หาค่าความสมดุลของชิ้นงาน (Balancing) ทำอย่างไร ตอน 2

หาค่าความสมดุลของชิ้นงาน (Balancing)

ในตอนที่แล้วได้อธิบายถึง Unbalanced ในแบบ Single Mass ไปแล้ว (หาค่าความสมดุลของชิ้นงาน (Balancing) ทำอย่างไร ตอน 1) ในส่วนของตอนที่ 2 ก็จะอธิบายต่อกันด้วยเรื่อง Unbalanced แบบ Multiple Mass ในกรณีที่อยู่บนระนาบเดียวกัน (In-Plane)

รูปที่ 1 แสดงตัวอย่างปัญหา Multiple Mass Unbalanced (in-plane) (a) เป็นตัวอย่างแบบง่าย และ (b) ตัวอย่างใบพัดลมอุตสาหกรรม

เพื่อให้ง่ายต่อการทำความเข้าใจจึงขอยกตัวอย่างปัญหาดังรูปที่1 (a) มาใช้สำหรับการอธิบายโดยตัวอย่างจะประกอบด้วยมวล m1, m2, m3ที่มีระยะจากแกนหมุนของเพลาถึงจุดศูนย์กลางของมวล(COM) r1, r2, r3 และองศาการวางตัวของมวลจะห่างกัน 120 องศา โดยให้ ณ ตำแหน่งของ m1 เป็นตำแหน่งอ้างอิง (0 องศา) รายละเอียดสามารถดูเพิ่มเติมได้จากตารางที่ 1

ตารางที่ 1 แสดงข้อมูลของ m1, m2 และ m3

จากรูปที่ 1 (a) นั้นจะแสดงให้เห็นตำแหน่ง COM ของแต่ละมวล และตำแหน่ง COM ของงานประกอบซึ่งไม่ได้อยู่บนแกนหมุนของเพลาเมื่อได้เห็นแบบนี้แล้วมั่นใจได้ว่างานประกอบชิ้นนี้ต้องเกิด Unbalanced ทั้งในแบบ Static และ Dynamic อย่างแน่นอน

เรื่องของการเซ็ตอัพ (สามารถเข้าไปดูในตอน 1 ได้ครับ) ส่วนความเร็วรอบของมอเตอร์ที่ใช้สำหรับปัญหานี้จะใช้ความเร็วรอบของมอเตอร์ที่ 200RPM หลังจากที่ทำ Motion Analysis และสั่งพล็อตค่า Reaction Force ในทิศทาง Z จะพบว่ามี Unbalanced Force ขนาด 2N ดังรูปที่ 3 ซึ่งยิ่งค่าความเร็วรอบสูงขึ้นขนาดของ Unbalanced Force ก็จะสูงตามไปด้วย

รูปที่ 2 แสดงรายละเอียดการเซ็ตอัพในการทำ Motion Analysis

รูปที่ 3 แสดงขนาดของ Unbalanced Force ที่เกิดขึ้น

สำหรับการแก้ปัญหา Unbalanced Force ในกรณีนี้นั้น เราอาจใช้วิธีการที่เรียกว่า Graphical Method หรือ Traditional Method เขียน Force Polygon (ขออนุญาติทับศัพท์) ขึ้นมาเพื่อหาขนาดของ Counter Force และตำแหน่งที่จะต้องติดตั้ง Balanced Mass ในการถ่วงสมดุล และลดการสั่นที่เกิดขึ้น

แรงที่เกิดขึ้นกับมวลทั้งสามก้อนจะเป็นลักษณะของแรงเหวี่ยวหนีศูนย์กลาง หรือที่เรียกว่า Centrifugal Force สามารถคำนวณหาขนาดของแรงได้จาก

ทำการคำนวณหาขนาดของ F1, F2 และ F3 แล้วนำมาสร้างเป็น Force Polygon เราสามารถใช้ซอฟต์แวร์เขียนแบบในการสร้างเส้นเพื่อตัดปัญหาการสเกลขนาดของแรง ให้ใช้สเกล 1:1 แทน ขนาดของแรงทั้งสามสามารถดูได้จากตารางที่ 2

ตารางที่ 2 แสดงผลการคำนวณค่าแรงจากมวลแต่ละก้อน

เมื่อนำข้อมูลมาสร้างเป็น Force Polygon ดังรูปที่ 4 ก็จะสามารถหาขนาดของ Counter Force และองศาที่จะทำการติดตั้ง Balanced Mass (ทั้งหมดจากการวัดขนาด) ได้

รูปที่ 4 แสดง Force Polygon ของตัวอย่างปัญหาที่ยกมาอธิบาย (ไม่ใช่ขนาดจริง)

จากนั้นทำการคำนวณย้อนกลับเพื่อหาขนาดของ m_b โดยสมมติ r_b มีค่าเท่ากับ r₃ จะได้ผลตามที่แสดงในตารางที่ 3

ตารางที่ 3 แสดงรายละเอียดของ F_b, r_b, θ_b และ m_b

เมื่อทดลองติดตั้ง m_b ณ ที่ตำแหน่ง θ_b และระยะ r_b จะเห็นได้ว่า COM ของงานประกอบจะย้ายจากตำแหน่งเดิมมาอยู่บนแกนหมุนของเพลาแทน หลังจากที่ทำ Motion Analysis และสั่งพล็อตค่า Reaction Force ในทิศทาง Z จะพบว่ามี Unbalanced Force ขนาดน้อยมากๆ แทบจะมีค่าเท่ากับศูนย์

รูปที่ 5 แสดงผลการแก้ไข Unbalanced Force (a) ตำแหน่งที่ติดตั้ง Balanced Mass, (b) ผลการวิเคราะห์ Motion Analysis

ข้อมูลเพิ่มเติม SOLIDWORKS Motion : https://bit.ly/3aqLn3J