ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความไม่สมดุลในเครื่องจักรหมุน
ความไม่สมดุล (ใช้แทนกันได้กับ ความไม่สมดุล) คือสภาวะในการ โรเตอร์ ที่จุดศูนย์กลางมวลไม่ได้อยู่บนแกนการหมุน การเบี่ยงเบนนั้น — ความเยื้องศูนย์ — หมายความว่ามวลกระจายตัวไม่สม่ำเสมอรอบเพลา เมื่อโรเตอร์หมุน มวลที่เบี่ยงเบนจากแกนจะถูกเหวี่ยงออกด้านนอกโดย แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางสร้างน้ำหนักหมุนที่ทำให้คนประแบบและเครื่องจักรทั้งหมดสั่นสะเทือน ความไม่สมดุลคือแหล่งที่มาที่พบมากที่สุดโดยหลาย ๆ เท่าของ การสั่นสะเทือน ในอุปกรณ์หมุนเวียน และเป็นความผิดพลาดที่ การถ่วงสมดุล มีอยู่เพื่อแก้ไข
1. คำนิยามและฟิสิกส์เบื้องหลัง
ในเชิงปริมาณ ความไม่สมดุล U คือผลคูณของมวลเบี่ยงเบนและรัศมีจากแกน — จุดหนักของมวล m ที่อยู่ที่รัศมี r ให้ U = m·r แสดงใน gram-millimetres (g·mm) หรือแกรม-นิ้ว สามารถเขียนเป็นมวลโรเตอร์ทั้งหมดคูณด้วยความเยื้องศูนย์ของจุดศูนย์กลางความโน้มถ่วง (U = M·e) ได้เช่นกัน สิ่งที่สำคัญทางกลศาสตร์คือแรงที่สร้างขึ้น แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็วเชิงมุม:
F = m · r · ω² — เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แรงที่ก่อกวนจะ สี่เท่า.
ความสัมพันธ์ของกำลังสองนี้คือเหตุที่โรเตอร์ที่วิ่งเรียบเนียนด้วยมือสามารถสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงที่ความเร็วในการทำงาน และเหตุที่เครื่องจักรที่เร็วจะต้องสมดุลด้วยความแม่นยำที่สูงกว่าเครื่องจักรที่ช้า แรงนี้หมุนไปกับเพลา ดังนั้นจึงขับเคลื่อนโครงสร้างหนึ่งครั้งต่อการปฏิวัติ — ต้นกำเนิดของลายเซ็นที่เด่นชัดของความไม่สมดุล
2. ลายเซ็นการสั่นสะเทือนแบบคลาสสิก
ความไม่สมดุลเป็นหนึ่งในความผิดพลาดที่เด่นชัดได้ง่ายที่สุด เนื่องจากลายนิ้วมือของมันมีความสม่ำเสมอ:
- ความถี่: การสั่นสะเทือนปรากฏขึ้นที่ตรงเพียงแค่ 1× ความเร็วการหมุน (the ความเร็วเดินเครื่อง)พอเปลี่ยนความเร็ว แล้วจุดสูงสุดติดตามมันได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นลักษณะเด่นที่แยกความแตกต่างออกจากข้อบกพร่องอื่นๆ มากมาย
- ทิศทาง: พลังงานส่วนใหญ่อยู่ที่ แนวรัศมี (แนวนอนและแนวตั้ง) โดยมีเพียงเล็กน้อย แกน (แรงดัน)
- แอมพลิจูด: มันเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็ว ความเร็วเพิ่มเป็นสองเท่า ทำให้การตอบสนองเพิ่มขึ้นประมาณสี่เท่า อย่างที่ฟิสิกส์ข้างต้นพยากรณ์ไว้
- เฟส: 1× เฟส การอ่านค่านั้นมีเสถียรภาพและสามารถทำซ้ำได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้จุดหนักสามารถระบุตำแหน่งและแก้ไขได้อย่างแม่นยำ
คู่ของแอมพลิจูดและเฟสที่เสถียรนั้นเป็นวัตถุดิบสำหรับการแก้ไข: รู้ว่าการตอบสนอง 1× มีขนาดเท่าใดและ โดยที่ ตำแหน่งของจุดต่าง ๆ ช่วยให้นักวิเคราะห์คำนวณขนาดและมุมของตุ้มถ่วงที่ต้องใช้ได้ พีค 1× ล้วน ๆ ที่มีการสั่นสะเทือนตามแนวแกนต่ำ บ่งชี้ถึงความไม่สมดุล ส่วนองค์ประกอบ 2× ที่แรงกลับบ่งชี้ถึง การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง หรือ ความหลวม.
3 ความไม่สมดุลสามประเภท
ความไม่สมดุลแบบคงที่
เรียกอีกอย่างว่า “ความไม่สมดุลของแรง” นี่คือกรณีที่ง่ายที่สุด: มวลหนึ่งออฟเซตในระนาบเดียว เหมือนจุดหนักหนึ่งจุดบนจานบาง กำหนดให้เป็น คงที่ เพราะมันปรากฏเมื่อโรเตอร์อยู่นิ่ง ตั้งไว้บนขอบมีดแบบไม่มีแรงเสียดทาน โรเตอร์จะหมุนไปจนกว่าจุดหนักจะตกหลุดไปที่ด้านล่าง ได้รับการแก้ไขด้วยน้ำหนักเดียวที่วางอยู่ตรงข้าม 180° กับจุดหนัก ซึ่งเป็นสาขาของ การปรับสมดุลระนาบเดียว.
