சுழலும் இயந்திரங்களில் மையவிலக்கு விசை புரிந்துகொள்ளுதல்
மையவிலக்கு விசை வட்ட பாதையில் பயணிக்கும் நிறையால் அভிজ்ஞதமான வெளிப்புற விசையாகும். சுழலும் இயந்திரங்களில் இது பெரும்பாலான பெருங்கள் எனவே ஆபத்தாகும் vibration: when a சுழலி carries unbalance — அதன் நிறை மையம் சுழற்சியின் அச்சுக்கு ஈடாக விலகுதல் — தொண்ணூற்று நிறை ஒரு விசையை உৎপத்தி செய்கிறது, அது ரேடியালாக கனமான புள்ளியை நோக்கி சுட்டிக்காட்டுகிறது மற்றும் தண்ட வேகத்தில் சுற்றும். இந்த சுழலும் விசை துல்லியமாக என்பது சமநிலைப்படுத்துதல் குறைத்து முயற்சி செய்கிறது, மற்றும் அதன் பরিமாணம் மற்றும் நடத்தை புரிந்துகொள்ளுதல் மூலவொற்றாக உள்ளது rotor dynamics மற்றும் அதிர்வு பகுப்பாய்வு.
1. கணித வெளிப்பாடு
Basic Formula
ஒரு விசைந்த நிறையிலிருந்து வரும் மையவிலக்கு விசையின் மிக்கம்:
- F = m × r × ω²
- F = மையவிலக்கு விசை (நியூட்டன்கள்)
- m = சமநிலைக் குறை நிறை (கிலோகிராம்)
- r = நிறையின் விசைந்த நிலையின் ஆரம் (மீட்டர்)
- ω = angular velocity (radians per second) = 2π × RPM / 60
RPM மற்றும் g·mm பயன்படுத்திய மாற்று வடிவம்
அன்றாட சமநிலை பணிக்கு, சமநிலைக் குறை கிராம்-மிமீ இல் குறிப்பிடப்பட்ட இடங்களில், அதே இயற்பியல் மிகவும் வசதியாக எழுதப்பட்டுள்ளது:
- F (N) = U × (RPM / 9549)²
- where U = unbalance (g·mm) = m × r
- இந்த வடிவம் அலகுமாற்றம் இல்லாமல் சமநிலை விவரக்குறிப்புகளுக்கு நேரடியாக பொருந்துகிறது.
நீங்கள் கையால் எண்கணிதத்தைச் செய்ய விரும்பவில்லையென்றால், சமநிலையின்மை மூலம் ஏற்படும் மையவிலக்கு விசை கணக்கீட்டி சமநிலைக் குறை மதிப்பு மற்றும் வேகத்திலிருந்து விசையை நேரடியாக வழங்குகிறது.
வேகம்-வர்க்கம் உறவு
மையவிலக்கு விசையின் ஒரே மிக முக்கிய பண்பு என்னவென்றால் இது square சுழலும் வேகத்தின்:
- வேகத்தைச் சரியாக இரட்டிப்பாக்கினால் விசை நான்கைக் காணப்படுகிறது (2² = 4).
- வேகத்தைச் சரியாக மூன்று மடங்கு செய்தால் இது ஒன்பது மடங்கு (3² = 9).
- இந்த இருபடி விதி ஏன் குறைந்த வேகத்தில் ஆபத்தற்ற சமநிலைக் குறை அதிக வேகத்தில் ஆபத்தான ஆகி விடுகிறது என்பதையும் — மற்றும் ஏன் அதிக-வேக இயந்திரங்கள் மிகவும் இறுக்கமான சமநிலை தேவை என்பதையும் விளக்குகிறது।
2. மையவிலக்கு விசை எவ்வாறு அதிர்வை உற்பத்தி செய்கிறது
சுழலும் விசை இயந்திரத்தை தன்னால் அதிர்வுறுத்தாது; இது ஒரு நমনীய கட்டமைப்பைத் தூண்டுவதன் மூலம் அதிர்வுறுத்துகிறது. காரண-விளைவு சங்கிலி இவ்வாறு இயங்குகிறது:
- சுழலும் மையவிலக்கு விசை சுழல் மீது செயல்படுகிறது।
- இது தண்டு வழியாக தாங்கு மற்றும் ஆதாரங்களில் பரவுகிறது।
- The elastic சுழல்-தாங்கு-அடிப்படை அமைப்பு பதிலுரையாக வளைந்து வடிவ மாற்றம் ஏற்படுகிறது।
- அந்த விலகல் தாங்கு உறுப்புகளில் ஒரு சென்சார் அளவிடும் அதிர்வனாகும்.
