар на маса — термичко искривување, често опишан како термички вектор бидејќи важни се и неговата големина и неговата насока.
5. Како се решава ексцентричноста
Бидејќи ексцентричноста на масата е причина за небалансот, таа се коригира преку балансирање. Со додавање или отстранување мали количини маса, техничарот создава спротивна центрифугална сила која ефективно ја враќа осната линија на масата на роторот назад кон неговата геометриска осна линија, минимизирајќи ја резултантната сила и произлезената вибрација. На склопена машина ова се изведува на самото место: преносен двоканален анализатор како што е Balanset-1A ја мери амплитудата и фазата 1× во сопствените лежишта на машината, пресметува колку корекциска тежина да се додаде и каде, и ја потврдува заостанат дебаланс потоа. Забележете дека балансирањето го поништува ефект на ексцентричноста; тоа не ја поместува геометриската површина, па ротор со големо геометриско отстапување (runout) може добро да се избалансира, а сепак да трие или да покажува високи вредности на бесконтактна сонда.
