Розуміння системи ротор-підшипник

Пристрої

Портативний балансир та віброаналізатор Balanset-1A.

$2,358.31

Деталі

Датчик вібрації</trp-post-container

$107.47

Деталі

Оптичний датчик (лазерний тахометр)</trp-post-container

$148.07

Пристрої

Balanset-4</trp-post-container

$8,123.32

Деталі

Магнітна підставка Insize-60-kgf</trp-post-container

$54.93

Деталі

Світловідбиваюча стрічка</trp-post-container

$11.94

Пристрої

Динамічні ваги "Балансет-1А" OEM</trp-post-container

$2,071.73

Визначення: Що таке система ротор-підшипник?

A система ротор-підшипник це повний інтегрований механічний вузол, що складається з обертового ротор (вал із прикріпленими компонентами), опорні підшипники, що обмежують його рух і несуть навантаження, та стаціонарна опорна конструкція (корпуси підшипників, опори, рама та фундамент), яка з'єднує підшипники із землею. Ця система аналізується як єдине ціле в динаміка ротора оскільки динамічна поведінка кожного компонента впливає на всі інші.

Замість аналізу ротора окремо, належний динамічний аналіз ротора розглядає систему ротор-підшипник як пов'язану механічну систему, де властивості ротора (маса, жорсткість, демпфування), характеристики підшипника (жорсткість, демпфування, зазори) та властивості опорної конструкції (гнучкість, демпфування) взаємодіють для визначення критичні швидкості, вібрація реакція та стабільність.

Компоненти системи ротор-підшипник

1. Роторний вузол

Обертові компоненти, включаючи:

• Вал: Основний обертовий елемент, що забезпечує жорсткість
• Диски та колеса: Робочі колеса, турбінні колеса, муфти, шківи, що додають масу та інерцію
• Розподілена маса: Ротори барабанного типу або сама маса вала
• Муфти: Підключення ротора до водія або веденого обладнання

Характеристики ротора:

• Розподіл маси вздовж осі
• Жорсткість вала на згин (функція діаметра, довжини, матеріалу)
• Полярний та діаметральний моменти інерції (що впливають на гіроскопічні ефекти)
• Внутрішнє демпфування (зазвичай невелике)

2. Підшипники

Елементи інтерфейсу, що підтримують ротор і дозволяють обертання:

Типи підшипників

• Підшипники кочення: Кулькові підшипники, роликові підшипники
• Підшипники з рідкою плівкою: Підшипники ковзання, підшипники з похилими вкладишами, опорні підшипники
• Магнітні підшипники: Активна електромагнітна підвіска

Характеристики підшипника

• Жорсткість: Опір прогину під навантаженням (Н/м або фунт-сила/дюйм)
• Демпфування: Розсіювання енергії в підшипнику (Н·с/м)
• Маса: Рухомі компоненти підшипників (зазвичай невеликі)
• Допуски: Радіальний та осьовий люфт, що впливає на жорсткість та нелінійність
• Залежність від швидкості: Властивості плівкових підшипників суттєво змінюються зі швидкістю

3. Структура підтримки

Стаціонарні елементи фундаменту:

• Корпуси підшипників: Безпосередня конструкція, що оточує підшипники
• П'єдестали: Вертикальні опори підйомних підшипників
• Опорна плита/Рамка: Горизонтальна конструкція, що з'єднує постаменти
• Фонд: Бетонна або сталева конструкція, що переносить навантаження на ґрунт
• Елементи ізоляції: Пружини, прокладки або кріплення, якщо використовується віброізоляція

Структура підтримки сприяє:

• Додаткова жорсткість (може бути порівнянною або меншою за жорсткість ротора)
• Демпфування через властивості матеріалів та з'єднання
• Маса, що впливає на власні частоти всієї системи

Чому аналіз на системному рівні є важливим

Пов'язана поведінка

Кожен компонент впливає на інші:

• Відхилення ротора створює сили на підшипниках
• Прогин підшипника змінює умови опори ротора
• Гнучкість опорної конструкції дозволяє рух підшипника, впливаючи на видиму жорсткість підшипника
• Вібрація фундаменту подається назад до ротора через підшипники

Власні частоти системи

Власні частоти є властивостями всієї системи, а не окремих компонентів:

• М'які підшипники + жорсткий ротор = нижчі критичні швидкості
• Жорсткі підшипники + гнучкий ротор = вищі критичні швидкості
• Гнучкий фундамент може знизити критичні швидкості навіть за наявності жорстких підшипників
• Власна частота системи ≠ лише власна частота ротора

Методи аналізу

Спрощені моделі

Для попереднього аналізу:

• Проста опорна балка: Ротор як балка з жорсткими опорами (не враховуючи гнучкість підшипників та фундаменту)
• Джеффкотт Ротор: Зосереджена маса на гнучкому валу з пружинними опорами (включаючи жорсткість підшипника)
• Метод матриці переносу: Класичний підхід для багатодискових роторів

Розширені моделі

Для точного аналізу реальної техніки:

• Аналіз кінцевих елементів (МСЕ): Детальна модель ротора з пружинними елементами для підшипників
• Моделі підшипників: Нелінійна жорсткість та демпфування підшипника в залежності від швидкості, навантаження, температури
• Гнучкість фундаменту: МСЕ або модальна модель опорної конструкції
• Зв'язаний аналіз: Повна система, включаючи всі інтерактивні ефекти

Ключові параметри системи

Внески жорсткості

Загальна жорсткість системи є послідовною комбінацією:

• 1/тис._{загальна сума} = 1/k_ротор + 1/тис._{підшипник} + 1/тис._{фундамент}
• Найм'якший елемент домінує над загальною жорсткістю
• Типовий випадок: гнучкість фундаменту зменшує жорсткість системи нижче жорсткості самого ротора

Внески демпфування

• Демпфування підшипника: Зазвичай домінуюче джерело (особливо підшипники з рідкою плівкою)
• Демпфування фундаменту: Структурне та матеріальне демпфування в опорах
• Внутрішнє демпфування ротора: Зазвичай дуже малий, зазвичай занедбаний
• Загальне демпфування: Сума паралельних демпфуючих елементів

Практичні наслідки

Для проектування машин

• Неможливо спроектувати ротор окремо від підшипників та фундаменту
• Вибір підшипника впливає на досяжні критичні швидкості
• Жорсткість фундаменту повинна бути достатньою для підтримки ротора
• Оптимізація системи вимагає одночасного врахування всіх елементів

Для балансування

• Коефіцієнти впливу представляють повну системну реакцію
• Балансування поля автоматично враховує характеристики встановленої системи
• Балансування в цеху на різних підшипниках/опорах може не ідеально передаватися у встановлений стан
• Зміни системи (знос підшипників, осідання фундаменту) змінюють реакцію балансу

Для усунення несправностей

• Проблеми з вібрацією можуть виникати в роторі, підшипниках або фундаменті
• При діагностиці проблем необхідно враховувати всю систему
• Зміни в одному компоненті впливають на загальну поведінку
• Приклад: Погіршення стану фундаменту може знизити критичні швидкості

Загальні конфігурації системи

Проста конфігурація між підшипниками

• Ротор, що підтримується двома підшипниками на кінцях
• Найпоширеніша промислова конфігурація
• Найпростіша система для аналізу
• Стандартний балансування у двох площинах підхід

Конфігурація консольного ротора

• Ротор висувається непереборна підтримка
• Більші навантаження на підшипник від плеча моменту
• Більш чутливий до дисбалансу
• Поширений у вентиляторах, насосах, деяких двигунах

Багатопідшипникові системи

• Три або більше підшипників, що підтримують один ротор
• Більш складний розподіл навантаження
• Вирівнювання між підшипниками є критично важливим
• Поширений у великих турбінах, генераторах, рулонах папероробних машин

З'єднані багатороторні системи

• Кілька роторів, з'єднаних муфтами (мотоцикли-насоси, турбогенератори)
• Кожен ротор має власні підшипники, але системи динамічно пов'язані
• Найскладніша конфігурація для аналізу
• Нерівність при зчепленні створює сили взаємодії

Розуміння обертових машин як інтегрованих систем ротора та підшипників, а не ізольованих компонентів, є основоположним для ефективного проектування, аналізу та усунення несправностей. Системний підхід пояснює багато явищ вібрації та спрямовує належні коригувальні дії для надійної та ефективної роботи.

---

← Назад до головного індексу