- விசையிலும் அளவிட்ட அதிர்வுக்கும் உள்ள விகிதம் அமைப்பின் stiffness and damping.
அனுனாद சக்திக்கு கீழ் — கடினமான-சுழலி நடைமுறை
- அதிர்வு பொதுவாக பயன்படுத்தப்பட்ட விசைக்கு விகிதாசாரமாக இருக்கிறது.
- Since force ∝ speed², vibration ∝ speed² as well.
- எனவே வேகத்தை இரட்டிப்பாக்குவது அதிர்வ வீச்சைக் கிட்டத்தட்ட நான்கு மடங்காக்குகிறது.
At Resonance
இயந்திரம் ஒரு critical speedஇல் இயங்கும்போது, படம் நாடிக்கு மாறி விடுகிறது:
- சிறு மைய விசையிலிருந்து கூட மீதமுள்ள ஏற்றத்தாழ்வு பெரிய அதிர்வ உற்பத்தி செய்கிறது.
- பெருக்கம் காரணி (Q-கூறு) பொதுவாக 10–50, முக்கியமாக ஈயலுக்கு நிர্ধारிக்கப்படுகிறது.
- இந்த அனுனாद பெருக்கம் நிர்ణায়க வேகத்தில் தொடர்ச்சியான நடைமுறை எவ்வளவு அழிவுகரமாக இருக்கிறது என்பதற்கான காரணமாகும்.
3. செயல்முறை உதாரணங்கள்
உதாரணம் 1 — சிறிய விசிறி பீடம்
- Unbalance: 10 g at a 100 mm radius = 1000 g·mm
- Speed: 1500 RPM
- Force: F = 1000 × (1500 / 9549)² ≈ 24.7 N (about 2.5 kgf)
உதாரணம் 2 — அதே பீடம், இரட்டை வேகம்
- Unbalance: அதே 1000 g·mm
- Speed: 3000 RPM (இரட்டிப்பு)
- Force: F = 1000 × (3000 / 9549)² ≈ 98.7 N (about 10.1 kgf)
- Lesson: வேகத்தை இரட்டிப்பாக்குவது விசையை நான்கு மடங்காக்கியது — வேக-வர்ગ விதி செயலில் உள்ளது.
உதாரணம் 3 — பெரிய விசுவகச் சுழலி
- Rotor mass: 5000 kg
- Speed: 3600 RPM
- G2.5 இல் அனுமதிக்கப்பட்ட சமநிலையின்மை: eper = 9549 × 2.5 / 3600 ≈ 6.63 g·mm/kg, so U = 6.63 × 5000 ≈ 33,150 g·mm
- Force: F = 33,150 × (3600 / 9549)² ≈ 4,700 N (about 480 kgf)
- Implication: even a “well-balanced” rotor generates substantial rotating forces at speed — here almost half a tonne-force — which is why the residual tolerance still matters.
4. சமநிலைப்படுத்தலில் மைய விசை
சமநிலையற்ற விசை ஒரு திசையன்
- Magnitude: unbalance மற்றும் வேகத்தால் நிர்ணயிக்கப்படுகிறது (F = m × r × ω²).
- Direction: ஆரோடு வெளிப்புறமாக, கனமான இடத்தை நோக்கி.
- Rotation: திசையன் தண்ட வேகத்தில் சுழல்கிறது — 1× running-speed component.
- Phase: எந்த நேரத்திலும் விசையின் கோண நிலை, இது tachometer குறிப்பு பகுப்பாய்வியை அளவிட அனுமதிக்கிறது.
சமநிலை நীதி
சமநிலை சமஞ்ஜசமான மற்றும் எதிர் அপকேந்திர விசையை உற்பத்தி செய்வதன் மூலம் செயல்படுகிறது:
- A சரிசெய்யல் எடை கனமான இடத்திலிருந்து 180° இல் வைக்கப்படுகிறது.
- இது அளவில் சமம் மற்றும் திசையில் எதிரான விசையை உருவாக்குகிறது.
- The vector sum அசல் மற்றும் சரிசெய்தல் விசைகளின் பூஜ்ஜியத்தை நெருங்குகிறது.
- நிகர சுழலும் விசை குறைக்கப்பட்டால், அதிர்வு குறைந்துவிடும்.
