+7 (988) 379-41-22
ВИДЫ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРА
Балансировка – это процедура, направленная на уравновешивание масс вращающегося ротора. В процессе работы их неравномерное распределение приводит к возникновению вибраций, влекущих за собой повышение нагрузки на подшипники, фундамент и другие элементы агрегатов. Следствием такого воздействия становится сокращение срока службы оборудования. Для предотвращения износа необходимо знать, как балансируют ротор.
СТАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА
Существуют следующие методы данного вида балансировки:
Подбор корректирующей массы. Статическая балансировка ротора используется при малой угловой скорости по направлению оси вращения. Процедура выполняется в определенной последовательности. Сначала ротор укладывается на горизонтальную плоскость. Под действием момента силы тяжести он начинает катиться, пока не займет устойчивое положение. При этом тяжелая часть ротора оказывается внизу. С целью балансировки деталь поворачивается на 90° так, чтобы данная точка оказалась в горизонтальной плоскости. В противоположной части устанавливается уравновешивающая масса.
Круговой обход. По окружности ротор условно делится на 8 равных частей, на которые наносятся пометки. Деталь помещается в балансировочное оборудование таким образом, чтобы первая точка оказалась в горизонтальной плоскости. В этом месте устанавливается масса, поворачивающая ротор на 45°. Таким способом в горизонтальную плоскость переходит вторая точка. Использованный груз снимается и взвешивается. Ко второй точке подбирается новая масса, приводящая к повороту ротора еще на 45° к следующей отметке. Процедура повторяется для всех точек.
ДИНАМИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА
Данный тип балансировки направлен на устранение статического и моментного дисбалансов. Она выполняется при помощи следующих методов:
Обход грузом. При данной динамической балансировке роторов проводится измерение амплитуды вибрации незакрепленного подшипника. К делениям с торцевой стороны детали прикрепляется пробный груз. После этого выполняется измерение резонансных колебаний, которые вызывает уравновешивающая масса. Результаты отражаются на графике для проведения расчетов. При необходимости на торце ротора изменяется расположение груза и его масса. Если в одной плоскости первой опоры деталь уравновешивается, проводится закрепление ее второго торца, и процедура повторяется с применением корректировочного и добавочного грузов.
Максимальные отметки. Цилиндрическая часть ротора, или шейка, покрывается мелом. Одна опора детали закрепляется при свободной балансировке второй в вертикальной плоскости. Ротор подвергается вращению. Во время резонансных оборотов при максимальной амплитуде на забеленную поверхность наносятся отметки. Середина их расположения – это место боя ротора. Данная отметка переносится на торцевую часть детали. На этой же поверхности со смещением на 90° оставляется вторая точка, в которой устанавливается пробный груз. В процессе вращения ротора на те же места наносятся новые отметки. Совпадение свидетельствует о правильном размещении груза, но недостаточной массе. Поэтому данный показатель увеличивается до момента отсутствия отдельных отметок. Аналогичной процедуре подвергается вторая опора.
ВИДЫ БАЛАНСИРОВОЧНЫХ СТАНКОВ ПО КОЛИЧЕСТВУ СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ РОТОРА
Балансировочный станок представляет собой высокоточное оборудование, оснащенное электронной измерительной системой, с помощью которой определяется величина и место неуравновешенности статического или динамического типа в симметричных по отношению к оси вращения роторах. Данные агрегаты производятся:
С неподвижной осью ротора. Этот вид балансировочных станков отличается одной степенью свободы вращающейся детали. Неуравновешенность в данном случае определяется с помощью измерений вибрации опор. Их распределение обусловливается размещением центра масс по отношению к подшипникам или плоскостям. В процессе работы с тяжелыми роторами используется их осевой привод и неподвижное основание в виде пола или фундамента агрегата. Мягкая подвеска станка вызывает вибрацию подшипников. В связи с этим для калибровки агрегата используется тарировочный ротор. При вращении легких деталей вибрация позволяет сохранять соотношение сил. В данном случае масса плиты, установленной на пружинах подвески, превышает вес ротора.
С фиксированной осью ротора. В этом типе балансировочных станков предусматриваются две степени свободы ротора. Агрегаты характеризуются жесткой связью между колеблющейся рамой и основанием в перпендикулярном к оси направлении. Это оборудование функционирует в резонансном режиме. Значительные угловые колебания рамы позволяют проводить точные измерения. При этом требуется применение привода, обеспечивающего постоянную частоту вращения. Процедуры балансировки, выполняющиеся на данном оборудовании, основываются на измерении дисбаланса в двух плоскостях, поочередно совмещающихся с фиксированной осью. В процессе работы с тяжелыми и средними роторами станки устанавливаются на изолированном фундаменте, с легкими – на плитах с мягкой подвеской.
С фиксированной плоскостью колебаний оси ротора. Станки данной группы имеют три степени свободы вращающейся детали. В процессе их работы дисбаланс определяется по колебаниям опор в двух корректирующих плоскостях за один пуск. Точность измерений в малой степени зависит от внешних вибраций. Это объясняется возможностью настройки собственной частоты колебаний вращающейся детали. При работе с роторами малых электродвигателей возможно значительное влияние вертикальных помех. Для их устранения выполняется виброизоляция посредством подвески с резиновыми подкладками или изолированного фундамента. Станки работают в зарезонансном режиме.
С пространственным колебанием оси ротора. Такие станки имеют семь степеней свободы детали. Во время вращения ось ротора перемещается вместе с колеблющейся рамой. По движениям ее произвольной точки определяются вибрации только статического или моментного дисбаланса. При этом возможность произвольного перемещения точек позволяет проектировать специализированные станки для определенного вида балансировки. Агрегаты обеспечивают жесткость во всех осях вращения. Зачем нужны балансировочные станки данного типа? Они применяются для определения дисбаланса при работе с гибкими роторами. Вследствие отсутствия жесткой связи с фундаментом система позволяет задавать параметры, снижающие чувствительность агрегата к внешним вибрациям. Существует функция выбора направления для проведения измерения колебаний.
[[:gray_block:]]
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА БАЛАНСИРОВКИ
МЕТОДЫ БАЛАНСИРОВКИ
Методы балансировки классифицируют по ряду признаков:
- по назначению — балансировка деталей, жестких, квазигибких и гибких роторов в сборе, роторов на месте установки
- по частоте вращения ротора при балансировке — без вращения детали, низкочастотная и высокочастотная балансировка
- по числу плоскостей коррекции — одно, двух- и многоплоскостная балансировка
- по измеряемому параметру при балансировке — с измерением амплитуды, фазы, амплитуды и фазы перемещения, виброскорости, виброускорения, усилия в опорах, напряжений в роторе
- по числу измеряемых параметров при балансировке — один, два, более двух параметров
- по способу корректировки масс — добавлением, уменьшением или перемещением корректирующих масс
- по способу, нахождения зависимости дисбалансов в плоскостях коррекции от измеряемых параметров — экспериментальный (метод пробных пусков), расчетный, экспериментально-расчетный.
Основными методами балансировки жестких роторов в сборе являются методы низкочастотной динамической балансировки в одной или двух плоскостях коррекции. Зависимости дисбалансов в плоскостях коррекции от измеряемых параметров устанавливают методом пробных пусков или путем предварительного расчета.
Методы низкочастотной балансировки квазигибких роторов отличаются от методов низкочастотной балансировки жестких роторов тем, что дисбалансы в плоскостях коррекции устанавливают по определенному закону. Для роторов с известным распределением дисбалансов применяют методы балансировки по главному вектору и главному моменту. При этом используют две или три плоскости коррекции. Роторы с неизвестным распределением дисбалансов балансируют во многих плоскостях коррекции, распределяя корректирующие массы по длине ротора пропорционально, смещению оси ротора относительно главной центральной оси инерции или другому закону.
