ทำความเข้าใจช่วงแบริ่งในไดนามิกของโรเตอร์

อุปกรณ์

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

อะไหล่

Vibration sensor

$107.47

อะไหล่

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

อุปกรณ์

Balanset-4

$8,123.32

อะไหล่

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

อะไหล่

Reflective tape

$11.94

อุปกรณ์

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

คำจำกัดความ: ช่วงแบริ่งคืออะไร?

ช่วงรับน้ำหนัก (เรียกอีกอย่างว่าระยะห่างระหว่างตลับลูกปืนหรือช่วงรองรับ) คือระยะห่างจากจุดศูนย์กลางถึงจุดศูนย์กลางระหว่างตลับลูกปืนรองรับหลักสองตัวของ โรเตอร์. พารามิเตอร์ทางเรขาคณิตนี้เป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดใน ไดนามิกของโรเตอร์ เพราะมันส่งผลโดยตรงต่อความแข็งในการดัดของเพลา ซึ่งจะกำหนดในทางกลับกัน ความเร็ววิกฤต, การเบี่ยงเบนสูงสุด ภาระการรับน้ำหนัก และพฤติกรรมไดนามิกของโรเตอร์โดยรวม.

สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางเพลาและวัสดุที่กำหนด การเพิ่มช่วงเพลาจะลดความแข็ง (เพลามีความยืดหยุ่นมากขึ้น) และลดความเร็ววิกฤต ในขณะที่การลดช่วงเพลาจะเพิ่มความแข็งและเพิ่มความเร็ววิกฤต ความสัมพันธ์นี้ทำให้ช่วงเพลาเป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญในเครื่องจักรหมุน.

ผลกระทบต่อความแข็งของโรเตอร์

ความสัมพันธ์ระหว่างกลศาสตร์ของลำแสง

เพลาระหว่างตลับลูกปืนทำหน้าที่เป็นคาน และความแข็งของเพลาจะเป็นไปตามสมการคานพื้นฐาน:

• การเบี่ยงเบน ∝ L³ / (E × I)
• โดยที่ L = ช่วงรับน้ำหนัก (ความยาว)
• E = โมดูลัสความยืดหยุ่นของวัสดุ
• I = โมเมนต์ความเฉื่อยของเพลา (แปรผันตามเส้นผ่านศูนย์กลาง⁴)
• ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญ: การเบี่ยงเบน (และความยืดหยุ่น) จะเพิ่มขึ้นตามระยะลูกบาศก์

ผลกระทบเชิงปฏิบัติ

• การเพิ่มช่วงรับน้ำหนักเป็นสองเท่าจะเพิ่มการโก่งตัว 8× (2³ = 8)
• การลดช่วงโดย 25% ช่วยลดการเบี่ยงเบนได้ประมาณ 58%
• การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในตำแหน่งของตลับลูกปืนอาจส่งผลต่อความแข็งได้มาก
• ช่วงมีอิทธิพลมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางเพลาสำหรับโรเตอร์ยาว

ผลกระทบต่อความเร็ววิกฤต

ความสัมพันธ์พื้นฐาน

สำหรับโรเตอร์แบบง่าย (เพลาสม่ำเสมอ มวลรวมที่จุดศูนย์กลาง) อันดับแรก ความถี่ธรรมชาติ คือประมาณ:

• ฟ ∝ √(ก/ม) โดยที่ k = ความแข็งของเพลา, m = มวลโรเตอร์
• เนื่องจากความแข็ง ∝ 1/L³ ดังนั้น ฟ ∝ 1/ล^(3/2)
• กฎปฏิบัติ: ความเร็ววิกฤตแรกแปรผกผันกับช่วงแบริ่งเป็นกำลัง 1.5

ผลกระทบต่อการออกแบบ

• ช่วงสั้นกว่า: ความเร็ววิกฤตที่สูงขึ้น โรเตอร์ที่แข็งขึ้น ดีกว่าสำหรับการทำงานความเร็วสูง
• ช่วงยาวขึ้น: ความเร็ววิกฤตที่ต่ำกว่า โรเตอร์ที่ยืดหยุ่นมากขึ้น อาจทำงานเป็นโรเตอร์ที่ยืดหยุ่นได้
• การเพิ่มประสิทธิภาพ: ความสมดุลระหว่างการเข้าถึงได้ (ช่วงที่ยาวกว่าดีกว่า) และความแข็ง (ช่วงที่สั้นกว่าดีกว่า)

ตัวอย่างการคำนวณ

พิจารณาโรเตอร์มอเตอร์ที่มีความเร็ววิกฤตแรกที่ 3,000 รอบต่อนาทีที่ช่วงแบริ่ง 500 มม.:

• หากเพิ่มช่วงแบริ่งเป็น 600 มม. (เพิ่ม 20%):
• ความเร็ววิกฤตลดลงเหลือ 3000 / (600/500)^1.5 ≈ 2600 RPM
• การลดความเร็ววิกฤตของ 13% อาจทำให้ความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วในการทำงานมากขึ้น

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ

การเลือกช่วงแบริ่ง

วิศวกรจะต้องสร้างสมดุลให้กับปัจจัยหลายประการเมื่อวางตำแหน่งตลับลูกปืน:

ข้อจำกัดทางกลไก

• ขนาดโครงและตัวเรือนเครื่องจักร
• ตำแหน่งส่วนประกอบโรเตอร์ (ใบพัด ข้อต่อ ฯลฯ)
• ทางเข้าเพื่อการบำรุงรักษาและประกอบ
• ข้อกำหนดการเชื่อมต่อและไดรฟ์

ข้อกำหนดไดนามิกของโรเตอร์

• การแยกความเร็ววิกฤต: ตำแหน่งตลับลูกปืนเพื่อวางความเร็ววิกฤต ±20-30% จากความเร็วในการทำงาน
• แข็งเทียบกับยืดหยุ่น: ช่วงที่สั้นกว่าจะทำให้โรเตอร์แข็งขึ้น ส่วนช่วงที่ยาวกว่าอาจต้องใช้งานเนื่องจากโรเตอร์มีความยืดหยุ่น
• ขีดจำกัดการเบี่ยงเบน: ให้แน่ใจว่าการเบี่ยงเบนสูงสุดจะไม่ทำให้เกิดการเสียดสีหรือความเสียหายของซีล
• การรับน้ำหนัก: ช่วงที่ยาวขึ้นช่วยลดภาระของตลับลูกปืนสำหรับน้ำหนักโรเตอร์ที่กำหนด

การผลิตและการประกอบ

• ช่วงที่ยาวขึ้นทำให้เข้าถึงการปรับสมดุลและการประกอบได้มากขึ้น
• การปรับตำแหน่งตลับลูกปืนง่ายขึ้นด้วยช่วงที่มองเห็นได้
• ช่วงที่สั้นกว่ามีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น ต้องใช้วัสดุโครงน้อยลง

ผลกระทบต่อภาระการรับน้ำหนัก

การกระจายโหลด

ระยะช่วงของตลับลูกปืนส่งผลต่อการกระจายน้ำหนักโรเตอร์และแรงไปยังตลับลูกปืน:

• ช่วงยาวขึ้น: ภาระแบริ่งที่ต่ำลงสำหรับน้ำหนักโรเตอร์ที่เท่ากัน (แขนคันโยกที่ยาวขึ้น)
• ช่วงสั้นกว่า: รับน้ำหนักได้มากขึ้นแต่กระจายได้สม่ำเสมอมากขึ้น
• น้ำหนักบรรทุกที่เกิน: ผลกระทบของ ส่วนประกอบที่ยื่นออกมา ขยายด้วยช่วงที่ยาวขึ้น

โหลดแบบไดนามิกจากความไม่สมดุล

• การรับน้ำหนักแบบไดนามิกจาก ความไม่สมดุล ขึ้นอยู่กับการเบี่ยงเบน
• ช่วงที่ยาวขึ้นช่วยให้เกิดการโก่งตัวมากขึ้น สามารถลดภาระการรับน้ำหนักได้
• แต่ยังเพิ่มแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนอีกด้วย
• การแลกเปลี่ยนระหว่างอายุการใช้งานของตลับลูกปืนและระดับการสั่นสะเทือน

ความสัมพันธ์กับเส้นผ่านศูนย์กลางเพลา

จะต้องพิจารณาช่วงแบริ่งร่วมกับเส้นผ่านศูนย์กลางเพลา:

อัตราส่วนช่วงต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง (L/D)

• ล/ด < 5: โรเตอร์มีความแข็งมากและมีพฤติกรรมแข็งทื่อโดยทั่วไป
• 5 < ลิตร/วัน < 20: ความยืดหยุ่นปานกลาง เครื่องจักรอุตสาหกรรมส่วนใหญ่
• ล/ด > 20: สิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาเกี่ยวกับโรเตอร์ที่มีความยืดหยุ่นสูงและยืดหยุ่น

กลยุทธ์การเพิ่มประสิทธิภาพ

• ช่วงคงที่: เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางเพื่อเพิ่มความเร็ววิกฤต
• เส้นผ่านศูนย์กลางคงที่: ลดช่วงเพื่อเพิ่มความเร็ววิกฤต
• การเพิ่มประสิทธิภาพแบบผสมผสาน: ปรับทั้งสองอย่างเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านความเร็วและการเบี่ยงเบนที่สำคัญ
• ข้อจำกัดในทางปฏิบัติ: ข้อจำกัดด้านพื้นที่มักจะกำหนดพารามิเตอร์หนึ่งอย่าง

