Lực ly tâm trong máy móc quay là gì? • Máy cân bằng di động, máy phân tích rung động "Balanset" dùng để cân bằng động máy nghiền, quạt, máy nghiền, máy khoan trên máy gặt đập liên hợp, trục, máy ly tâm, tua bin và nhiều loại rôto khác Lực ly tâm trong máy móc quay là gì? • Máy cân bằng di động, máy phân tích rung động "Balanset" dùng để cân bằng động máy nghiền, quạt, máy nghiền, máy khoan trên máy gặt đập liên hợp, trục, máy ly tâm, tua bin và nhiều loại rôto khác

Lực ly tâm trong máy móc quay là gì?

Được xuất bản bởi admin trên

Hiểu về lực ly tâm trong máy móc quay

Định nghĩa: Lực ly tâm là gì?

Lực ly tâm là lực hướng ra ngoài biểu kiến mà một khối lượng chuyển động theo quỹ đạo tròn phải chịu. Trong máy móc quay, khi cánh quạt có mất cân bằng—nghĩa là tâm khối lượng của nó lệch khỏi trục quay—khối lượng lệch tâm tạo ra lực ly tâm quay khi trục quay. Lực này hướng ra ngoài theo hướng xuyên tâm từ tâm quay và quay với cùng tốc độ với trục.

Lực ly tâm từ sự mất cân bằng là nguyên nhân chính gây ra rung động trong máy móc quay và là lực mà cân bằng Các quy trình này nhằm mục đích giảm thiểu. Việc hiểu được cường độ và hành vi của nó là nền tảng cho việc phân tích động lực học và độ rung của rô-to.

Biểu thức toán học

Công thức cơ bản

Độ lớn của lực ly tâm được cho bởi:

  • F = m × r × ω²
  • Ở đâu:
  • F = lực ly tâm (Newton)
  • m = khối lượng mất cân bằng (kilôgam)
  • r = bán kính lệch tâm khối lượng (mét)
  • ω = vận tốc góc (radian trên giây) = 2π × RPM / 60

Công thức thay thế sử dụng RPM

Đối với các tính toán thực tế sử dụng RPM:

  • F (N) = U × (RPM/9549)²
  • Trong đó U = mất cân bằng (gam-milimét) = m × r
  • Biểu mẫu này sử dụng trực tiếp các đơn vị mất cân bằng phổ biến trong các thông số kỹ thuật cân bằng

Hiểu biết sâu sắc: Mối quan hệ tốc độ bình phương

Đặc điểm quan trọng nhất của lực ly tâm là sự phụ thuộc của nó vào bình phương tốc độ quay:

  • Nhân đôi tốc độ làm tăng lực lên 4 lần (2² = 4)
  • Tăng gấp ba tốc độ sẽ tăng lực lên 9 lần (3² = 9)
  • Mối quan hệ bậc hai này giải thích tại sao sự mất cân bằng có thể chấp nhận được ở tốc độ thấp lại trở nên nghiêm trọng ở tốc độ cao

Tác động đến độ rung

Mối quan hệ giữa lực và độ rung

Lực ly tâm do mất cân bằng gây ra rung động thông qua cơ chế sau:

  1. Lực ly tâm quay tác dụng vào rôto
  2. Lực truyền qua trục đến ổ trục và giá đỡ
  3. Hệ thống đàn hồi (nền tảng ổ trục rôto) phản ứng bằng cách làm lệch hướng
  4. Độ lệch tạo ra độ rung đo được tại các ổ trục
  5. Mối quan hệ giữa lực và độ rung phụ thuộc vào độ cứng và độ giảm chấn của hệ thống

Tại Resonance

Khi hoạt động ở một tốc độ tới hạn:

  • Ngay cả lực ly tâm nhỏ từ sự mất cân bằng còn lại cũng tạo ra độ rung lớn
  • Hệ số khuếch đại có thể là 10-50 lần tùy thuộc vào giảm chấn
  • Sự khuếch đại cộng hưởng này là lý do tại sao hoạt động tốc độ tới hạn lại nguy hiểm