Методы балансировки гибких роторов требуют высокой частоты вращения, многих плоскостей коррекции и измерения перемещений ротора в нескольких сечениях и вибраций опор. Зависимости дисбалансов в плоскостях коррекции находят экспериментальным и экспериментально-расчетным способами.
Для достижения 1-го и 2-го классов точности балансировки жестких и квазигибких роторов применяют метод, высокочастотной балансировки роторов на месте установки. Как правило, балансировку проводят в одной или двух плоскостях коррекции методом пробных пусков по измерениям амплитуд вибраций корпуса или опорных стоек. Высокочастотную балансировку гибких роторов на месте установки выполняют экспериментально-расчетными методами.
Совершенство метода балансировки определяется значением достижимого остаточного дисбаланса в плоскости коррекции, коэффициентом уменьшения дисбаланса за одну корректировку масс и продолжительностью балансировки.
Выбор метода балансировки зависит от технических требований на балансировку, организационных и экономических условий данного производства. Метод балансировки выбирают на стадии проектирования ротора, доводочных испытаниях и технологической подготовки производства.
СРЕДСТВА БАЛАНСИРОВКИ
Средства балансировки разделяют на:
- технологическое оборудование (в том числе контрольное и испытательное)
- технологическую оснастку (в том числе инструменты и средства контроля)
- средства механизации и автоматизации производственных процессов
К технологическому оборудованию для реализации процесса балансировки относят: балансировочные и металлорежущие станки и другое оборудование.
Балансировочный станок — станок, с помощью которого определяют и уменьшают дисбалансы ротора, их классифицируют по следующим признакам:
- по назначению — для статической и динамической балансировки
- по режиму работы — дорезонансные, зарезонансные и резонансные
- по виду привода вращения балансируемого ротора — с приводным валом, приводным ремнем, собственным приводом изделия
- по оснащенности средствами корректировки масс — снабженные средствами корректировки масс, измерительные
- по уровню автоматизации — с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы и автоматические линии станков
- по паспортному порогу чувствительности — нормальной и повышенной точности.
На станке для статической балансировки можно определить главный вектор дисбалансов ротора:
- при помощи силы тяжести на невращающемся роторе
- на вращающемся роторе (в динамическом режиме)
На станках для динамической балансировки неуравновешенный ротор вращается с постоянной частотой в специальных опорах.
В зависимости от режима работы вращение происходит вокруг главной центральной оси инерции ротора (зарезонансный станок) или оси ротора (дорезонансный станок).
На дорезонансных станках измеряют динамические усилия в опорах и по законам статики находят дисбалансы в плоскостях коррекции несбалансированного ротора.
На зарезонансных станках измеряют вибрации опор и экспериментально устанавливают связь вибраций опор с дисбалансами в плоскостях коррекции ротора.
Высокочастотные станки для динамической балансировки называемые разгонно-балансировочными стендами, оборудованы бесконтактными датчиками для измерения перемещений вращающегося ротора в нескольких сечениях.
Станки для динамической балансировки имеют индикаторы дисбаланса: измерительные приборы, аналоговые или цифровые вычислительные машины, позволяющие получать информацию о дисбалансах ротора. Комплект измерительных приборов с вибродатчиками, позволяющий получить информацию о дисбалансах ротора при балансировке на месте в собственных подшипниках и опорах без установки на балансировочный станок, называют балансировочным комплектом.
Металлорежущие станки в процессе балансировки применяют для корректировки масс снятием материала с поверхностей ротора. Для этого используют станки токарной группы, а также сверлильные, фрезерные и шлифовальные станки.
Корректировку масс ротора осуществляют и с помощью других станков и агрегатов, например, сварочных агрегатов, лазеров, электрохимических станков и т. д.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА
К ней относят:
- приспособления для балансировочных и металлорежущих станков
- средства контроля
- слесарно-сборочный, режущий инструмент и вспомогательные материалы
Приспособления для металлорежущих станков предназначены для связывания обрабатываемой детали (ротора) при корректировке масс со станком и режущим инструментом. Для этих целей используют универсальные или специальные станочные приспособления. Наиболее распространены машинные тиски, патроны, кондукторы, планшайбы и т. п.
Выполнение подготовительных, рабочих и заключительных операций процесса балансировки сопровождается техническим контролем линейных, угловых размеров и массы. Для этих целей применяют контрольно-измерительный инструмент и приборы, обеспечивающие заданную точность измерений, высокую достоверность, малую трудоемкость.
При балансировке используют как простые средства измерений (металлические линейки, щупы, технические уровни), так и более сложные — штангенинструменты, микрометры, рычажно-механические приборы (индикаторы часового типа).
В зависимости от конструкции станка, балансируемого ротора, способа корректировки масс применяют общеслесарный или специальный сборочный инструмент, резцы, фрезы, сверла и другой режущий инструмент.
В процессе технического обслуживания станков, подготовки роторов к балансировке используют смазочные масла, обтирочные противокоррозионные и другие вспомогательные материалы.
Средства механизации и автоматизации. Наряду со станками-автоматами и полуавтоматами, автоматическими линиями актуальны средства малой механизации и автоматизации.
Механизация направлена на частичную или полную замену ручного труда человека машиной с сохранением участия человека в ее управлении. Автоматизация процесса направлена на передачу машинам и приборам функций управления, ранее выполнявшихся человеком.
Избранные главы из книги Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.
[[:gray_block:]] МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО ДИСБАЛАНСА РОТОРА
Дисбаланс ротора представляет собой векторную величину, которая равна произведению веса детали на расстояние от ее оси до центра масс. Данное явление возникает при производстве или восстановлении изделий, а также при сборке агрегатов. Его количественное значение изменяется. Дисбаланс подлежит устранению во избежание преждевременного износа не только деталей, но и всего агрегата в целом. Процедура балансировки выполняется посредством установки противовесов или снятия металла на тяжелых участках ротора. Корректировка проводится на максимальном радиусе. Это обусловливается тем, что при увеличении расстояния от оси увеличивается влияние груза на равновесие детали. После завершения балансировки смещение центра масс сохраняется. Оно называется остаточным дисбалансом и оценивается несколькими методами.
ОЦЕНКА НА НИЗКОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
Для оценки остаточного дисбаланса применяется способ, основывающийся на его сравнении с предельными значениями, предусмотренными в ГОСТ 22061. В качестве оборудования для проведения процедуры используются низкоскоростные балансировочные станки. Оценка данного типа дисбаланса выполняется после установки всех элементов ротора: зубчатых колес, полумуфт и др. Во время процедуры деталь подвергается вращению на балансировочной скорости с целью измерения углов и значений дисбалансов во всех плоскостях.
ОЦЕНКА НА НЕСКОЛЬКИХ СКОРОСТЯХ ВРАЩЕНИЯ
Оценка данного вида дисбаланса выполняется для учета его распределения. Для проведения процедуры используются данные о гибкости ротора. С целью оценки уравновешенности выполняются расчеты по эквивалентным остаточным модальным дисбалансам для всех мод. Процедура проходит в несколько этапов. Сначала ротор устанавливается в балансировочный агрегат и подвергается вращению. Задается скорость, приближенная к аналогичному критическому показателю изгибных колебаний. После этого проводится считывание значений вибрации, возникающей на опорах подшипника. На ротор устанавливаются пробные массы так, чтобы дисбаланс, который они вызывают, был достаточным для оказания влияния на колебания детали. После снятия показаний массы удаляются. Далее задается скорость, близкая ко второму аналогичному критическому показателю изгибных колебаний. Процесс повторяется для всех мод.
ОЦЕНКА НА РАБОЧЕЙ СКОРОСТИ
Остаточный вид дисбаланса ротора может оцениваться по двум заданным корректирующим плоскостям. При использовании рабочей скорости вращения осуществляется подбор их оптимального положения. Испытания проводятся на балансировочном оборудовании, в котором ротор устанавливается на опорные подшипники. Во время оценки дисбаланса на рабочей скорости датчики, измеряющие вибрации опоры, вала или подшипника, не имеют резонансов, способных оказать влияние на показания. Если привод оборудования создает дополнительный дисбаланс, то данное значение компенсируется.
