Thuộc chuyên trang Vận hành & bảo trì của cokhi.net. Mất cân bằng (unbalance) của rotor quay là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây rung động máy vượt ngưỡng (xem rung động máy ISO 20816) — ISO 21940 (kế thừa ISO 1940-1) quy định cấp cân bằng cho phép theo loại máy.
Cấp cân bằng G là gì
Cấp cân bằng viết dưới dạng chữ G theo sau bởi một con số (ví dụ G6.3, G2.5, G16) — con số này bằng TÍCH của độ lệch tâm dư cho phép (mm) và vận tốc góc làm việc tối đa (radian/giây). Nguyên tắc đọc: số G càng NHỎ, dung sai mất cân bằng càng CHẶT (yêu cầu cân bằng càng chính xác), số càng lớn càng lỏng.
Các cấp G phổ biến theo loại máy
| Cấp G | Ứng dụng điển hình |
|---|---|
| G2.5 | Turbine, máy nén, thiết bị chính xác cao |
| G6.3 | Máy móc công nghiệp thông thường — bơm, quạt, động cơ điện |
| G16 và cao hơn | Ứng dụng yêu cầu cân bằng thấp hơn |
Công thức tính mất cân bằng cho phép
Uper = 9549 × G × m / n
Trong đó Uper là mức mất cân bằng dư cho phép (g·mm), G là cấp cân bằng, m là khối lượng rotor (kg), n là tốc độ quay (vòng/phút — RPM). Công thức cho thấy: cùng một cấp G, rotor quay CÀNG NHANH thì mức mất cân bằng khối lượng cho phép càng NHỎ — đây là lý do các rotor tốc độ cao (turbine, trục chính máy công cụ tốc độ cao) đòi hỏi cân bằng cực kỳ chính xác dù cấp G áp dụng có thể không phải cấp chặt nhất.
Vì sao mất cân bằng gây hại
Rotor mất cân bằng tạo ra lực ly tâm quay theo cùng tần số với trục — lực này truyền qua ổ trục xuống bệ máy, gây rung động chu kỳ. Rung động do mất cân bằng có đặc trưng nhận diện: biên độ tăng theo BÌNH PHƯƠNG tốc độ quay, và tần số rung chủ đạo trùng đúng tần số quay trục (1×RPM) — đặc điểm này giúp phân biệt mất cân bằng với các nguyên nhân rung động khác (lệch tâm trục, hỏng ổ lăn, cộng hưởng kết cấu) khi phân tích phổ rung động.
Ứng dụng thực tế
Cân bằng động (dynamic balancing) là công đoạn bắt buộc sau khi gia công/lắp ráp các rotor quay tốc độ cao (bánh đà, trục chính máy công cụ, cánh quạt, rotor động cơ điện) — thực hiện trên máy cân bằng chuyên dụng, thêm/bớt khối lượng tại các vị trí xác định để đưa mất cân bằng dư về trong giới hạn cấp G yêu cầu.
Thuật ngữ
- Độ lệch tâm dư (residual eccentricity): khoảng cách còn lại giữa trọng tâm khối lượng rotor và tâm quay hình học sau khi đã cân bằng, không thể triệt tiêu hoàn toàn về 0 trong thực tế.
- Mất cân bằng (unbalance): sự phân bố khối lượng không đối xứng quanh trục quay của rotor, gây lực ly tâm khi quay.
Tài liệu tham khảo
- Vibromera, Balancing Grade: ISO 21940-11 G-Class Selection Chart: https://vibromera.eu/glossary/balancing-grade/
- CIMAT Balancing, ISO 21940 balance quality G grades: https://www.cimat-balancing.com/faq/iso-21940-balance-quality-grades-g/