Dưới cộng hưởng (Hoạt động của rôto cứng)

  • Độ rung gần như tỷ lệ thuận với lực
  • Do đó độ rung ∝ tốc độ² (vì lực ∝ tốc độ²)
  • Tốc độ tăng gấp đôi làm biên độ dao động tăng gấp bốn lần

Ví dụ thực tế

Ví dụ 1: Cánh quạt nhỏ

  • Mất cân bằng: 10 gam ở bán kính 100 mm = 1000 g·mm
  • Speed: 1500 vòng/phút
  • Tính toán: F = 1000 × (1500/9549)² ≈ 24,7 N (2,5 kgf)

Ví dụ 2: Cùng một cánh quạt ở tốc độ cao hơn

  • Mất cân bằng: Cùng 1000 g·mm
  • Speed: 3000 vòng/phút (gấp đôi)
  • Tính toán: F = 1000 × (3000/9549)² ≈ 98,7 N (10,1 kgf)
  • Kết quả: Lực tăng gấp 4 lần với tốc độ tăng gấp 2 lần

Ví dụ 3: Roto tuabin lớn

  • Khối lượng rotor: 5000 kg
  • Độ mất cân bằng cho phép (G 2.5): 400.000 g·mm
  • Speed: 3600 vòng/phút
  • Lực ly tâm: F = 400.000 × (3600/9549)² ≈ 56.800 N (lực 5,8 tấn)
  • Ý nghĩa: Ngay cả các rôto "cân bằng tốt" cũng tạo ra lực đáng kể ở tốc độ cao

Lực ly tâm trong cân bằng

Vector lực mất cân bằng

Lực ly tâm do mất cân bằng là một đại lượng vectơ:

  • Kích cỡ: Được xác định bởi lượng mất cân bằng và tốc độ (F = m × r × ω²)
  • Phương hướng: Hướng ra ngoài theo hướng xuyên tâm về phía điểm nặng
  • Sự quay vòng: Vector quay ở tốc độ trục (tần số 1×)
  • Giai đoạn: Vị trí góc của lực tại bất kỳ thời điểm nào

Nguyên lý cân bằng

Balancing hoạt động bằng cách tạo ra lực ly tâm đối nghịch:

  • Trọng lượng hiệu chỉnh đặt 180° từ điểm nặng
  • Tạo ra lực ly tâm bằng nhau và ngược chiều
  • Tổng vectơ của lực ban đầu và lực hiệu chỉnh tiến tới bằng không
  • Lực ly tâm ròng được giảm thiểu, độ rung giảm

Cân bằng đa mặt phẳng

Vì cân bằng hai mặt phẳng:

  • Lực ly tâm ở mỗi mặt phẳng tạo ra cả lực và mô men
  • Trọng lượng hiệu chỉnh phải triệt tiêu cả sự mất cân bằng lực và sự mất cân bằng cặp
  • Phép cộng vectơ của các lực từ cả hai mặt phẳng xác định lực tổng hợp

Ý nghĩa của tải trọng chịu lực

Tải trọng tĩnh so với tải trọng động

  • Tải trọng tĩnh: Tải trọng chịu lực không đổi từ trọng lượng rôto (trọng lực)
  • Tải trọng động: Tải trọng quay từ lực ly tâm (mất cân bằng)
  • Tổng tải trọng: Tổng vectơ thay đổi xung quanh chu vi khi rôto quay
  • Tải trọng tối đa: Xảy ra khi tải trọng tĩnh và động thẳng hàng

Tác động của vòng bi

  • Tuổi thọ vòng bi tỷ lệ nghịch với tải trọng lập phương (L10 ∝ 1/P³)
  • Sự gia tăng nhỏ trong tải trọng động làm giảm đáng kể tuổi thọ ổ trục
  • Lực ly tâm từ sự mất cân bằng làm tăng tải trọng chịu lực
  • Chất lượng cân bằng tốt là yếu tố cần thiết cho tuổi thọ của ổ trục