Динамически неуравновешенный ротор при балансировке рассматривают как полностью сбалансированный ротор, в плоскостях коррекции которого прикреплены точечные неуравновешенные массы. При вращении такого ротора с постоянной угловой скоростью вокруг неподвижной оси возникают переменные нагрузки на опорах ротора и изгиб его оси. Нагрузки на опорах ротора пропорциональны дисбалансам во всех плоскостях коррекции
Коэффициент пропорциональности называют балансировочной чувствительностью, или чувствительностью по дисбалансу, и обозначают двумя индексами: первый индекс соответствует названию опоры, а второй - номеру плоскости коррекции. Балансировочная чувствительность зависит от частоты вращения ротора при балансировке, расстояния от плоскости коррекции до опоры, массы, жесткости, демпфирования и других параметров ротора и опор. В общем случае а - векторная величина, определяющая отношение изменения вибраций опоры к изменению измеряемого значения дисбаланса. Балансировочную чувствительность находят путем расчета или экспериментально.
Для жесткого ротора достаточно измерить нагрузки или вибрации опор на постоянной частоте вращения для того, чтобы определить главный вектор и главный момент дисбалансов или два вектора дисбалансов. Эти векторы в общем случае разные но значению и непараллельные, лежат в двух произвольных плоскостях, перпендикулярных оси ротора, и полностью определяют его динамическую неуравновешенность. Корректировку масс также достаточно провести в двух плоскостях.
Дисбалансы гибкого ротора, определяющие неуравновешенность по n-й форме изгиба, определяют на частотах вращения, близких к соответствующей n-й собственной частоте изгибных колебаний системы ротор-опоры, т. е. на частотах вращения, при которых возникают деформации упругой линии, характерные для n-й формы изгиба. Корректировку масс проводят во многих плоскостях, перпендикулярных оси ротора, по каждой форме изгиба.
Упругодеформируемые роторы балансируют на низких частотах вращения как жесткие роторы. Однако корректирующие массы располагают во многих плоскостях по определенному закону.
Процесс динамической балансировки состоит из следующих этапов:
- На постоянной частоте вращения измеряют нагрузки или вибрации опор динамически неуравновешенного ротора.
- По результатам измерений вибраций опор путем расчета или экспериментально находят балансировочные чувствительности и дисбалансы в плоскостях измерения. Обычно плоскости измерения совпадают с плоскостями опор ротора.
- Рассчитывают дисбалансы в заданных плоскостях коррекции, значения и углы корректирующих масс.
- Проводят корректировку масс ротора согласно требованиям технической документации.
- В зависимости от заданной точности балансировки, класса ротора, применяемого оборудования и многих других факторов используют различные методы динамической балансировки.
Избранные главы из книги Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.
В балансировочной технике применяются термины из различных областей науки, техники и производства. Единая терминология способствует правильному пониманию решаемых задач при балансировке и уменьшению ошибок в работе. Приводимые ниже определения терминов могут быть при необходимости изменены по форме, но при этом не должен нарушаться смысл понятия.
МЕХАНИКА
Механическое движение — изменение положения тела относительно других тел. Механическое движение определяется траекторией, пройденным путем, скоростью и ускорением.
Скалярная величина — величина, каждое значение которой может быть выражено одним числом.
Векторная величина — величина, которая кроме численного значения имеет направление.
Инерция — явление сохранения скорости движения тела или состояния покоя при отсутствии действия других каких-либо сил.
Масса — мера инертности и гравитационных свойств тела.
Сила — векторная величина, служащая мерой механического взаимодействия тел. В природе и технике действуют силы тяжести, упругости, трения и другие силы.
Момент силы — механическая величина, равная произведению силы на расстояние от точки приложения силы до заданной точки (полюса) или оси.
Колебания — процесс поочередного возрастания и убывания, обычно во времени, какой-либо величины.
Механические колебания — колебания значения кинематической или динамической величины. Механические колебания определяются временем, амплитудой, фазой, угловой частотой. Механические колебания бывают свободные, вынужденные, резонансные и др.
Вибрация — движение точки или тела, при котором происходят колебания характеризующих его скалярных величин. Вибрация характеризуется виброперемещением, виброскоростью, виброускорением, виброперегрузкой.
Вращательное движение вокруг оси — движение, при котором все точки, двигаясь в параллельных плоскостях тела, описывают окружности с центрами, лежащими на одной прямой, перпендикулярной к плоскости этих окружностей и называемой осью вращения. Вращение определяется углом поворота, угловой скоростью, угловым ускорением.
Момент инерции тела относительно оси — величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг этой оси.
Ротор — тело, которое при вращении удерживается своими несущими поверхностями в опорах. В балансировочной технике роторы делят на классы: жесткие, упруго деформируемые, гибкие и другие.
Несущая поверхность ротора — поверхности цапф или поверхности, их заменяющие. Несущая поверхность ротора передает нагрузки на опоры через подшипники скольжения или качения.
НЕУРАВНОВЕШЕННОСТЬ И ДИСБАЛАНС
Неуравновешенность — состояние ротора, характеризующееся таким распределением масс, которое во время вращения вызывает переменные нагрузки на опорах ротора и его изгиб. Неуравновешенность жесткого ротора бывает статическая, моментная, динамическая, квазистатйческая. Неуравновешенность гибкого ротора бывает по n-й форме изгиба.
Эксцентриситет массы — радиус-вектор центре рассматриваемой массы относительно оси ротора.
Точечная неуравновешенная масса — условная точечная масса с заданным эксцентриситетом, вызывающая во время вращения ротора переменные нагрузки на опорах и его изгиб.
Дисбаланс — векторная величина, равная произведению неуравновешенной массы на ее эксцентриситет. Дисбаланс полностью определяется значением и углом.
Корректирующая масса — масса, используемая для уменьшения дисбалансов ротора.
Плоскость коррекции, приведения, измерения — плоскость, перпендикулярная оси ротора, в которой расположен центр корректирующих масс, задают дисбаланс, измеряют дисбаланс.
Начальный и остаточный дисбаланс — дисбаланс в рассматриваемой плоскости, перпендикулярной оси ротора, до и после корректировки масс.
Допустимый дисбаланс — наибольший остаточный дисбаланс в рассматриваемой плоскости жесткого ротора или дисбаланс по п-й форме изгиба гибкого ротора, который считается приемлемым.
Технологический дисбаланс — разность значений остаточных дисбалансов в одних и тех же плоскостях ротора, измеренных для изделия в сборе и для сборочной единицы ротора.
Эксплуатационный дисбаланс — разность значений остаточных дисбалансов в одних и тех же плоскостях ротора, измеренных на изделии в сборе до начала его эксплуатации и после того, как оно выработало весь заданный технический ресурс или ресурс до ремонта, предусматривающего балансировку.
БАЛАНСИРОВКА
Балансировка — процесс определения значений и углов дисбалансов ротора и уменьшения их корректировкой масс.
Низкочастотная балансировка — балансировка на такой частоте вращения, при которой балансируемый ротор еще можно рассматривать как жесткий.
Высокочастотная балансировка — балансировка на такой частоте вращения, при которой балансируемый ротор уже не может рассматриваться как жесткий.
Балансировка на месте — балансировка ротора в собственных подшипниках и опорах без установки на балансировочный станок.
Статическая балансировка — балансировка, при которой определяется и уменьшается главный вектор дисбалансов ротора, характеризующий его статическую неуравновешенность.
Моментная балансировка — балансировка, при которой определяется и уменьшается главный момент дисбалансов ротора, характеризующий его моментную неуравновешенность.
Динамическая балансировка — балансировка, при которой определяются и уменьшаются дисбалансы ротора, характеризующие его динамическую неуравновешенность.
