Balans Nedir? Ne İşe Yarar?

Balans nedir: Dönen cisimde, merkezden dışa doğru ağırlıkların dengeli olmasına balans denir. Balanssızlık “denge”, “ağırlık” terimleri ile doğrudan ilgilidir. Bir dönme eksenindeki rotorun kütle dağılımı olarak tanımlanabilir. Rotorun dönme dengesizliği balanssızlık olarak adlandırılır.

Rotorun dönüş, devir hızı bu balanssızlığın yarattığı etkiyi doğru orantılı olarak etkiler. Dönüş devri arttıkça balanssızlığın merkez kaç kuvveti üzerindeki etkisi artar. Bu da balanssızlık sonucu ortaya çıkan titreşim rahatsız edici çeşitli gürültülere neden olur.

Elektrik motorların da dönen parçalarında (rotor) atalet ve dönme ekseni ile dönmediğinde balans bozukluğu oluşur.

• Balans bozukluğu, dönme ekseni üzerindeki yataklara dengesiz merkezkaç kuvvetinin etki etmesi,
• Kütlelerinin eşit olmaması,
• Balans bozukluğu, elektrik motorlarında en büyük arıza nedenlerinden biridir.
• Rulman, yatak ve milin kısa sürede arızalanmasına neden olur.
• Balans bozukluğu, motorlarda mekanik gerilmeleri ve titreşimi fazlalaştırır.
• Bunlar motorun ömrünü kısaltır.

Elektrik motorlarında zararlı titreşimler, iki türlü ortaya çıkar.

Elektromanyetik Titreşim

Elektrik motorları çalışırken dönen parçalarında (rotor) nüve üzerinde manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan, nüvenin her tarafına dengeli olarak dağılmalıdır. Aksi taktirde titreşime sebep olur. Rotorlara belirli şekiller verilerek bu titreşimler, belirli ölçüde azaltılır. Elektromanyetik titreşimi azaltmak için rotor çubukları, mil eksenine açı ile yerleştirilir.

Sürüş esnasında araç olması gerektiğinden daha fazla titrer veya sağa veya sola çeker. Bu da rot balans ayarının bozuk olduğunun öncelikli işaretleridir. Özellikle bozuk ve çukurlu yollarda kolaylıkla rot balans ayarı bozulabilir. Balans ayarının 5 bin ile 10 bin km’de bir kontrol ettirilmesi önerilir.

Bozuk Balansın Yan Etkileri

Balans ayarı olmayan motorlar, rulmanların bozulmasına neden olur. Bozulan rulmanlar, yataklarının bozulmasına ve motor kapaklarının kırılmasına neden olur. Mekanik arızaların dışında doğru akım motorlarında komütasyonu(değiştirme, aktarma) bozucu etkisi  vardır. Titreşimler sebebi ile motorun verimi düşer. Sonuç olarak motor mili ve sargıları zarar görür.

Balanssızlık Türleri

• Statik Balanssızlık

Genel olarak disk biçimli rotorlarda, (ince formlu) gözlemlenir. Tek bir düzlemde balanssızlık vardır. Rotorun bu balanssızlık sebebiyle rotor eksenine paralel yönde bir salınım yapar. Tek bir düzlemde (ağırlık merkezi düzleminde) balanslama yaparak giderilir. Rotorun durumuna göre ağırlık ekleme ya da ağırlık eksiltme metodu kullanılır.

• Dinamik Balanssızlık

Bir rotor üzerinde iki farklı düzlemde farklı ağırlık değerlerine ve açılarına sahip balanssızlık ölçülürse, bu dinamik balanssızlık denir. Dinamik balanssızlık statik balansa ek olarak ayrıca rotor eksenine dikey yönde de bir titreşim oluşturur. İki farklı düzlemde balanssızlık ölçümü yapılır, her iki düzlemde de ağırlık ekleme ya da eksiltme yöntemi ile rotor dengelenir.

Titreşimin Sebepleri Nelerdir?

Motorların dönen kısmına iyi balans ayarı yapılmamış ise titreşime neden olur. Rotorlar izole edildikten sonra imalatçı firma tarafından anma devrinin oldukça üstünde bir devirle döndürülür. Merkezkaç kuvvetin etkisiyle sarımlar, yerlerine sıkıca oturup son şeklini alır. Sonra balans ayarı yapılır.

Bazen titreşimin balans alarak giderilebileceği düşünülür. Halbuki titreşimin tek sebebi balanssızlık değildir. Titreşimin sebeplerinden ancak bir tanesi balanssızlıktır.

Titreşime sebep olabilecek nedenler şunlardır:

Hatalı Hizalama

Eğer herhangi bir parçayı tahrik eden motor bir kaplin ile bağlıysa, paralel ve açısal kaçıklık için bir risk vardır. Bu durum radyal ve eksenel yönde 1X ve 2X dönme hızında titreşime neden olur.

Motor ya da parça içindeki çarpıklık, yatakların eksenin (hizanın) dışına çıkmasına sebep olur. Mile dik olmayan rulmanlar da sorun olur.