Lực ly tâm trong các loại máy khác nhau

Thiết bị tốc độ thấp (< 1000 vòng/phút)

  • Lực ly tâm tương đối thấp
  • Tải trọng tĩnh từ trọng lực thường chiếm ưu thế
  • Chấp nhận dung sai cân bằng lỏng lẻo
  • Có thể dung thứ được sự mất cân bằng tuyệt đối lớn

Thiết bị tốc độ trung bình (1000-5000 vòng/phút)

  • Lực ly tâm đáng kể và phải được quản lý
  • Hầu hết các máy móc công nghiệp trong phạm vi này
  • Chất lượng cân bằng từ G 2.5 đến G 16 điển hình
  • Cân bằng quan trọng đối với tuổi thọ ổ trục và kiểm soát độ rung

Thiết bị tốc độ cao (> 5000 vòng/phút)

  • Lực ly tâm chiếm ưu thế hơn tải trọng tĩnh
  • Yêu cầu dung sai cân bằng rất chặt chẽ (G 0,4 đến G 2,5)
  • Sự mất cân bằng nhỏ tạo ra lực rất lớn
  • Cân bằng chính xác là cực kỳ quan trọng

Lực ly tâm và tốc độ tới hạn

Sự khuếch đại lực tại cộng hưởng

Tại tốc độ tới hạn:

  • Lực ly tâm đầu vào giống nhau
  • Phản ứng của hệ thống được khuếch đại bởi hệ số Q (thường là 10-50)
  • Biên độ rung động vượt xa hoạt động dưới mức tới hạn
  • Trình bày lý do tại sao phải tránh tốc độ tới hạn

Hành vi của rôto linh hoạt

Vì rôto linh hoạt trên tốc độ tới hạn:

  • Trục uốn cong dưới lực ly tâm
  • Độ lệch tạo ra độ lệch tâm bổ sung
  • Hiệu ứng tự định tâm trên tốc độ tới hạn làm giảm tải trọng ổ trục
  • Ngược lại trực giác: độ rung có thể giảm trên tốc độ tới hạn

Mối quan hệ với các tiêu chuẩn cân bằng

Sự mất cân bằng và lực cho phép

Cân bằng các cấp chất lượng trong ISO 21940-11 dựa trên lực ly tâm giới hạn:

  • Số G thấp hơn cho phép ít mất cân bằng hơn
  • Giới hạn lực tương ứng ở mọi tốc độ
  • Đảm bảo lực ly tâm nằm trong giới hạn thiết kế an toàn
  • Các loại thiết bị khác nhau có dung sai lực khác nhau

Đo lường và tính toán

Từ rung động đến lực

Mặc dù lực không được đo trực tiếp trong quá trình cân bằng tại hiện trường, nhưng có thể ước tính lực:

  • Đo biên độ rung động ở tốc độ hoạt động
  • Ước tính độ cứng của hệ thống từ hệ số ảnh hưởng
  • Tính lực: F ≈ k × độ võng
  • Hữu ích cho việc đánh giá sự đóng góp của tải trọng chịu lực từ sự mất cân bằng

Từ mất cân bằng đến sức mạnh

Tính toán trực tiếp nếu biết mất cân bằng:

  • Sử dụng công thức F = m × r × ω²
  • Hoặc F = U × (RPM/9549)² trong đó U tính bằng g·mm
  • Cung cấp lực dự kiến cho bất kỳ mức độ mất cân bằng và tốc độ nào
  • Được sử dụng trong tính toán thiết kế và xác minh dung sai

Lực ly tâm là cơ chế cơ bản mà sự mất cân bằng gây ra rung động trong máy móc quay. Mối quan hệ bậc hai của nó với tốc độ giải thích tại sao chất lượng cân bằng ngày càng trở nên quan trọng khi tốc độ quay tăng lên và tại sao ngay cả những mất cân bằng nhỏ cũng có thể tạo ra lực rất lớn và rung động phá hủy trong thiết bị tốc độ cao.

← Quay lại Mục lục chính

Categories:
WhatsApp