Балансировка по n-й форме изгиба — балансировка гибких роторов в заданном диапазоне частот вращения для уменьшения переменных нагрузок на опорах ротора и его изгиба, вызванных неуравновешенностью по п-й. форме изгиба.
СРЕДСТВА БАЛАНСИРОВКИ
Балансировочный станок — станок, определяющий дисбалансы ротора для уменьшения их корректировкой масс.
Станок для статической балансировки — балансировочный станок, определяющий главный вектор дисбалансов при помощи сил тяжести на невращающемся роторе или на вращаемом роторе.
Станок для динамической балансировки — балансировочный станок, определяющий дисбалансы на вращаемом им роторе.
Разгонно-балансировочный стенд — балансировочный станок, определяющий нагрузки на опорах ротора и изгиб его оси на вращаемом им гибком роторе при высокочастотной балансировке.
Балансировочный комплект — измерительные приборы, позволяющие получить информацию о дисбалансах ротора при его балансировке на месте.
Балансировочная оправка — сбалансированный вал, на который монтируют подлежащее балансировке изделие.
Балансировочная рамка — приспособление для балансировочного станка, на которое устанавливают подлежащее балансировке изделие.
Контрольный ротор — ротор, применяемый для проверки балансировочного станка.
Тарировочный ротор — один из серийных роторов, используемый для тарирования балансировочного станка.
Настройка балансировочного станка — процесс, включающий механическую регулировку привода ротора, установку приспособлений, разделение плоскостей коррекции, тарирование измерительного устройства.
Порог чувствительности балансировочного станка по значению и углы дисбаланса — наименьшее изменение значения и угла дисбаланса, которое может выявить и показать балансировочный станок в заданных условиях.
[[:gray_block:]] ТИПЫ БАЛАНСИРОВОЧНЫХ СТАНКОВ
Одним из признаков технологической классификации балансировочных станков служат степень их универсальности, т.е. то разнообразие роторов, для которых они могут быть использованы. Чем больше это разнообразие, тем шире технологические возможности станка. Балансировочные станки разделяют на четыре типа: универсальные, определенного назначения, специальные и балансировочные комплекты.
Универсальные балансировочные станки используют в серийном производстве для определения дисбалансов роторов различных конструкций. К этому типу относятся зарезонансные и до-резонансные станки с осевым или ленточным приводом, обладающие высокой точностью и быстрой переналадкой на новый тип роторов. На них можно балансировать роторы, отличающиеся по массе, длине и диаметру в 10..40 раз. Универсальные балансировочные станки характеризуются допустимой массой и диаметром ротора, расстоянием между опорами станка, диапазоном частот вращения ротора, мощностью привода и точностью станка.
Минимально допустимая масса ротора — масса балансируемого ротора, при которой обеспечивается заданная точность станка. Максимально допустимая масса ограничена прочностью подвески опор. В нее входит масса ротора, его подшипников и корпуса, оснастки, т.е. вся масса, устанавливаемая на опоры станка.
Допустимый диаметр ротора зависит от расстояния от центров опор до станины (пола) станка. Максимальное расстояние между опорами станка ограничено длиной направляющих станины, а минимальное — толщиной стоек.
У станков, опоры которых имеют гнездо для установки подшипника, указывают его диаметр или наибольший диаметр цапф ротора.
Диапазон частот вращения ротора при балансировке соответствует частотному диапазону измерительного устройства, частоте вращения и мощности приводного устройства.
Универсальные балансировочные станки изготавливают нормальной и повышенной точности.
Для балансировки роторов массой от нескольких граммов до десятков килограммов применяют зарезонансные станки с ленточным приводным соединением. Измерительные устройства этих станков обычно имеют избирательный усилитель, стробоскоп и потенциометрическую цепь разделения плоскостей коррекции. Настройку станка на данный тип ротора проводят с помощью тарировочного ротора.
Балансировку роторов массой до 1000 кг выполняют на зарезонансных и дорезонансных станках как с осевым, так и с ленточным приводом с разнообразными измерительными устройствами.
Универсальные балансировочные станки для роторов массой более 1000 кг изготавливают с осевым приводом и ваттметрическим измерительным устройством. Опоры станков для тяжелых роторов делают дорезонансными.
Станки определенного назначения предназначены для балансировки колес автомобилей, вентиляторов, электрических двигателей в собственному корпусе и т.п. или определенных видов балансировки — статической, высокочастотной. Эти станки менее универсальны, обладают меньшим диапазоном характеристик, но рассчитаны на большую производительность. Их изготавливают на базе универсальных станков и оснащают дополнительными устройствами (например, корректирующими устройствами и специальной оснасткой). Особое место среди станков 2-го типа занимают вертикальные балансировочные станки и станки для высокочастотной балансировки гибких роторов.
Вертикальные балансировочные станки предназначены для статической балансировки в динамическом режиме деталей, не имеющих собственных несущих поверхностей. Принцип действия и конструкция основных узлов станка аналогичны горизонтальным станкам. Отличительной особенностью вертикальных станков является наличие шпинделя с вертикальной осью вращения, на конце которого находится зажимное устройство. Эти станки характеризуются допустимой массой и диаметром балансируемой детали, диапазоном частот вращения, мощностью привода и точностью станка.
По вертикальным направляющим станка перемещается двухшпиндельная сверлильная головка, с помощью которой производится корректировка масс детали высверливанием необходимого количества металла. Станок может работать в полуавтоматическом режиме.
Станки для высокочастотной балансировки гибких роторов имеют дорезонансные опоры, осевой привод с широким диапазоном частот вращения, измерительное устройство с токовихревыми датчиками. На высоких частотах балансируют роторы массой до 300 т.
Поэтому с целью уменьшения потерь мощности на трение о воздух баласировочное устройство с ротором помещают в герметичную камеру, в которой с помощью вакуумного насоса создается разрежение до 100 Па. Станки для высокочастотной балансировки являются сложными устройствами с дополнительными системами, обеспечивающими транспортировку ротора, смазку его опор, разрежение в камере и т.п.
Специальные балансировочные станки используют в крупносерийном и массовом производстве для балансировки роторов определенной массы и геометрии. Специальный станок изготавливают в нескольких экземплярах. Для повышения производительности балансировки специальные станки оснащают средствами механизации и автоматизации. Степень автоматизации станка зависит от условий производства и может быть различной.
В простейшем случае она включает только определение дисбалансов, в более сложном — корректировку масс и транспортировку роторов.
Балансировочные комплекты предназначены для определения дисбалансов роторов при балансировке в собственных подшипниках и собственном корпусе без установки на станке. В качестве балансировочных комплектов используют измерительные устройства балансировочных станков, виброизмерительные приборы общего назначения и специальные балансировочные приборы.
Избранные главы из книги
Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.
В данном разделе описывается устройство, принцип действия и конструкция основных узлов станков для динамической балансировки; рассматриваются типовые узлы по принципу выполняемых функций; даются правила оценки норм точности балансировочных станков единые для заводов-изготовителей и потребителей станков.
В общем случае балансировочный станок содержит: балансировочное, приводное, измерительное и корректирующее устройства, а также дополнительные устройства, которые крепят на станине станка.Зарезонансное балансировочное устройство (рис. 1, а) состоит из двух подвижных опор или платформы и упругих элементов, подвешивающих опоры на станине станка. Жесткость упругих элементов различна в разных направлениях. В станках с горизонтальной осью вращения упругие элементы сравнительно жестки в вертикальном направлении, тогда как в горизонтальном направлении жесткость очень мала и подвеска не препятствует колебаниям. При проектировании и изготовлении зарезонансных станков подбирают массу опор, длину, жесткость подвески и другие параметры балансировочного устройства так, чтобы его собственная частота в горизонтальном направлении во много раз была ниже частоты вращения ротора при балансировке.