Hasarlı Rulmanlar

Deliği dar olan bir kasnağa rulman takarken çekiç veya tokmak kullanmak hasar verebilir. Montajda darbeler rulmanlarda oyuklara veya bilye ve bileziklerde çatlamalara sebep olabilir. Rulmanın montaj aparatı yerine vurarak veya çekiçle takılması sonucu rulman bozulabilir. Kasıntı ile mile dik bir şekilde oturmayabilir. Bu durumda görünen bir hasar olmayabilir. Ancak malzemenin şekli değiştiği için, aşınma çok daha kısa bir süre içinde oluşmaya başlar.

Rulmanları yanlış takılmış bir motor da titreşim, ses, sürtünme, kısa ömür gibi olumsuzluklara sebep olur.

Bükülmüş Mil

Özellikle ısınma etkisi düzensizse oda sıcaklığında tam yükte çalışan düz bir milde eğilme olabilir. Aşırı kayış gerginliği bir mili bükebilir, ayrıca kısa sürede rulman arızasına sebep olabilir. Yavaş döndürülmezse uzun millerde sarkma olur. Diğer mil sorunları işleme hatalarının sonucu olabilir.

Yağ Çevrimi

Yağ tabakalı rulmanlarda çok radyal boşluk veya çok küçük radyal yük varsa rulmanlar dengesiz duruma gelebilir. Bunun sonucu milin rulman etrafındaki dönüş hızı milin hızının %50’sinin altına düşecektir. Ana sorun, titreşim enerjisini dağıtacak yeterli sönümlemenin olmamasıdır.

Boşluk

Yere düzgün sabitlenmemiş makinelerde aşırı titreşim olabilir. Makinanın enerjisinin absorbe olmasını kontrol eder. Yetersiz bağlantı çok yüksek genliklerde titreşime sebep olur. Bazen titreşim mil dönüş devrinin 2X veya 3X katıdır.

Fakat bazen parçanın rezonansı ile ilgili olarak farklı frekanslarda ortaya çıkabilir. Bu sorun montaj yüzeyinin düzgün olmamasından kaynaklanır. Ya da motor ayaklarının altına doğru kalınlıkta tek parça yerine, ince ayar pullarının kullanılmasından kaynaklanabilir. Makineler her zaman düzgün bir zemine boşluksuz olarak sabitlenmelidir.

Rulman Yağlaması

Aşırı yağlama rulman bilyeleri ve ruloların dönmesi yerine kaymasına ve bu da aşırı ısıya sebep olabilir. Aşırı yağlama sık karşılaşılan bir sorundur. Yağlama eksikliği ise gürültü ve hızlı aşınmaya sebep olur. Doğru yağ kullanımı (kıvamı, cinsi) önemlidir. Birçok sorunun sebebi doğru olmayan yağlama veya kirlenmiş yağların kullanımından kaynaklanmaktadır.

Aşınmış ve Hasarlı Dişli

Dişliler sessiz ve titreşimsiz çalışması için çok sıkı toleranslarda olmalıdır. Üretimden ve montajdan kaynaklanan küçük hatalar dengesiz yüklenmeye ve hızlı aşınmaya sebep olabilir. Parça yüzeylerindeki aşınmalar vibrasyona sebep olur.

Dişli oranları düzgün seçilmezse (asal sayı dişliler) dişli parça yüzeyinde dalgalanmalara sebep olur. Sürücüsü sık bir dişin, tahrik dişlisindeki dişlere çarpması sonucu hızlı aşınma, gürültü ve titreşime sebep olur. Örneğin; 2/1 dişli oranındaki, sürücü üzerindeki dişli #1, diğer sürücüdeki dişli #1 ile her iki çevriminde bir değer.

Balanssızlık

Rulmanlarda radyal yüklenmelere neden olur. Balanssızlık rotorun bir özelliğidir, motor devrine göre değişiklik göstermez. Titreşim hızı ise, dönme hızı ile doğru orantılı olarak değişir. Merkezkaç kuvveti devrin karesine göre değişir.

Rotor Nasıl Balanssız Hale Gelir?

Çalışan rotorda zaman içinde madde birikimi ve aşınmalar oluşur. Yabancı madde hasarları, termal etkiler, milin bel vermesi ve losyonlar da oluşturabilir. Motorun sökülmesi, rulmanların değiştirilmesi veya temizlenmesi ve tekrar montaj yapılması farklı durumlar oluşturabilir. Bu da istenmeyen sonuçlar doğurabilir.

Titreşimin veya balanssızlığın değişmesi için herhangi bir sebep yoksa, aşırı yükler mil boyunca bir çatlağa sebep olmuş olabilir. Bu çatlak giderilmezse mil kırılabilir. Balanssızlık mil montajının (rulmanlar ile) kütle dağılımının bir özelliğidir. Balanssızlık değişmiş ise mutlaka bazı mekanik değişiklikler buna sebep olmuştur.

Bakım sonrası rotor balanslanarak, kütle dağılımı uygun duruma getirilmelidir. Bu şekilde montaj yapılmalıdır. Son montaj yapıldıktan sonra tekrar balans üzerinde kontrol edilmelidir. Montaj sonrası diğer dönen aksamların da balansı kontrol edilmiş olur. Tolerans dışı olma durumunda tekrar üzerinde son balanslama yapılmalıdır. Bu işlemler parça tiplerine ve özelliklerine göre uygulama değişikliği gösterebilir.