Two-Plane Work
For இரு-தளம் சமநிலையமைக்கல், ஒவ்வொரு தளத்திலும் அপகேந்திர விசைகள் நிகர விசை மற்றும் couple. சரிசெய்தல் நிறை சமநிலையற்ற விசை மற்றும் இணையை இரண்டும் ரத்து செய்ய வேண்டும், மற்றும் நிகர விளைவு இரண்டு தளங்களிலிருந்து நிறையின் தொகுப்புகளை திசையன்-சேர்ப்பதன் மூலம் கண்டறியப்படுகிறது. நடுவெளியில் இந்த முழு திசையன் கணக்கீடு போன்ற ஒரு கையடக்க இரட்டை-சேனல் கருவி மூலம் கையாளப்படுகிறது Balanset-1A, இது 1× வீச்சு மற்றும் கட்டம் அளவிடுகிறது, திருப்புகளை பெறுகிறது தாக்க குணகங்கள், மற்றும் இயந்திரத்தின் சொந்த தாங்கு உருளைகளில் இயக்க வேகத்தில் ஒவ்வொரு சரிசெய்தல் நிறை மற்றும் கோணத்தை கணக்கிடுகிறது.
5. தாங்கு உருளை சுமை தாக்கங்கள்
நிலையான விரு இயங்கும் சுமை
- Static load: சுழலியின் எடையிலிருந்து (ஈர்ப்பு) நிறுத்த தாங்கு சுமை.
- மாறும் சுமை (Dynamic load): சமநிலையற்ற அபகேந்திர விசையிலிருந்து சுழலும் சுமை.
- Total load: திசையன் கூட்டுத்தொகை, இது சுழலி திரும்பும் போது சுற்றளவை சுற்றி மாறுகிறது.
- அதிகபட்ச சுமை (Maximum load): நிலையான மற்றும் இயங்குவண நிலைகள் ஒரு தருணத்திற்கு சீரமைக்கப்பட்ட இடத்தில் ஏற்படுகிறது.
தாங்கி ஆயுட்காலத்தில் விளைவு
- உருளை தாங்கியின் ஆயுட்கால (L10) சுமையின் கனசதுரத்திற்கு (L10 ∝ 1/P³) நேர்கோட்டுமுரணாக உள்ளது.
- எனவே இயங்குவண சுமையில் சிறிய அதிகரிப்பு ஆயுட்காலத்தை சமவிகிதமற்ற விதமாக குறைக்கிறது.
- சமநிலையற்ற நிலையிலிருந்து ஏற்படும் மையவிலக்கு விசை தாங்கி சுமையுடன் நேரடியாக சேர்க்கப்படுகிறது.
- நல்ல சமநிலை தர வகுப்பு (G-grade) தாங்கியின் நீண்ட ஆயுட்காலத்திற்கு அவசியமாகும், இது உளளக்க வசதிக்கு மாத்திரம் அல்ல.
6. இயந்திர வேগ வகுப்புகள் முழுவதும் மையவிலக்கு விசை
குறைந்த-வேக உபகரணம் (சுமார் 1000 RPM க்கு கீழ்)
- மையவிலக்கு விசைகள் ஒப்பளவில் குறைந்துள்ளன; நிலையான ஈர்ப்பு சுமைகள் பெரும்பாலும் கலந்திருக்கும்.
- தளர்ந்த சமநிலை சகிப்புத்தன்மை ஏற்றுக்கொள்ளப்படலாம், மற்றும் பெரிய絶對 சமநிலையற்ற நிலைகள் பொறுத்துக்கொள்ளப்படலாம்.
মধ্য-வேग உபকरণ (தோராயமாக 1000–5000 RPM)
- மையவிலக்கு விசைகள் குறிப்பிடத்தக்கவை மற்றும் நிர்வகிக்கப்பட வேண்டும்; பெரும்பாலான தொழிற்சாலை இயন்திரங்கள் இங்கே இருக்கும்.
- Typical சமநிலை தர வகுப்புகள் G2.5 இலிருந்து G16 வரை இயக்குவிக்கவும்.
- சமநிலை தாங்கி ஆயுட்கால மற்றும் அதிர்வ கட்டுப்பாட்டு இரண்டிற்குமே முக்கியமாகும்.
உচ்చ-வேग உபकरణ (சுமார் 5000 RPM க்கு மேல்)
- மையவிலக்கு விசைகள் நிலையான சுமைகளுக்கு மேலோங்கி இருக்கும்.
- மிகவும் கடுமையான சகிப்புத்தன்மை (G0.4 இலிருந்து G2.5) தேவைப்படுகிறது.
- சிறிய சமநிலையற்ற நிலைகள் பிரம்மாண்ட விசைகளை உৎপन்നம் செய்கின்றன, எனவே துல்லியமான சமநிலைக் குறைந்தமாக அவசியமாகும்.