При вращении неуравновешенного ротора в зарезонансном балансировочном устройстве подвижные опоры будут колебаться в горизонтальной плоскости. Амплитуды этих колебаний пропорциональны дисбалансам в плоскостях коррекции ротора, т.е. описываются уравнениями (2).Дорезонансное балансировочное устройство состоит из двух неподвижных опор, жестко закрепленных на станине станка. Собственные частоты колебаний опор во всех направлениях значительно превышают частоты вращения балансируемых роторов. Нижняя часть опоры представляет собой динамометр или силовой мостик. Динамические нагрузки, возникающие в опорах при вращении неуравновешенного ротора, создают малые перемещения на динамометре (рис. 1, б), которые усиливаются рычажной системой. Сила в опоре пропорциональна перемещению, т.е.
, где k — коэффициент жесткости опоры в горизонтальном направлении.В дорезонансном балансировочном устройстве по схеме силового мостика (рис. 1, в) в одном из плеч силового мостика устанавливают датчик, измеряющий непосредственно динамическую нагрузку от неуравновешенного ротора, описываемую уравнениями (1).
Балансировочные устройства разгонно-балансировочных стендов и станков для высокочастотной балансировки гибких роторов имеют одинаковую жесткость во всех направлениях — являются изотропными и имеют три или четыре опоры.
Принцип действия балансировочных устройств станков с вертикальной осью вращения аналогичен рассмотренным выше. Эти устройства часто конструктивно объединяют с приводным устройством. Балансируемую деталь закрепляют в шпиндельном узле. Шпиндель, подвеска, а иногда и приводное устройство составляют балансировочное устройство станка с вертикальной осью вращения.
Приводное устройство обеспечивает запуск, поддержание постоянной угловой скорости вращения и торможение балансируемого ротора. Основными элементами устройства являются: электродвигатель, коробка передач, тормоз, приводное соединение, схема управления приводным устройством.В балансировочных станках применяют электродвигатели переменного или постоянного тока различной мощности, ступенчатые и бесступенчатые передачи. Ременные передачи применяют при относительно небольших передаваемых усилиях. В этих передачах используют плоские, клинковые и круглые ремни. Зубчатые передачи обеспечивают передачу больших мощностей и ступенчатое регулирование скоростей вращения. В коробках передач станков используют цилиндрические зубчатые колеса с разным числом зубьев, вводимые последовательно в зацепление друг с другом. Изменение передаточного отношения в приводе иногда производят сменой зубчатых колес.
Приводное соединение связывает выходной вал коробки передач с балансируемым ротором. Различают осевое, ленточное и тангенциальное соединения. Осевое соединение осуществляют с помощью карданных валов (рис. 2) различной конструкции. В ленточном соединении применяют плоские бесконечные ремни, охватывающие балансируемую деталь (рис. 3).
Рис. 2. Осевое соединение карданным валом: Рис. 3. Ленточное соединение плоским бесконечным ремнем:
1 — привод; 2 — карданный вал; 3 — балансируемая деталь 1 — ремень; 2 — балансируемая деталь; 3 — привод
Тангенциальное (касательное) соединение создают прижимные ролики (рис. 4, а) и круглые ремни (рис. 4, б).
Рис. 4. Тангенциальное соединение:
1 — балансируемая деталь; 2 — прижимной ролик;
3 — круглый ремень
Приводные соединения способны передавать ограниченные крутящие моменты. Поэтому во избежание разрушения приводного устройства во время запуска и торможения ротора используют специальную электрическую схему управления приводным устройством, обеспечивающую плавность пуска и останова ротора.
Тиристорные системы используют для управления трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором и электродвигателями постоянного тока. Применение этих систем в балансировочных станках позволяет: управлять электродвигателем бесконтактным способом, ограничивать ударные моменты при пуске, получать широкую гамму пуско-тормозных и регулировочных режимов работы электродвигателя.
Измерительное устройство определяет значения и углы дисбалансов ротора в заданных плоскостях. Его структурная схема состоит из датчиков, цепи разделения плоскостей коррекции или измерения, частотно-избирательных средств, индикаторов значения и угла дисбалансов.
Датчики преобразуют параметры колебаний балансировочного устройства в электрические сигналы. В балансировочных станках применяют контактные (индукционные, пьезоэлектрические) и бесконтактные (токовихревые) датчики.
Индукционный датчик представляет собой катушку индуктивности (рис. 5, а), которая может свободно перемещаться в магнитном поле, образованном постоянным магнитом. Катушка жестко соединяется с балансировочным устройством. При колебаниях этого устройства катушка будет также колебаться и в ней возникнет ЭДС индукции, величина которой определяется скоростью изменения магнитного потока, т.е. пропорциональна скорости колебаний балансировочного устройства. При постоянной частоте вращения ротора ЭДС пропорциональна амплитуде перемещения опор станка.
Пьезоэлектрический датчик основан на пьезоэлектрическом эффекте. При механической деформации в определенном направлении, например, кристаллов сегнетовой соли, поляризованной керамики и титаната бария в них возникает электрическое поле (рис. 5, б), изменяющее знаки зарядов при изменении направления деформации. Величина заряда, возникающего при пьезоэлектрическом эффекте, пропорциональна действующей силе.
Индукционные и пьезоэлектрические датчики связаны с колебательной системой станка, т.е. являются контактными датчиками.
Токовихревые датчики — бесконтактные, поэтому служат для измерения прогибов вращающихся валов. Принцип действия токовихревого датчика основан на индукционных токах (токи Фуко), возникающих в массивном проводнике, которым является ротор, помещенном в изменяющееся магнитное поле. Изменяющееся магнитное поле создается генератором высокой частоты (рис. 6) и колебательным контуром, состоящим из индуктивности Lи емкости С. Изменения зазора между поверхностью датчика и вала при его вращении вызывают изменение выходного напряжения.
Рис. 5. Токовихревой датчик
Для отметки угла дисбаланса, частоты вращения ротора при балансировке применяют генераторы опорного сигнала, стробоскопы с газосветными лампами, фотоэлектрические и некоторые другие датчики.
Ротор генератора опорного сигнала представляет собой двухполюсный постоянный магнит, вращающийся со скоростью балансируемого ротора, и связан с ним жестко. Статор имеет две взаимно перпендикулярные обмотки и может поворачиваться в любое фиксированное положение вместе с лимбом, нанесенным на корпусе статора. Выходное напряжение Генератора постоянной величины с известной фазой по отношению к отметке угла на роторе имеет частоту вращения ротора.
При освещении вращающегося ротора неоновой, импульсной или другой газосветной лампой возникает стробоскопический эффект. Этот эффект получается из-за того, что глаз человека импульсы света с частотой более 10 Гц не различает как отдельные вспышки, а воспринимает их как непрерывный поток света. Если импульсы следуют с частотой вращения, то ротор для человеческого глаза будет казаться неподвижным. На таком принципе основан стробоскоп, освещающий при балансировке шкалу (метку), нанесенную на ротор. Освещаемая цифра указывает угол дисбаланса относительно известного положения.
Фотоэлектрический датчик срабатывает от контрастной метки, нанесенной на роторе, и выдает короткие импульсы с частотой вращения ротора.
Электрическую цепь между виброизмерительными преобразователями и частотно-избирательными средствами называют цепью разделения плоскостей коррекции (ЦРПК). ЦРПК автоматически решает уравнения (1)-(5) относительно дисбалансов ротора.
Датчики зарезонансного балансировочного станка включены в ЦРПК последовательно (рис. 6, а) с такой полярностью, что их ЭДС действуют навстречу друг другу. В цепи компенсирующего датчика включен потенциометр настройки R1 или R2. Напряжение на выходе схемы Евых складывается из полного напряжения основного датчика и части напряжения компенсирующего датчика. Цепь разделения плоскостей коррекции дополняется переключателями, реверсирующими фазу напряжения датчиков, и переключателями, коммутирующими потенциометры настройки к тому или другому датчику. Так как положения ползунков потенциометров и переключателей различны для разделения 1-й и 2-й плоскостей коррекции, то органы настройки в схеме дублируются.
