Balansering av roterande massor
Balanseringen av roterande kroppar är viktig för att undvika vibrationer . I tunga industrimaskiner som gasturbiner och elektriska generatorer kan vibrationer orsaka katastrofala fel , såväl som buller och obehag. I fallet med ett smalt hjul innebär balansering helt enkelt att tyngdpunkten flyttas till rotationscentrum. För att ett system ska vara i fullständig balans bör både kraft- och parpolygonerna vara nära för att förhindra effekten av centrifugalkraft. Det är viktigt att designa maskindelarna klokt så att obalansen reduceras till minsta möjliga nivå eller elimineras helt.
Statisk balans
Statisk balans uppstår när ett föremåls tyngdpunkt är på rotationsaxeln . Föremålet kan därför förbli stationärt, med axeln horisontell, utan att anbringa någon bromskraft. Den har ingen tendens att rotera på grund av tyngdkraften. Detta ses på cykelhjul där den reflekterande plattan är placerad mittemot ventilen för att fördela massans centrum till hjulets mitt. Andra exempel är slipstenar, skivor eller bilhjul. Att verifiera statisk balans kräver friheten för föremålet att rotera med så lite friktion som möjligt.
Denna kan vara försedd med vassa, härdade kniveggar, justerade att vara både horisontella och parallella. Alternativt ersätts ett par fritt löpande kullagerbanor för varje knivegg, vilket minskade kraven på horisontellt och parallellt. Objektet är antingen axiellt symmetriskt som ett hjul eller måste förses med en axel. Den snurras långsamt och när den kommer till vila stannar den i ett slumpmässigt läge om den är statiskt balanserad. Om inte, fästs ett klister eller clip on vikt säkert för att uppnå balans.
Dynamisk balans
Ett roterande system av massa är i dynamisk balans när rotationen inte producerar någon resulterande centrifugalkraft eller par. Systemet roterar utan att kräva applicering av någon yttre kraft eller par, annat än vad som krävs för att bära upp dess vikt. Om ett system initialt är obalanserat, för att undvika belastningen på lagren som orsakas av centrifugalparet, måste utjämningsvikter läggas till.
Detta syns när ett cykelhjul får en bucklig fälg. Hjulet kommer inte att rotera till ett föredraget läge, men eftersom en viss fälgmassa är förskjuten, uppstår ett vinglande par som leder till en dynamisk vibration. Om ekrarna på detta hjul inte kan justeras för att centrera fälgen, används en alternativ metod för att ge dynamisk balans.
För att korrigera dynamisk obalans finns det tre krav: 1) ett sätt att snurra föremålet 2) en ram för att tillåta föremålet att vibrera vinkelrätt mot dess rotationsaxel 3) Ett sätt att upptäcka obalansen genom att känna av dess vibrerande förskjutning, vibrationshastighet eller (helst) dess momentana acceleration.
Om föremålet är skivliknande kan vikter fästas nära kanten för att minska den avkända vibrationen. Detta kallas dynamisk balansering i ett plan. Om föremålet är cylinder- eller stavliknande kan det vara att föredra att utföra tvåplansbalansering, som håller ena ändens spinnaxel stadigt, medan den andra ändens vibration reduceras. Då frigörs den närmaste änden för att vibrera, medan den bortre ändens spinnaxel är fixerad, och vibrationen reduceras igen. Vid precisionsarbete kan denna tvåplansmätning itereras.
Dynamisk balansering var tidigare provinsen för dyr utrustning, men användare med bara enstaka behov av att dämpa löpande vibrationer kan använda de inbyggda accelerometrarna i en smart telefon och en spektrumanalysapplikation. Se ref 3 till exempel. Ett mindre tråkigt sätt att uppnå dynamisk balans kräver bara fyra mätningar. 1) initial obalansavläsning 2) en obalansavläsning med en testmassa fäst på en referenspunkt 3) Testmassan flyttade sig till 120 grader framåt och obalansen noterades igen. 4) Testmassan förflyttades slutligen till 120 grader bakom referenspunkten. Dessa fyra avläsningar är tillräckliga för att definiera storleken och positionen för en slutlig massa för att uppnå god balans. Ref 4
För produktionsbalansering observeras fasen av dynamisk vibration med dess amplitud. Detta gör att dynamisk balans i ett slag kan uppnås med ett enda snurr, genom att lägga till en massa av internt beräknad storlek i en beräknad position. Detta är den metod som vanligtvis används för att dynamiskt balansera bilhjul med däck installerade med hjälp av clip-on bly (eller för närvarande zink) "hjulvikter".
Obalanserade system
När ett obalanserat system roterar genereras periodiska linjära och/eller torsionskrafter som är vinkelräta mot rotationsaxeln. Den periodiska naturen hos dessa krafter upplevs vanligen som vibrationer. Dessa vibrationskrafter utanför axeln kan överskrida designgränserna för enskilda maskinelement , vilket minskar livslängden för dessa delar. Till exempel kan ett lager utsättas för vinkelräta vridkrafter som inte skulle inträffa i ett nominellt balanserat system, eller så kan de momentana linjära krafterna överskrida lagrets gränser. Sådana överdrivna krafter kommer att orsaka fel i lager under korta tidsperioder. Schakt med obalanserad massa kan böjas av krafterna och drabbas av utmattningsbrott .
Under förhållanden där rotationshastigheten är mycket hög även om massan är låg, som i gasturbiner eller jetmotorer, eller under förhållanden där rotationshastigheten är låg men massan är hög, som i fartygspropellrar, bör balansen i det roterande systemet vara högt . övervägas, eftersom det kan generera stora vibrationer och orsaka fel på hela systemet.
3 https://www.instructables.com/Dynamic-Motor-Balancing-with-Sugru-and-an-iPhone/
4 http://www.conradhoffman.com/Balancing.xls