การกำหนดค่าตลับลูกปืนหลายแบบ

การรองรับแบบสองตลับลูกปืนมาตรฐาน

• การกำหนดค่าที่พบบ่อยที่สุด
• ช่วงรับน้ำหนักหนึ่งช่วงกำหนดระบบ
• การวิเคราะห์และการออกแบบที่เรียบง่าย

ระบบแบริ่งหลายตัว

โรเตอร์ที่มีตลับลูกปืนมากกว่าสองตัวจะมีช่วงหลายช่วง:

• สามตลับลูกปืน: สองช่วง (เช่น มอเตอร์ที่มีลูกปืนตรงกลาง)
• สี่หรือมากกว่า: หลายช่วง ต้องมีการวิเคราะห์ที่ซับซ้อน
• ช่วงที่มีประสิทธิภาพ: สำหรับการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน อาจจำเป็นต้องกำหนดช่วงที่มีประสิทธิภาพสำหรับแต่ละโหมด
• ไดนามิกแบบคู่: สแปนโต้ตอบกัน ส่งผลต่อพฤติกรรมของระบบโดยรวม

การวัดและการตรวจสอบ

การตรวจสอบตามแบบที่สร้างไว้

• วัดช่วงแบริ่งจริงในระหว่างการติดตั้ง
• ตรวจสอบข้อกำหนดการออกแบบที่ตรงกัน (โดยทั่วไปความคลาดเคลื่อน ±5 มม.)
• เอกสารมิติตามที่สร้างไว้สำหรับการคำนวณไดนามิกของโรเตอร์
• ตรวจสอบการจัดตำแหน่งของเส้นกึ่งกลางของตลับลูกปืน

ผลของการเปลี่ยนแปลงการติดตั้ง

• ข้อผิดพลาดของตำแหน่งตลับลูกปืนส่งผลต่อความเร็ววิกฤตที่คาดการณ์ไว้
• การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องทำให้เกิดภาระเพิ่มเติม
• การทรุดตัวของฐานรากอาจเปลี่ยนแปลงช่วงเวลาที่มีประสิทธิภาพเมื่อเวลาผ่านไป
• การเจริญเติบโตทางความร้อนอาจเปลี่ยนช่วงที่มีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิการทำงาน

การดัดแปลงและการปรับปรุง

เมื่อใดจึงควรปรับเปลี่ยนช่วงแบริ่ง

การพิจารณาเปลี่ยนตำแหน่งตลับลูกปืนเมื่อ:

• การทำงานใกล้ความเร็ววิกฤตเกินไป (เลื่อนตลับลูกปืนเพื่อเปลี่ยนความเร็ววิกฤต)
• การเบี่ยงเบนของเพลามากเกินไปทำให้เกิดการเสียดสีหรือปัญหาในการซีล
• การรับน้ำหนักมากเกินไปหรือกระจายไม่สม่ำเสมอ
• การแปลงจากการทำงานของโรเตอร์แบบแข็งเป็นแบบยืดหยุ่น (หรือในทางกลับกัน)

ความท้าทายของการปรับเปลี่ยนช่วง

• การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง: อาจต้องมีการปรับเปลี่ยนโครงหรือที่อยู่อาศัย
• ผลกระทบจากการจัดตำแหน่ง: การเปลี่ยนตำแหน่งตลับลูกปืนส่งผลต่อการจัดตำแหน่งกับอุปกรณ์ขับเคลื่อน
• ค่าใช้จ่าย: ต้นทุนการปรับเปลี่ยนที่สำคัญจะต้องได้รับการพิสูจน์ด้วยผลประโยชน์
• จำเป็นต้องมีการตรวจสอบ: จำเป็นต้องมีการทดสอบเพื่อยืนยันการปรับปรุง

ระยะช่วงแบริ่งเป็นพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตพื้นฐานที่มีอิทธิพลอย่างมากต่อพฤติกรรมการเคลื่อนที่ของโรเตอร์ การเลือกที่เหมาะสมระหว่างการออกแบบและการตรวจสอบที่แม่นยำระหว่างการติดตั้งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการบรรลุการแยกความเร็ววิกฤตตามที่ต้องการ ระดับการสั่นสะเทือนที่ยอมรับได้ และการทำงานที่เชื่อถือได้ในระยะยาวของเครื่องจักรหมุน.

---

← กลับสู่ดัชนีหลัก