Рис. 6. Схемы включения датчиков в потенциометрических цепях разделения плоскостей коррекции
В измерительных устройствах балансировочных станков применяют и другие цепи разделения плоскостей коррекции. При многоплоскостной балансировке для решения уравнений (1) в измерительное устройство вместо цепи разделения плоскостей коррекции включают аналоговые или цифровые вычислительные машины, снабженные программами расчетов. Колебания, регистрируемые вибропреобразователями, вызываются как неуравновешенностью ротора, так и погрешностями динамической балансировки. Составную часть колебаний от погрешностей называют колебаниями помех в противоположность полезным колебаниям от дисбалансов.
Корректирующие устройства входят в состав балансировочных станков, предназначенных для крупносерийного и массового производства. Они корректируют массу ротора после его остановки или во время вращения. При работе в автоматическом режиме корректирующие устройства управляются от измерительного устройства.
В балансировочных станках применяют различные дополнительные устройства, обеспечивающие его функционирование. Это пневмо- и гидросистемы, загрузочные и накопительные устройства и т.п.
Избранные главы из книги Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.
[~DETAIL_TEXT] =>
ВИДЫ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРА
Балансировка – это процедура, направленная на уравновешивание масс вращающегося ротора. В процессе работы их неравномерное распределение приводит к возникновению вибраций, влекущих за собой повышение нагрузки на подшипники, фундамент и другие элементы агрегатов. Следствием такого воздействия становится сокращение срока службы оборудования. Для предотвращения износа необходимо знать, как балансируют ротор.
СТАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА
Существуют следующие методы данного вида балансировки:
Подбор корректирующей массы. Статическая балансировка ротора используется при малой угловой скорости по направлению оси вращения. Процедура выполняется в определенной последовательности. Сначала ротор укладывается на горизонтальную плоскость. Под действием момента силы тяжести он начинает катиться, пока не займет устойчивое положение. При этом тяжелая часть ротора оказывается внизу. С целью балансировки деталь поворачивается на 90° так, чтобы данная точка оказалась в горизонтальной плоскости. В противоположной части устанавливается уравновешивающая масса.
Круговой обход. По окружности ротор условно делится на 8 равных частей, на которые наносятся пометки. Деталь помещается в балансировочное оборудование таким образом, чтобы первая точка оказалась в горизонтальной плоскости. В этом месте устанавливается масса, поворачивающая ротор на 45°. Таким способом в горизонтальную плоскость переходит вторая точка. Использованный груз снимается и взвешивается. Ко второй точке подбирается новая масса, приводящая к повороту ротора еще на 45° к следующей отметке. Процедура повторяется для всех точек.
ДИНАМИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА
Данный тип балансировки направлен на устранение статического и моментного дисбалансов. Она выполняется при помощи следующих методов:
Обход грузом. При данной динамической балансировке роторов проводится измерение амплитуды вибрации незакрепленного подшипника. К делениям с торцевой стороны детали прикрепляется пробный груз. После этого выполняется измерение резонансных колебаний, которые вызывает уравновешивающая масса. Результаты отражаются на графике для проведения расчетов. При необходимости на торце ротора изменяется расположение груза и его масса. Если в одной плоскости первой опоры деталь уравновешивается, проводится закрепление ее второго торца, и процедура повторяется с применением корректировочного и добавочного грузов.
Максимальные отметки. Цилиндрическая часть ротора, или шейка, покрывается мелом. Одна опора детали закрепляется при свободной балансировке второй в вертикальной плоскости. Ротор подвергается вращению. Во время резонансных оборотов при максимальной амплитуде на забеленную поверхность наносятся отметки. Середина их расположения – это место боя ротора. Данная отметка переносится на торцевую часть детали. На этой же поверхности со смещением на 90° оставляется вторая точка, в которой устанавливается пробный груз. В процессе вращения ротора на те же места наносятся новые отметки. Совпадение свидетельствует о правильном размещении груза, но недостаточной массе. Поэтому данный показатель увеличивается до момента отсутствия отдельных отметок. Аналогичной процедуре подвергается вторая опора.
ВИДЫ БАЛАНСИРОВОЧНЫХ СТАНКОВ ПО КОЛИЧЕСТВУ СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ РОТОРА
Балансировочный станок представляет собой высокоточное оборудование, оснащенное электронной измерительной системой, с помощью которой определяется величина и место неуравновешенности статического или динамического типа в симметричных по отношению к оси вращения роторах. Данные агрегаты производятся:
С неподвижной осью ротора. Этот вид балансировочных станков отличается одной степенью свободы вращающейся детали. Неуравновешенность в данном случае определяется с помощью измерений вибрации опор. Их распределение обусловливается размещением центра масс по отношению к подшипникам или плоскостям. В процессе работы с тяжелыми роторами используется их осевой привод и неподвижное основание в виде пола или фундамента агрегата. Мягкая подвеска станка вызывает вибрацию подшипников. В связи с этим для калибровки агрегата используется тарировочный ротор. При вращении легких деталей вибрация позволяет сохранять соотношение сил. В данном случае масса плиты, установленной на пружинах подвески, превышает вес ротора.
С фиксированной осью ротора. В этом типе балансировочных станков предусматриваются две степени свободы ротора. Агрегаты характеризуются жесткой связью между колеблющейся рамой и основанием в перпендикулярном к оси направлении. Это оборудование функционирует в резонансном режиме. Значительные угловые колебания рамы позволяют проводить точные измерения. При этом требуется применение привода, обеспечивающего постоянную частоту вращения. Процедуры балансировки, выполняющиеся на данном оборудовании, основываются на измерении дисбаланса в двух плоскостях, поочередно совмещающихся с фиксированной осью. В процессе работы с тяжелыми и средними роторами станки устанавливаются на изолированном фундаменте, с легкими – на плитах с мягкой подвеской.
С фиксированной плоскостью колебаний оси ротора. Станки данной группы имеют три степени свободы вращающейся детали. В процессе их работы дисбаланс определяется по колебаниям опор в двух корректирующих плоскостях за один пуск. Точность измерений в малой степени зависит от внешних вибраций. Это объясняется возможностью настройки собственной частоты колебаний вращающейся детали. При работе с роторами малых электродвигателей возможно значительное влияние вертикальных помех. Для их устранения выполняется виброизоляция посредством подвески с резиновыми подкладками или изолированного фундамента. Станки работают в зарезонансном режиме.
С пространственным колебанием оси ротора. Такие станки имеют семь степеней свободы детали. Во время вращения ось ротора перемещается вместе с колеблющейся рамой. По движениям ее произвольной точки определяются вибрации только статического или моментного дисбаланса. При этом возможность произвольного перемещения точек позволяет проектировать специализированные станки для определенного вида балансировки. Агрегаты обеспечивают жесткость во всех осях вращения. Зачем нужны балансировочные станки данного типа? Они применяются для определения дисбаланса при работе с гибкими роторами. Вследствие отсутствия жесткой связи с фундаментом система позволяет задавать параметры, снижающие чувствительность агрегата к внешним вибрациям. Существует функция выбора направления для проведения измерения колебаний.
[[:gray_block:]]
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА БАЛАНСИРОВКИ
МЕТОДЫ БАЛАНСИРОВКИ
Методы балансировки классифицируют по ряду признаков:
- по назначению — балансировка деталей, жестких, квазигибких и гибких роторов в сборе, роторов на месте установки
- по частоте вращения ротора при балансировке — без вращения детали, низкочастотная и высокочастотная балансировка
- по числу плоскостей коррекции — одно, двух- и многоплоскостная балансировка
- по измеряемому параметру при балансировке — с измерением амплитуды, фазы, амплитуды и фазы перемещения, виброскорости, виброускорения, усилия в опорах, напряжений в роторе
- по числу измеряемых параметров при балансировке — один, два, более двух параметров
- по способу корректировки масс — добавлением, уменьшением или перемещением корректирующих масс
- по способу, нахождения зависимости дисбалансов в плоскостях коррекции от измеряемых параметров — экспериментальный (метод пробных пусков), расчетный, экспериментально-расчетный.