ความไม่สมดุลแบบคู่ควบ
ที่นี่มีจุดหนักเท่ากันสองจุดที่ปลายโรเตอร์ตรงข้าม ห่างกัน 180°พวกมันหักล้างกันเนื่องจากแรงสุทธิ แต่สร้างเป็น คู่ควบ โมเมนต์ที่ไหลวนลองพยายามบิดโรเตอร์ปลายต่อปลาย โรเตอร์ที่มีความไม่สมดุลของคู่บริสุทธิ์มีความสมดุลแบบคงที่ (มันจะไม่หมุนบนขอบมีด) แต่สั่นสะเทือนอย่างหนักเมื่อหมุน การแก้ไขต้องการการเปลี่ยนมวลในระนาบแยกต่างหากอย่างน้อยสองระนาบตามโรเตอร์ ซึ่งเป็นกระบวนการของ
ความไม่สมดุลแบบไดนามิก
ความไม่สมดุลแบบไดนามิก คือส่วนผสมของส่วนประกอบคงที่และคู่บริ การแก้ไขต้องการการเปลี่ยนมวลในระนาบแยกต่างหากอย่างน้อยสองระนาบตามโรเตอร์ ซึ่งเป็นกระบวนการของ การสมดุลแบบไดนามิก (สองระนาบ)กรณีที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด โดยที่ผลกระทบแบบคงที่และคู่บริมีตำแหน่งมุมเดียวกัน เรียกว่า ความไม่สมดุลกึ่งสถิต.
4 สาเหตุทั่วไปของความไม่สมดุล
ความไม่สมดุลอาจเกิดจากการผลิตหรือเกิดขึ้นระหว่างการใช้งาน แหล่งที่มาทั่วไปได้แก่:
- ข้อบกพร่องในการผลิต: ความพรุนในงานหล่อ ความหนาแน่นของวัสดุที่ไม่สม่ำเสมอ และความคลาดเคลื่อนของการตัดเฉือน
- ข้อผิดพลาดในการประกอบ: องค์ประกอบที่ติดตั้งผิด สลักเกลียวที่ขันไม่เท่ากัน หรือกุญแจที่ไม่จัดแนวซึ่งเปลี่ยนการกระจายมวล
- การสึกหรอ: การผลุกร่อนที่ไม่สม่ำเสมอ, การกัดกร่อน หรือ การสึกหรอ บนใบพัดลมและปั๊ม ใบพัด.
- การสะสมวัสดุ: การสะสมของสิ่งสกปรก ฝุ่น หรือสารผลิตภัณฑ์บนโรเตอร์ของแฟน เบลโลว์ และเครื่องแยกสาร
- ความล้มเหลวของส่วนประกอบ: ตุ้มสมดุลที่หลุดออก หรือใบพัดที่แตกหักสร้างสภาวะความไม่สมดุลที่รุนแรงทันที
5. เหตุใดการแก้ไขความไม่สมดุลจึงมีความสำคัญวิกฤต
การทำงานของเครื่องจักรที่มีความไม่สมดุลอย่างมีนัยสำคัญทำให้ความเสียหายเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากแรงหมุนวนทำให้โครงสร้างวนรอบในทุกรอบการหมุน:
- ความเสียหายของตลับลูกปืนก่อนกำหนด: ตลับลูกปืนรับภาระแรงไดนามิกสูงและสึกหรอลงอย่างรวดเร็ว
- ความเมื่อยล้าและการแตกร้าว: ความเค้นแบบวนรอบสะสม ความเหนื่อยล้า ความเสียหายในเพลา ฐานราก และโครงสร้าง
- ประสิทธิภาพที่ลดลง: พลังงานถูกกระจายออกไปเป็นการสั่นและความร้อนแทนที่จะเป็นงานที่มีประโยชน์
- ความเสี่ยงด้านความปลอดภัย: ความไม่สมดุลที่รุนแรงสามารถเพิ่มขึ้นเป็นความล้มเหลวที่หายนะได
6. การวัด การแก้ไข และการกำหนดค่าความไม่สมดุล
ความไม่สมดุลถูกลบออกโดยขั้นตอนการสมดุลที่มีระบบ — หนึ่งในวิธีที่คุ้มค่าที่สุดในการเพิ่มความน่าเชื่อถือของเครื่องจักร บนเครื่องจักรที่ประกอบแล้วนี้ทำได้ในที่ (on-site) แทนที่จะ เครื่องถ่วงดุล: เครื่องวิเคราะห์แบบสองช่องสัญญาณแบบพกพา เช่น Balanset-1A วัดแอมพลิจูด 1× และเฟส คำนวณ ค่าสัมประสิทธิ์อิทธิพล จาก น้ำหนักทดลองและบอกให้วิศวกรทราบมวลและมุมของการแก้ไขที่จำเป็นสำหรับการสมดุลระนาบเดียวหรือสองระนาบ การถ่วงสมดุลภาคสนามเนื่องจากทำงานในตลับลูกปืนของเครื่องจักรเองที่ความเร็วทำงาน จึงบันทึกสถานะการทำงานจริง
การสมดุลไม่เคยเกี่ยวกับการเข้าถึงศูนย์ — เป็นเรื่องของการขับความไม่สมดุลให้ต่ำกว่าขีดจำกัดที่กำหนดไว้ ขีดจำกัดนั้นมาจาก ระดับคุณภาพการสมดุล (G-grade) ระบบของ ISO 21940-11 (ซึ่งแทนที่มาตรฐาน ISO 1940-1 ที่ใช้มานาน) ระดับและความเร็วการใช้งานแปลเป็นสิ่งที่อนุญาต ความไม่สมดุลที่เหลืออยู่ ในหน่วย g·mm; ค่าการมีตัวเลือก เครื่องคำนวณความไม่สมดุลตกค้าง (ISO 21940-11) แปลงระดับที่เลือกและ RPM โดยตรงเป็นค่าที่อนุญาตสำหรับแต่ละระนาบ
