Dünaamilise tasakaalustamise teooria ja praktika: Põhjalik juhend

Avaldatud 22. juuli 2025 | Kategooria: Ekspertteadmised

1. Mis on rootor ja miks tekib vibratsioon?

Rootor on keha, mis pöörleb ümber telje ja mida hoiavad tugedes selle laagripinnad. Need laagripinnad (sageli nimetatakse neid kaeladeks) kannavad koormused üle laagritele.

Ideaalselt tasakaalustatud rootori mass on jaotunud sümmeetriliselt ümber pöörlemistelje. Pöörlemisel mõjub igale elemendile tsentrifugaaljõud, mis on suunatud väljapoole. Tasakaalustatud rootoris tühistavad sümmeetriliste elementide tsentrifugaaljõud üksteist ja kogujõud laagritele on null.

Kui see sümmeetria on aga häiritud (näiteks ebaühtlase massi tõttu), tekib tasakaalustamata tsentrifugaaljõud. See jõud muudab igal pöördel suunda ja tekitab laagritele dünaamilise koormuse, mis põhjustab nende kiirenenud kulumist ja vibratsiooni.

Tasakaalustamine on protsess selle tasakaalustamatuse kõrvaldamiseks, lisades sihipäraselt tasakaalustusmassi, et taastada rootori sümmeetria.

2. Jäigad vs. paindlikud rootorid

Sõltuvalt materjali tugevusest ja tsentrifugaaljõudude suurusest eristatakse kahte tüüpi rootoreid:

• Jäigad rootorid (Rigid Rotors): Need deformeeruvad tsentrifugaaljõudude mõjul töökiirusel vaid vähesel määral. Enamik üldmasinaehituse rootoreid kuulub sellesse kategooriasse ja siin kirjeldatud meetodid kehtivad nende kohta.
• Paindlikud rootorid (Flexible Rotors): Nende deformatsiooni ei saa eirata ja see nõuab keerukamaid tasakaalustamismeetodeid. Rootor võib madalatel pööretel käituda nagu jäik ja kõrgetel pööretel nagu paindlik rootor.

3. Tasakaalustamatuse tüübid: Staatiline ja dünaamiline

Oleme seda olulist erinevust juba käsitlenud eraldi artiklis, kuid siin on veel kord põhisõnum:

• Staatiline tasakaalustamatus eksisteerib ka seistes. "Raske punkt" pöördub raskusjõu mõjul allapoole. See on tüüpiline kitsastele, kettakujulistele rootoritele.
• Dünaamiline (või momendi) tasakaalustamatus ilmneb ainult pöörlemisel. See tekib kahest tasakaalustamata massist erinevates tasapindades, mis tekitavad kallutusmomendi. Seda tüüpi tasakaalustamatus on tüüpiline pikkadele rootoritele ja seda ei saa staatiliselt korrigeerida.

Teoreetiliselt on tõestatud, et jäiga rootori tasakaalustamatuse täielikuks kõrvaldamiseks piisab kahest korrektsioonimassist kahes erinevas tasapinnas. Need kompenseerivad nii staatilise kui ka dünaamilise tasakaalustamatuse.

4. Vibratsiooni tegelikud põhjused

On oluline mõista, et tasakaalustamatus ei ole ainus vibratsiooni põhjus. Tasakaalustamine saab kõrvaldada ainult need vibratsioonid, mis on põhjustatud ebasümmeetrilisest massijaotusest.

Seetõttu on ülioluline: Defektne mehhanism tuleb esmalt parandada ja alles seejärel tasakaalustada. Tasakaalustamine ei asenda remonti!

5. Resonantsi probleem

Igal mehaanilisel süsteemil on omaomavõnkesagedus. Kui rootori töökiirus läheneb sellele sagedusele, suureneb vibratsiooni amplituud dramaatiliselt – tekib mehaaniline resonants. Selles seisundis on normaalne tasakaalustamine võimatu, kuna vähimadki pöörete muutused põhjustavad massiivseid vibratsioonimuutusi.

Õigesti konstrueeritud mehhanism peaks olema projekteeritud nii, et selle töökiirus oleks resonantsisagedusest kaugel. Tasakaalustuspingid, mis töötavad allpool oma resonantsisagedust, on "jäigalt toetatud" (doresonant), samas kui need, mis töötavad ülalpool, on "pehmetel tugedel" (soft-bearing).