Основными методами балансировки жестких роторов в сборе являются методы низкочастотной динамической балансировки в одной или двух плоскостях коррекции. Зависимости дисбалансов в плоскостях коррекции от измеряемых параметров устанавливают методом пробных пусков или путем предварительного расчета.
Методы низкочастотной балансировки квазигибких роторов отличаются от методов низкочастотной балансировки жестких роторов тем, что дисбалансы в плоскостях коррекции устанавливают по определенному закону. Для роторов с известным распределением дисбалансов применяют методы балансировки по главному вектору и главному моменту. При этом используют две или три плоскости коррекции. Роторы с неизвестным распределением дисбалансов балансируют во многих плоскостях коррекции, распределяя корректирующие массы по длине ротора пропорционально, смещению оси ротора относительно главной центральной оси инерции или другому закону.
Методы балансировки гибких роторов требуют высокой частоты вращения, многих плоскостей коррекции и измерения перемещений ротора в нескольких сечениях и вибраций опор. Зависимости дисбалансов в плоскостях коррекции находят экспериментальным и экспериментально-расчетным способами.
Для достижения 1-го и 2-го классов точности балансировки жестких и квазигибких роторов применяют метод, высокочастотной балансировки роторов на месте установки. Как правило, балансировку проводят в одной или двух плоскостях коррекции методом пробных пусков по измерениям амплитуд вибраций корпуса или опорных стоек. Высокочастотную балансировку гибких роторов на месте установки выполняют экспериментально-расчетными методами.
Совершенство метода балансировки определяется значением достижимого остаточного дисбаланса в плоскости коррекции, коэффициентом уменьшения дисбаланса за одну корректировку масс и продолжительностью балансировки.
Выбор метода балансировки зависит от технических требований на балансировку, организационных и экономических условий данного производства. Метод балансировки выбирают на стадии проектирования ротора, доводочных испытаниях и технологической подготовки производства.
СРЕДСТВА БАЛАНСИРОВКИ
Средства балансировки разделяют на:
- технологическое оборудование (в том числе контрольное и испытательное)
- технологическую оснастку (в том числе инструменты и средства контроля)
- средства механизации и автоматизации производственных процессов
К технологическому оборудованию для реализации процесса балансировки относят: балансировочные и металлорежущие станки и другое оборудование.
Балансировочный станок — станок, с помощью которого определяют и уменьшают дисбалансы ротора, их классифицируют по следующим признакам:
- по назначению — для статической и динамической балансировки
- по режиму работы — дорезонансные, зарезонансные и резонансные
- по виду привода вращения балансируемого ротора — с приводным валом, приводным ремнем, собственным приводом изделия
- по оснащенности средствами корректировки масс — снабженные средствами корректировки масс, измерительные
- по уровню автоматизации — с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы и автоматические линии станков
- по паспортному порогу чувствительности — нормальной и повышенной точности.
На станке для статической балансировки можно определить главный вектор дисбалансов ротора:
- при помощи силы тяжести на невращающемся роторе
- на вращающемся роторе (в динамическом режиме)
На станках для динамической балансировки неуравновешенный ротор вращается с постоянной частотой в специальных опорах.
В зависимости от режима работы вращение происходит вокруг главной центральной оси инерции ротора (зарезонансный станок) или оси ротора (дорезонансный станок).
На дорезонансных станках измеряют динамические усилия в опорах и по законам статики находят дисбалансы в плоскостях коррекции несбалансированного ротора.
На зарезонансных станках измеряют вибрации опор и экспериментально устанавливают связь вибраций опор с дисбалансами в плоскостях коррекции ротора.
Высокочастотные станки для динамической балансировки называемые разгонно-балансировочными стендами, оборудованы бесконтактными датчиками для измерения перемещений вращающегося ротора в нескольких сечениях.
Станки для динамической балансировки имеют индикаторы дисбаланса: измерительные приборы, аналоговые или цифровые вычислительные машины, позволяющие получать информацию о дисбалансах ротора. Комплект измерительных приборов с вибродатчиками, позволяющий получить информацию о дисбалансах ротора при балансировке на месте в собственных подшипниках и опорах без установки на балансировочный станок, называют балансировочным комплектом.
Металлорежущие станки в процессе балансировки применяют для корректировки масс снятием материала с поверхностей ротора. Для этого используют станки токарной группы, а также сверлильные, фрезерные и шлифовальные станки.
Корректировку масс ротора осуществляют и с помощью других станков и агрегатов, например, сварочных агрегатов, лазеров, электрохимических станков и т. д.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА
К ней относят:
- приспособления для балансировочных и металлорежущих станков
- средства контроля
- слесарно-сборочный, режущий инструмент и вспомогательные материалы
Приспособления для металлорежущих станков предназначены для связывания обрабатываемой детали (ротора) при корректировке масс со станком и режущим инструментом. Для этих целей используют универсальные или специальные станочные приспособления. Наиболее распространены машинные тиски, патроны, кондукторы, планшайбы и т. п.
Выполнение подготовительных, рабочих и заключительных операций процесса балансировки сопровождается техническим контролем линейных, угловых размеров и массы. Для этих целей применяют контрольно-измерительный инструмент и приборы, обеспечивающие заданную точность измерений, высокую достоверность, малую трудоемкость.
При балансировке используют как простые средства измерений (металлические линейки, щупы, технические уровни), так и более сложные — штангенинструменты, микрометры, рычажно-механические приборы (индикаторы часового типа).
В зависимости от конструкции станка, балансируемого ротора, способа корректировки масс применяют общеслесарный или специальный сборочный инструмент, резцы, фрезы, сверла и другой режущий инструмент.
В процессе технического обслуживания станков, подготовки роторов к балансировке используют смазочные масла, обтирочные противокоррозионные и другие вспомогательные материалы.
Средства механизации и автоматизации. Наряду со станками-автоматами и полуавтоматами, автоматическими линиями актуальны средства малой механизации и автоматизации.
Механизация направлена на частичную или полную замену ручного труда человека машиной с сохранением участия человека в ее управлении. Автоматизация процесса направлена на передачу машинам и приборам функций управления, ранее выполнявшихся человеком.
Избранные главы из книги Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.
[[:gray_block:]] МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО ДИСБАЛАНСА РОТОРА
Дисбаланс ротора представляет собой векторную величину, которая равна произведению веса детали на расстояние от ее оси до центра масс. Данное явление возникает при производстве или восстановлении изделий, а также при сборке агрегатов. Его количественное значение изменяется. Дисбаланс подлежит устранению во избежание преждевременного износа не только деталей, но и всего агрегата в целом. Процедура балансировки выполняется посредством установки противовесов или снятия металла на тяжелых участках ротора. Корректировка проводится на максимальном радиусе. Это обусловливается тем, что при увеличении расстояния от оси увеличивается влияние груза на равновесие детали. После завершения балансировки смещение центра масс сохраняется. Оно называется остаточным дисбалансом и оценивается несколькими методами.
ОЦЕНКА НА НИЗКОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
Для оценки остаточного дисбаланса применяется способ, основывающийся на его сравнении с предельными значениями, предусмотренными в ГОСТ 22061. В качестве оборудования для проведения процедуры используются низкоскоростные балансировочные станки. Оценка данного типа дисбаланса выполняется после установки всех элементов ротора: зубчатых колес, полумуфт и др. Во время процедуры деталь подвергается вращению на балансировочной скорости с целью измерения углов и значений дисбалансов во всех плоскостях.
