Brezplačno inženirsko orodje · #007
Centrifugalna sila zaradi neuravnoteženosti
Izračunajte centrifugalno silo, ki jo povzroči preostala neuravnoteženost v vrtečem se delu. Vnesite neuravnoteženost in hitrost, da takoj vidite rezultate sile.
Rezultati
Centrifugalna sila zaradi neuravnoteženosti
Ko ima rotor preostalo neuravnoteženost U (masa × ekscentričnost), vrtenje ustvari centrifugalno silo:
- F — centrifugalna sila (N)
- U — neuravnoteženost v kg·m (= g·mm × 10⁻⁶)
- ω — kotna hitrost = 2πn/60 (rad/s)
- n — vrtilna hitrost (vrt/min)
Odvisnost od hitrosti
Ker je sila odvisna od ω², je razmerje z vrtljaji na minuto kvadratno:
Podvojitev hitrosti štirikrat centrifugalna sila. Zato visokohitrostni stroji (turbine, turbopolnilniki) zahtevajo veliko strožje tolerance uravnoteženja.
Ekvivalentna statična obremenitev
Ekvivalentna statična masa je masa, ki bi v mirovanju na ležaju ustvarila enako obremenitev kot sila vrteče se neuravnoteženosti:
Praktični primer
Dano: Neuravnoteženost U = 1000 g·mm, hitrost n = 3000 vrt/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
Ekvivalentna statična obremenitev: 98,7 / 9,81 = 10,06 kg
Tipične sile neuravnoteženosti
| Neuravnoteženost (g·mm) | Hitrost (vrt/min) | Sila (N) | Uporaba |
|---|---|---|---|
| 100 | 10 000 | 109.7 | Turbopolnilnik |
| 1 000 | 3 000 | 98.7 | Elektromotor |
| 5 000 | 1 500 | 123.4 | Centrifugalna črpalka |
| 10 000 | 750 | 61.7 | Velik ventilator |
| 50 000 | 300 | 49.3 | Drobilnik |
⚠️ Opomba: Ta izračun predpostavlja tog rotor pod prvo kritično hitrostjo. Nad prvo kritično hitrostjo je dinamični odziv bolj kompleksen in zahteva analizo dinamike rotorja.
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.
Postopki, opisani na tej strani, so bili razviti in terensko preizkušeni s strani ekipe Vibromera z uporabo naprave Balanset-1A, prenosnega dvokanalnega uravnoteževalnika in analizatorja vibracij za uravnoteženje rotorjev na mestu uporabe.
Z našimi prenosnimi instrumenti za uravnoteženje zmanjšajte sile neuravnoteženosti na kraju samem. Dosezite skladnost s standardom ISO 21940-11 in podaljšajte življenjsko dobo ležajev.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko je inženir vibracijske analize ter ustanovitelj in izvršni direktor podjetja Vibromera. Že več kot 15 let uravnotežuje vrtečo se opremo na terenu, in ne na preizkuševališču: mulčerje, industrijske ventilatorje, drobilnike, centrifuge, gredi in vretena. Prav iz tega dela so nastali instrumenti Balanset — zasnovani so bili kot orodje, ki ga strokovnjak lahko prinese do stroja in ga uporabi sam, na mestu samem, ne pa kot laboratorijska oprema. Vibromera je bila ustanovljena leta 2017, od leta 2023 pa ima sedež v Portu na Portugalskem. Tu potekajo razvoj, sestavljanje in podpora za linijo Balanset. Vodilni instrument je Balanset-1A, prenosni analizator za enoravninsko in dvoravninsko uravnoteženje ter za vibracijsko diagnostiko. Nikolai osebno sodeluje pri podpori strankam, pri reševanju zahtevnih primerov uravnoteženja in pri razvoju programske opreme. S strankami dela po vsem svetu, v katerem koli jeziku.
