ทำความเข้าใจระบบโรเตอร์-แบริ่ง

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: ระบบโรเตอร์-แบริ่งคืออะไร?

ก ระบบลูกปืนโรเตอร์ เป็นชุดประกอบเชิงกลแบบบูรณาการที่สมบูรณ์ซึ่งประกอบด้วยการหมุน โรเตอร์ (เพลาพร้อมส่วนประกอบที่ยึดติด) ตลับลูกปืนรองรับที่จำกัดการเคลื่อนที่และรับน้ำหนัก และโครงสร้างรองรับแบบคงที่ (ตัวเรือนตลับลูกปืน ฐานรอง โครง และฐานราก) ที่เชื่อมต่อตลับลูกปืนกับพื้น ระบบนี้ได้รับการวิเคราะห์เป็นองค์รวมใน ไดนามิกของโรเตอร์ เนื่องจากพฤติกรรมไดนามิกของส่วนประกอบแต่ละส่วนมีอิทธิพลต่อส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมด.

แทนที่จะวิเคราะห์โรเตอร์แบบแยกส่วน การวิเคราะห์ไดนามิกของโรเตอร์ที่เหมาะสมจะพิจารณาระบบลูกปืนโรเตอร์เป็นระบบกลไกที่เชื่อมโยงกัน โดยที่คุณสมบัติของโรเตอร์ (มวล ความแข็ง การหน่วง) ลักษณะการรับน้ำหนัก (ความแข็ง การหน่วง ระยะห่าง) และคุณสมบัติของโครงสร้างรองรับ (ความยืดหยุ่น การหน่วง) ทั้งหมดจะโต้ตอบกันเพื่อกำหนด ความเร็ววิกฤต, การสั่นสะเทือน การตอบสนอง และความเสถียร.

ส่วนประกอบของระบบโรเตอร์-แบริ่ง

1. ชุดโรเตอร์

ส่วนประกอบที่หมุนได้ ได้แก่:

• เพลา: องค์ประกอบหมุนหลักที่ให้ความแข็งแกร่ง
• ดิสก์และล้อ: ใบพัด, ล้อกังหัน, ข้อต่อ, รอกที่เพิ่มมวลและความเฉื่อย
• มวลกระจาย: โรเตอร์แบบดรัมหรือมวลเพลาเอง
• ข้อต่อ: การเชื่อมต่อโรเตอร์กับไดรเวอร์หรืออุปกรณ์ขับเคลื่อน

ลักษณะของโรเตอร์:

• การกระจายมวลตามแนวแกน
• ความแข็งในการดัดเพลา (ฟังก์ชันของเส้นผ่านศูนย์กลาง ความยาว วัสดุ)
• โมเมนต์ความเฉื่อยเชิงขั้วและเชิงเส้นผ่านศูนย์กลาง (ส่งผลต่อเอฟเฟกต์ไจโรสโคปิก)
• การหน่วงภายใน (โดยทั่วไปจะมีขนาดเล็ก)

2. ตลับลูกปืน

องค์ประกอบอินเทอร์เฟซที่รองรับโรเตอร์และให้หมุนได้:

ประเภทของตลับลูกปืน

• ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง: ตลับลูกปืน, ตลับลูกปืนลูกกลิ้ง
• ตลับลูกปืนฟิล์มของไหล: ตลับลูกปืนแบบแกน, ตลับลูกปืนแผ่นเอียง, ตลับลูกปืนกันรุน
• ตลับลูกปืนแม่เหล็ก: การแขวนลอยแม่เหล็กไฟฟ้าแบบแอคทีฟ

ลักษณะการรับน้ำหนัก

• ความแข็ง: ความต้านทานต่อการโก่งตัวภายใต้แรงกด (N/m หรือ lbf/in)
• การลดแรงสั่นสะเทือน: การสูญเสียพลังงานในตลับลูกปืน (N·s/m)
• มวล: ชิ้นส่วนตลับลูกปืนเคลื่อนที่ (โดยทั่วไปจะมีขนาดเล็ก)
• การเคลียร์: การเล่นแนวรัศมีและแนวแกนที่ส่งผลต่อความแข็งและความไม่เป็นเชิงเส้น
• การพึ่งพาความเร็ว: คุณสมบัติของการรับน้ำหนักฟิล์มของไหลเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามความเร็ว

3. โครงสร้างรองรับ

องค์ประกอบฐานคงที่:

• ตลับลูกปืน: โครงสร้างทันทีที่ล้อมรอบตลับลูกปืน
• ฐานรอง: ตัวรองรับแนวตั้งสำหรับยกตลับลูกปืน
• แผ่นฐาน/เฟรม: โครงสร้างแนวนอนเชื่อมต่อฐาน
• พื้นฐาน: โครงสร้างคอนกรีตหรือเหล็กที่ถ่ายโอนน้ำหนักลงสู่พื้นดิน
• องค์ประกอบการแยก: สปริง แผ่นรอง หรือตัวยึด หากใช้การแยกการสั่นสะเทือน

โครงสร้างสนับสนุนมีส่วนช่วย:

• ความแข็งเพิ่มเติม (อาจเทียบเท่าหรือต่ำกว่าความแข็งของโรเตอร์)
• การหน่วงผ่านคุณสมบัติของวัสดุและข้อต่อ
• มวลที่ส่งผลต่อความถี่ธรรมชาติของระบบโดยรวม

เหตุใดการวิเคราะห์ระดับระบบจึงมีความจำเป็น

พฤติกรรมที่จับคู่กัน

ส่วนประกอบแต่ละอย่างจะส่งผลต่อส่วนประกอบอื่นๆ:

• การเบี่ยงเบนของโรเตอร์ สร้างแรงให้กับตลับลูกปืน
• การเบี่ยงเบนของตลับลูกปืน การเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขการรองรับโรเตอร์
• โครงสร้างรองรับความยืดหยุ่น ช่วยให้แบริ่งเคลื่อนที่ได้ ส่งผลต่อความแข็งของแบริ่งที่ชัดเจน
• การสั่นสะเทือนของฐานราก ป้อนกลับไปยังโรเตอร์ผ่านตลับลูกปืน

ความถี่ธรรมชาติของระบบ

ความถี่ธรรมชาติเป็นคุณสมบัติของระบบทั้งหมด ไม่ใช่ส่วนประกอบแต่ละส่วน:

• ตลับลูกปืนอ่อน + โรเตอร์แข็ง = ความเร็ววิกฤตต่ำลง
• ตลับลูกปืนแข็ง + โรเตอร์ยืดหยุ่น = ความเร็ววิกฤตที่สูงขึ้น
• ฐานรากที่ยืดหยุ่นสามารถลดความเร็วที่สำคัญได้แม้จะมีตลับลูกปืนที่แข็ง
• ความถี่ธรรมชาติของระบบ ≠ ความถี่ธรรมชาติของโรเตอร์เพียงอย่างเดียว

วิธีการวิเคราะห์

แบบจำลองที่เรียบง่าย

สำหรับการวิเคราะห์เบื้องต้น:

• คานรองรับแบบเรียบง่าย: โรเตอร์เป็นคานที่มีตัวรองรับแบบแข็ง (ละเลยความยืดหยุ่นของการรับน้ำหนักและฐานราก)
• เจฟคอตต์ โรเตอร์: มวลรวมบนเพลาแบบยืดหยุ่นพร้อมตัวรองรับแบบสปริง (รวมถึงความแข็งของตลับลูกปืน)
• วิธีการถ่ายโอนเมทริกซ์: แนวทางคลาสสิกสำหรับโรเตอร์หลายแผ่น

โมเดลขั้นสูง

เพื่อการวิเคราะห์เครื่องจักรจริงอย่างแม่นยำ:

• การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์ (FEA): แบบจำลองโดยละเอียดของโรเตอร์พร้อมองค์ประกอบสปริงสำหรับตลับลูกปืน
• รุ่นตลับลูกปืน: ความแข็งและการหน่วงของตลับลูกปืนแบบไม่เชิงเส้นเทียบกับความเร็ว ภาระ อุณหภูมิ
• ความยืดหยุ่นของฐานราก: FEA หรือแบบจำลองโมดัลของโครงสร้างรองรับ
• การวิเคราะห์แบบคู่: ระบบเต็มรูปแบบรวมถึงเอฟเฟกต์โต้ตอบทั้งหมด

พารามิเตอร์ระบบคีย์

ผลกระทบจากความแข็ง

ความแข็งของระบบทั้งหมดเป็นการรวมแบบอนุกรม:

• 1/k_{ทั้งหมด} = 1/k_{โรเตอร์} + 1/k_{แบริ่ง} + 1/k_{พื้นฐาน}
• องค์ประกอบที่อ่อนนุ่มที่สุดครอบงำความแข็งโดยรวม
• กรณีทั่วไป: ความยืดหยุ่นของฐานรากช่วยลดความแข็งของระบบที่ต่ำกว่าความแข็งของโรเตอร์เพียงอย่างเดียว

