Розуміння ексцентриситету в обертових машинах
У динаміка ротора, ексцентричність це радіальне зміщення між центром маси ротора (центром ваги) і його геометричним центром - істинним центром вала. В ідеально збалансованому роторі ці два центри збігаються, але виробничі недоліки та нерівномірна щільність матеріалу гарантують, що деякий ексцентриситет майже завжди залишається. Коли ексцентричний ротор обертається, маса, що знаходиться поза центром, створює відцентрова сила, і ця сила є першопричиною дисбаланс вібрація. Іншими словами, ексцентриситет - це геометрія, що лежить в основі найпоширенішої несправності машин.
1. Визначення: Що таке ексцентричність?
Ексцентриситет - це відстань - зазвичай кілька мікрометрів - виміряна перпендикулярно до осі обертання, що відокремлює місце фактичного центрування маси від місця обертання вала. Оскільки це властивість розподілу маси, а не зовнішнього вигляду поверхні, справжній ексцентриситет маси неможливо побачити, і його не можна прочитати за допомогою циферблатного індикатора на нерухомому роторі. Він виявляється лише тоді, коли ротор обертається, і зміщена маса починає створювати відцентрову силу назовні один раз за оберт.
2. Прямий зв'язок між ексцентриситетом і дисбалансом
Ексцентричність і дисбаланс - це дві сторони однієї медалі. Дисбаланс - це міра впливу ексцентриситету на заданій швидкості; ексцентриситет є фізичною причиною. Величина дисбалансу прямо пропорційна масі ротора і його ексцентриситету:
Дисбаланс (U) = Маса (M) × Ексцентриситет (e)
Цей простий продукт пояснює, чому ексцентриситет настільки важливий. Відцентрова сила, яку він створює, зростає зі збільшенням квадрат швидкості обертання, тому навіть кілька мікрометрів ексцентриситету на важкому високошвидкісному роторі можуть створити величезну силу, що призводить до серйозних вібрація і швидкий знос підшипників. Ви можете побачити, як круто ця сила зростає з масою, ексцентриситетом і швидкістю, використовуючи відцентрова сила з калькулятора дисбалансу.
3. Типи ексцентричності
Важливо відрізняти справжню ексцентричність від пов'язаних з нею геометричних недосконалостей, які часто плутають з нею.
Ексцентриситет маси
Справжній ексцентриситет, визначений вище, - це зміщення між центром мас і геометричним центром. Це те, що викликає дисбаланс і є метою кожної процедури балансування. Його неможливо виміряти безпосередньо за допомогою циферблатного індикатора на нерухомому роторі; він проявляється лише динамічно, як сила, що діє один раз за один оберт, напрямок якої (кут важкої точки) визначається за формулою фаза вібрації 1×.
Геометричний ексцентриситет (биття)
Відхилення поверхні ротора від ідеального кола - міра того, наскільки “некруглим” є вал або ротор, також називається механічне биття. Цапфа може бути злегка овальною, або шків може бути оброблений зі зміщенням центру на валу. На відміну від масового ексцентриситету, цей може вимірюється стрілочним індикатором під час повільного обертання. Він не відображає дисбаланс маси безпосередньо, але ексцентрична геометрична форма дуже часто сприяє цьому. Окреме, але тісно пов'язане поняття екцентриситет ротора описує це геометричне зміщення в контексті двигунів і зазорів.
Електричне биття
Зовсім не фізична недосконалість, а артефакт вимірювання, властивий безконтактним методам зонди наближення. Якщо поверхня вала має різну магнітну проникність або електропровідність, датчик повертає помилковий сигнал, який імітує геометричне биття. Цей шум необхідно охарактеризувати і відняти - як правило, за допомогою компенсація кабелю і віднімання повільного биття - під час динамічних випробувань ротора, інакше воно буде маскуватися під реальний рух вала.
4. Причини ексцентричності
Ексцентриситет маси потрапляє в ротор кількома шляхами:
- Виробничі допуски: жоден процес механічної обробки, лиття або складання не є ідеальним, тому невеликі похибки неминучі.
- Неоднорідна щільність матеріалу: включення, порожнечі або пористість у виливку або поковці роблять матеріал неоднорідним і зміщують центр маси.
- Асиметричний дизайн: деякі компоненти, такі як колінчасті вали, за своєю природою є асиметричними.
- Помилки при складанні: шків або підшипник, який не ідеально відцентрований на валу, створює ексцентричну масу.
- Теплові спотворення: нерівномірне нагрівання або охолодження може погнути ротор, тимчасово змістивши його центр мас - a тепловий лук, часто називають тепловим вектором, оскільки мають значення як його розмір, так і напрямок.
5. Як вирішується проблема ексцентричності
Оскільки ексцентриситет маси є причиною дисбалансу, він коригується за допомогою балансування. Додаючи або видаляючи невеликі кількості маси, технік створює протилежну відцентрову силу, яка ефективно притягує центральну лінію маси ротора назад до його геометричної центральної лінії, мінімізуючи результуючу силу і вібрацію, що виникає в результаті. На зібраній машині це робиться на місці: портативний двоканальний аналізатор, такий як Балансет-1а вимірює 1× амплітуду і фазу у власних підшипниках машини, обчислює, наскільки корекційна вага додати і де, а також перевіряє залишковий дисбаланс після цього. Зверніть увагу, що балансування скасовує ефект ексцентриситету; він не зміщує геометричну поверхню, тому ротор з великим геометричним биттям може добре балансувати, але все одно тертися або показувати високі показники на безконтактному датчику.
