Gratis engineeringtool · #007
Centrifugale kracht als gevolg van onbalans
Bereken de centrifugale kracht die wordt gegenereerd door de resterende onbalans in een roterend onderdeel. Voer de onbalans en de snelheid in om de krachtresultaten direct te zien.
Resultaten
Centrifugale kracht als gevolg van onbalans
Wanneer een rotor een restonbalans U (massa × excentriciteit) heeft, genereert de rotatie een centrifugale kracht:
- F — centrifugale kracht (N)
- U — onbalans in kg·m (= g·mm × 10⁻⁶)
- ω — hoeksnelheid = 2πn/60 (rad/s)
- n — rotatiesnelheid (RPM)
Snelheidsafhankelijkheid
Omdat de kracht afhangt van ω², is de relatie met het toerental kwadratisch:
De snelheid verdubbelen verviervoudigt De centrifugale kracht. Daarom vereisen hogesnelheidsmachines (turbines, turboladers) veel nauwere toleranties voor de balans.
Equivalente statische belasting
De equivalente statische massa is de massa die, in rust op een lager geplaatst, dezelfde belasting zou produceren als de roterende onbalanskracht:
Praktisch voorbeeld
Gegeven: Onbalans U = 1000 g·mm, Snelheid n = 3000 RPM
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
Gelijkwaardige statische belasting: 98,7 / 9,81 = 10,06 kg
Typische onbalanskrachten
| Onbalans (g·mm) | Snelheid (RPM) | Kracht (N) | Toepassing |
|---|---|---|---|
| 100 | 10 000 | 109.7 | Turbolader |
| 1 000 | 3 000 | 98.7 | Elektromotor |
| 5 000 | 1 500 | 123.4 | Centrifugaalpomp |
| 10 000 | 750 | 61.7 | Grote ventilator |
| 50 000 | 300 | 49.3 | Breker |
⚠️ Let op: Deze berekening gaat uit van een starre rotor onder de eerste kritische snelheid. Boven de eerste kritische snelheid is de dynamische respons complexer en vereist een rotor-dynamische analyse.
Gebruik de formule F = U × ω², waarbij U de onbalans in kg·m is en ω de hoeksnelheid in rad/s.
Als uw onbalans in g·mm is uitgedrukt, reken deze dan om naar kg·m door te delen door 10⁶. Hoeksnelheid ω = 2π × n / 60, waarbij n het toerental in RPM is.
Voorbeeld: 1000 g·mm bij 3000 RPM → F = 0.001 × 314.16² ≈ 98.7 N
Onbalans wordt gemeten als massa × afstand:
- g·mm (gram-millimeter) — industrieel het meest gebruikelijk
- oz·in (ounce-inch) — Noord-Amerika
- kg·m — SI-eenheid
1 oz·in = 720 g·mm. Deel door 10⁶ om g·mm om te rekenen naar kg·m.
Centrifugaalkracht F = m × r × ω². Omdat ω recht evenredig is met het toerental (RPM), zorgt een verdubbeling van het toerental voor een verviervoudiging van de kracht.
Dit is de fundamentele reden waarom snellopende machines (turbines, gereedschapsspindels, turbochargers) veel nauwere balanceerkwaliteiten vereisen dan langzaamlopende machines.
De onbalanskracht veroorzaakt een roterende belastingvector op 1× RPM. Dit heeft de volgende gevolgen:
- Verhoogt de dynamische lagerbelasting → verkort de L₁₀-lagerlevensduur
- Wekt trillingen op met een frequentie van 1× RPM
- Veroorzaakt asdoorbuiging en slijtage van afdichtingen
- Kan resonanties in de ondersteuningsconstructie aanstoten
Voor wentellagers is de levensduur omgekeerd evenredig met de belasting³, zodat zelfs een bescheiden krachttoename de lagerlevensduur aanzienlijk verkort.
De onbalanskracht is de excitatie (aanstoting); de trilling is de respons. De trillingsamplitude hangt af van:
- Grootte van de kracht (uit onbalans × ω²)
- Dynamische stijfheid van de machine (massa, stijfheid, demping)
- Nabijheid van resonantie (kritische toerentallen)
De relatie luidt: trillingssnelheid ≈ F / (dynamische stijfheid). Nabij resonantie wordt de respons versterkt met de kwaliteitsfactor Q.
De procedures die op deze pagina worden beschreven, zijn ontwikkeld en in het veld getest door het Vibromera-team met behulp van de Balanset-1A, een draagbaar tweekanaals balanceerapparaat en trillingsanalysator voor het balanceren van rotoren ter plaatse.
Verminder onbalanskrachten op locatie met onze draagbare balanceerinstrumenten. Voldoe aan de ISO 21940-11-norm en verleng de levensduur van lagers.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko is trillingsanalyse-ingenieur en oprichter en CEO van Vibromera. Al meer dan 15 jaar balanceert hij draaiende machines in het veld in plaats van op een proefbank: mulchmachines, industriële ventilatoren, brekers, centrifuges, assen en spindels. Uit dat werk zijn de Balanset-instrumenten voortgekomen — ze zijn ontworpen als gereedschap dat een specialist mee kan nemen naar de machine en ter plaatse alleen kan gebruiken, niet als laboratoriumapparatuur. Vibromera is opgericht in 2017 en is sinds 2023 gevestigd in Porto, Portugal. Ontwikkeling, assemblage en ondersteuning van de Balanset-lijn vinden hier plaats. Het vlaggenschip is de Balanset-1A, een draagbare analyser voor balanceren in één en twee vlakken en voor trillingsdiagnostiek. Nikolai is persoonlijk betrokken bij de klantenondersteuning, bij het oplossen van moeilijke balanceerklussen en bij de ontwikkeling van de software. Hij werkt met klanten wereldwijd, in elke taal.