การมีส่วนช่วยในการลดแรงสั่นสะเทือน

• การหน่วงลูกปืน: โดยทั่วไปแล้ว แหล่งหลัก (โดยเฉพาะตลับลูกปืนที่มีฟิล์มของไหล)
• การหน่วงฐานราก: การหน่วงโครงสร้างและวัสดุในส่วนรองรับ
• การหน่วงภายในโรเตอร์: โดยทั่วไปมีขนาดเล็กมาก มักถูกละเลย
• การหน่วงรวม: ผลรวมขององค์ประกอบการหน่วงแบบขนาน

ผลกระทบเชิงปฏิบัติ

สำหรับการออกแบบเครื่องจักร

• ไม่สามารถออกแบบโรเตอร์โดยแยกจากตลับลูกปืนและฐานรากได้
• การเลือกตลับลูกปืนมีผลต่อความเร็ววิกฤตที่สามารถทำได้
• ความแข็งของฐานรากต้องเพียงพอต่อการรองรับโรเตอร์
• การเพิ่มประสิทธิภาพระบบต้องพิจารณาองค์ประกอบทั้งหมดพร้อมกัน

เพื่อความสมดุล

• Influence coefficients แสดงการตอบสนองของระบบที่สมบูรณ์
• การปรับสมดุลของสนาม คำนึงถึงคุณลักษณะของระบบที่ติดตั้งโดยอัตโนมัติ
• การปรับสมดุลของร้านค้าบนตลับลูกปืน/การรองรับที่แตกต่างกันอาจไม่ถ่ายโอนไปยังสภาพที่ติดตั้งได้อย่างสมบูรณ์แบบ
• การเปลี่ยนแปลงระบบ (การสึกหรอของตลับลูกปืน การทรุดตัวของฐานราก) การเปลี่ยนแปลงการตอบสนองความสมดุล

สำหรับการแก้ไขปัญหา

• ปัญหาการสั่นสะเทือนอาจเกิดจากโรเตอร์ ตลับลูกปืน หรือฐานราก
• ต้องพิจารณาระบบทั้งหมดเมื่อวินิจฉัยปัญหา
• การเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบหนึ่งส่งผลต่อพฤติกรรมโดยรวม
• ตัวอย่าง: การเสื่อมสภาพของฐานรากอาจทำให้ความเร็ววิกฤตลดลง

การกำหนดค่าระบบทั่วไป

การกำหนดค่าระหว่างตลับลูกปืนแบบง่าย

• โรเตอร์รองรับด้วยตลับลูกปืนสองตัวที่ปลาย
• การกำหนดค่าทางอุตสาหกรรมที่พบมากที่สุด
• ระบบการวิเคราะห์ที่ง่ายที่สุด
• มาตรฐาน การปรับสมดุลสองระนาบ เข้าใกล้

การกำหนดค่าโรเตอร์แบบยื่นเกิน

• โรเตอร์ขยายออก เกินกำลังรับน้ำหนัก
• ภาระการรับน้ำหนักที่สูงขึ้นจากแขนโมเมนต์
• ไวต่อความไม่สมดุลมากขึ้น
• พบได้ทั่วไปในพัดลม ปั๊ม และมอเตอร์บางชนิด

ระบบแบริ่งหลายตัว

• ตลับลูกปืนสามตัวขึ้นไปรองรับโรเตอร์ตัวเดียว
• การกระจายโหลดที่ซับซ้อนมากขึ้น
• การจัดตำแหน่งระหว่างตลับลูกปืนเป็นสิ่งสำคัญ
• พบได้ทั่วไปในกังหันขนาดใหญ่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ม้วนกระดาษ

ระบบมัลติโรเตอร์แบบคู่

• โรเตอร์หลายตัวเชื่อมต่อกันด้วยข้อต่อ (ชุดมอเตอร์-ปั๊ม ชุดกังหัน-เครื่องกำเนิดไฟฟ้า)
• โรเตอร์แต่ละตัวจะมีตลับลูกปืนของตัวเองแต่ระบบจะเชื่อมต่อแบบไดนามิก
• การกำหนดค่าที่ซับซ้อนที่สุดสำหรับการวิเคราะห์
• การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง ที่การเชื่อมโยงสร้างแรงปฏิสัมพันธ์

การทำความเข้าใจเครื่องจักรหมุนในฐานะระบบแบริ่งโรเตอร์แบบบูรณาการ แทนที่จะเป็นส่วนประกอบแยกส่วน ถือเป็นพื้นฐานสำคัญของการออกแบบ การวิเคราะห์ และการแก้ไขปัญหาอย่างมีประสิทธิภาพ มุมมองระดับระบบสามารถอธิบายปรากฏการณ์การสั่นสะเทือนมากมาย และแนะนำแนวทางการแก้ไขที่เหมาะสมเพื่อการทำงานที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ.

---

← กลับสู่ดัชนีหลัก