7. விமர্ශனীய வேगங்கள் மற்றும் நমনीய রோட்டர்கள்
அனুनादத்தில் பெருக்கம்
At a critical speed, அதே மைய விசை உள்ளீடு கணினி’ன் Q-அளவு மூலம் பெருக்கப்படுகிறது (பொதுவாக 10–50), எனவே அதிர்வு வீச்சு தீர்க்கமான செயல்பாட்டை விட மிக அதிகமாக இருக்கும் — தீர்க்கமான வேகங்கள் விரைவாக கடக்கப்பட வேண்டியது அல்லது தவிர்க்கப்பட வேண்டிய சாக்கிரதை பெறுவதற்கு இது தெளிவான விளக்கமாகும்.
நমনীய-சுழலி நடத்தை
For நমனીய சுழலிகள் தீர்க்கமான வேகத்திற்கு மேலே இயங்குதல்:
- சுழற்சி மைய விசையின் கீழ் தண்டு வளைகிறது, மற்றும் அந்த விலகல் கூடுதல் விசைபிறழ்ச்சியை சேர்க்கிறது.
- தீர்க்கமான வேகத்திற்கு மேலே, স্ব-நிலையப்படுத்தும் விளைவு நிறுவப்படுகிறது, தாங்கு சுமை குறைகிறது.
- பிற்படாமல், அதிர்வன் உண்மையில் decrease சுழலி அதன் தீர்க்கமான வேகத்திற்கு மேலே பாதுகாப்பாக இருந்தால் ஒருமுறை.
8. சமநிலை தரநிலைக்கான இணைப்பு
சமநிலைப்படுத்தல் தர தரங்கள் in ISO 21940-11 சுழற்சி மைய விசையை கட்டுப்படுத்த முடிந்தளவும் உள்ளன:
- குறைந்த G-எண்கள் குறைந்த சமநிலைக்கேடை அனுமதிக்கின்றன.
- இது எந்த வேகத்திலும் சுழற்சி விசையை கட்டுப்படுத்துகிறது.
- இது சுழற்சி மைய விசைகளை கணினியின் பாதுகாப்பான வடிப்பு கவச வரம்பிற்குள் வைத்திருக்கிறது।
- வெவ்வேறு கணினி வகைகளுக்கு வெவ்வேறு விசை சகிப்புத்தன்மை ஒதுக்கப்பட்டுள்ளன.
9. விசையை அளவிடல் மற்றும் மதிப்பீடு செய்தல்
அதிர்வனில் இருந்து விசைக்கு
விசை பயன்பாட்டு நிலை சமநிலைப்படுத்தலில் நேரடியாக அளவிடப்படுவதில்லை, ஆனால் இது மதிப்பீடு செய்யப்படலாம்: இயங்கு வேகத்தில் அதிர்வு வீச்சு வாசிக்கவும், சுழலியின் அளவுவிலகலிலிருந்து கணினி விறைப்பு மதிப்பீடு செய்யவும் தாக்க குணகங்கள், மற்றும் F ≈ k × விலகல் என்று கணக்கிடவும். பேரிங் சுமையில் எவ்வளவு அசமச்சீர்மையிலிருந்து வருகிறது என்பதை அளவிடுவதற்கு இது ஒரு பயனுள்ள வழியாகும்.
சமநிலைக்கேடுவிலிருந்து விசைக்கு
அசமச்சீர்மை தெரிந்தால், F = m × r × ω² (அல்லது U g·mm இல் இருக்கும்போது F = U × (RPM / 9549)²) என்ற சூத்திரத்திலிருந்து விசை நேரடியாக கிடைக்கிறது, இது எந்த அசமச்சீர்மை மற்றும் வேகத்திற்கும் எதிர்பார்க்கப்படும் விசையை தருகிறது — வடிவமைப்பு சோதனைகள் மற்றும் சகிப்புத்தன்மை சரிபார்ப்பின் அடிப்படை.
சுழற்சி மைய விசை சுழலும் கணினியில் சமநிலைக்கேடு அதிர்வனாக மாற்றப்படும் அடிப்படை தন்ত্రமாகும். வேகத்தின் மீது அதன் இருமடி சார்பு உচ்চ வேகங்களில் சமநிலை தரம் எப்போதும் மிக முக்கியமாகிறதின் காரணம் மற்றும் ஏன் ஒரு சிறிய சமநிலைக்கேடு உচ்च-வேக கணினியில் மகத்தான சுழற்சி விசைகள் மற்றும் சேதகரமான அதிர்வனை வெளிப்படுத்த முடிந்ததன் காரணம்।