ОЦЕНКА НА НЕСКОЛЬКИХ СКОРОСТЯХ ВРАЩЕНИЯ
Оценка данного вида дисбаланса выполняется для учета его распределения. Для проведения процедуры используются данные о гибкости ротора. С целью оценки уравновешенности выполняются расчеты по эквивалентным остаточным модальным дисбалансам для всех мод. Процедура проходит в несколько этапов. Сначала ротор устанавливается в балансировочный агрегат и подвергается вращению. Задается скорость, приближенная к аналогичному критическому показателю изгибных колебаний. После этого проводится считывание значений вибрации, возникающей на опорах подшипника. На ротор устанавливаются пробные массы так, чтобы дисбаланс, который они вызывают, был достаточным для оказания влияния на колебания детали. После снятия показаний массы удаляются. Далее задается скорость, близкая ко второму аналогичному критическому показателю изгибных колебаний. Процесс повторяется для всех мод.
ОЦЕНКА НА РАБОЧЕЙ СКОРОСТИ
Остаточный вид дисбаланса ротора может оцениваться по двум заданным корректирующим плоскостям. При использовании рабочей скорости вращения осуществляется подбор их оптимального положения. Испытания проводятся на балансировочном оборудовании, в котором ротор устанавливается на опорные подшипники. Во время оценки дисбаланса на рабочей скорости датчики, измеряющие вибрации опоры, вала или подшипника, не имеют резонансов, способных оказать влияние на показания. Если привод оборудования создает дополнительный дисбаланс, то данное значение компенсируется.
Динамически неуравновешенный ротор при балансировке рассматривают как полностью сбалансированный ротор, в плоскостях коррекции которого прикреплены точечные неуравновешенные массы. При вращении такого ротора с постоянной угловой скоростью вокруг неподвижной оси возникают переменные нагрузки на опорах ротора и изгиб его оси. Нагрузки на опорах ротора пропорциональны дисбалансам во всех плоскостях коррекции
Коэффициент пропорциональности называют балансировочной чувствительностью, или чувствительностью по дисбалансу, и обозначают двумя индексами: первый индекс соответствует названию опоры, а второй - номеру плоскости коррекции. Балансировочная чувствительность зависит от частоты вращения ротора при балансировке, расстояния от плоскости коррекции до опоры, массы, жесткости, демпфирования и других параметров ротора и опор. В общем случае а - векторная величина, определяющая отношение изменения вибраций опоры к изменению измеряемого значения дисбаланса. Балансировочную чувствительность находят путем расчета или экспериментально.
Для жесткого ротора достаточно измерить нагрузки или вибрации опор на постоянной частоте вращения для того, чтобы определить главный вектор и главный момент дисбалансов или два вектора дисбалансов. Эти векторы в общем случае разные но значению и непараллельные, лежат в двух произвольных плоскостях, перпендикулярных оси ротора, и полностью определяют его динамическую неуравновешенность. Корректировку масс также достаточно провести в двух плоскостях.
Дисбалансы гибкого ротора, определяющие неуравновешенность по n-й форме изгиба, определяют на частотах вращения, близких к соответствующей n-й собственной частоте изгибных колебаний системы ротор-опоры, т. е. на частотах вращения, при которых возникают деформации упругой линии, характерные для n-й формы изгиба. Корректировку масс проводят во многих плоскостях, перпендикулярных оси ротора, по каждой форме изгиба.
Упругодеформируемые роторы балансируют на низких частотах вращения как жесткие роторы. Однако корректирующие массы располагают во многих плоскостях по определенному закону.
Процесс динамической балансировки состоит из следующих этапов:
- На постоянной частоте вращения измеряют нагрузки или вибрации опор динамически неуравновешенного ротора.
- По результатам измерений вибраций опор путем расчета или экспериментально находят балансировочные чувствительности и дисбалансы в плоскостях измерения. Обычно плоскости измерения совпадают с плоскостями опор ротора.
- Рассчитывают дисбалансы в заданных плоскостях коррекции, значения и углы корректирующих масс.
- Проводят корректировку масс ротора согласно требованиям технической документации.
- В зависимости от заданной точности балансировки, класса ротора, применяемого оборудования и многих других факторов используют различные методы динамической балансировки.
Избранные главы из книги Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.
В балансировочной технике применяются термины из различных областей науки, техники и производства. Единая терминология способствует правильному пониманию решаемых задач при балансировке и уменьшению ошибок в работе. Приводимые ниже определения терминов могут быть при необходимости изменены по форме, но при этом не должен нарушаться смысл понятия.
МЕХАНИКА
Механическое движение — изменение положения тела относительно других тел. Механическое движение определяется траекторией, пройденным путем, скоростью и ускорением.
Скалярная величина — величина, каждое значение которой может быть выражено одним числом.
Векторная величина — величина, которая кроме численного значения имеет направление.
Инерция — явление сохранения скорости движения тела или состояния покоя при отсутствии действия других каких-либо сил.
Масса — мера инертности и гравитационных свойств тела.
Сила — векторная величина, служащая мерой механического взаимодействия тел. В природе и технике действуют силы тяжести, упругости, трения и другие силы.
Момент силы — механическая величина, равная произведению силы на расстояние от точки приложения силы до заданной точки (полюса) или оси.
Колебания — процесс поочередного возрастания и убывания, обычно во времени, какой-либо величины.
Механические колебания — колебания значения кинематической или динамической величины. Механические колебания определяются временем, амплитудой, фазой, угловой частотой. Механические колебания бывают свободные, вынужденные, резонансные и др.
Вибрация — движение точки или тела, при котором происходят колебания характеризующих его скалярных величин. Вибрация характеризуется виброперемещением, виброскоростью, виброускорением, виброперегрузкой.
Вращательное движение вокруг оси — движение, при котором все точки, двигаясь в параллельных плоскостях тела, описывают окружности с центрами, лежащими на одной прямой, перпендикулярной к плоскости этих окружностей и называемой осью вращения. Вращение определяется углом поворота, угловой скоростью, угловым ускорением.
Момент инерции тела относительно оси — величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг этой оси.
Ротор — тело, которое при вращении удерживается своими несущими поверхностями в опорах. В балансировочной технике роторы делят на классы: жесткие, упруго деформируемые, гибкие и другие.
Несущая поверхность ротора — поверхности цапф или поверхности, их заменяющие. Несущая поверхность ротора передает нагрузки на опоры через подшипники скольжения или качения.
НЕУРАВНОВЕШЕННОСТЬ И ДИСБАЛАНС
Неуравновешенность — состояние ротора, характеризующееся таким распределением масс, которое во время вращения вызывает переменные нагрузки на опорах ротора и его изгиб. Неуравновешенность жесткого ротора бывает статическая, моментная, динамическая, квазистатйческая. Неуравновешенность гибкого ротора бывает по n-й форме изгиба.
Эксцентриситет массы — радиус-вектор центре рассматриваемой массы относительно оси ротора.
Точечная неуравновешенная масса — условная точечная масса с заданным эксцентриситетом, вызывающая во время вращения ротора переменные нагрузки на опорах и его изгиб.
Дисбаланс — векторная величина, равная произведению неуравновешенной массы на ее эксцентриситет. Дисбаланс полностью определяется значением и углом.
Корректирующая масса — масса, используемая для уменьшения дисбалансов ротора.
Плоскость коррекции, приведения, измерения — плоскость, перпендикулярная оси ротора, в которой расположен центр корректирующих масс, задают дисбаланс, измеряют дисбаланс.
Начальный и остаточный дисбаланс — дисбаланс в рассматриваемой плоскости, перпендикулярной оси ротора, до и после корректировки масс.
Допустимый дисбаланс — наибольший остаточный дисбаланс в рассматриваемой плоскости жесткого ротора или дисбаланс по п-й форме изгиба гибкого ротора, который считается приемлемым.
Технологический дисбаланс — разность значений остаточных дисбалансов в одних и тех же плоскостях ротора, измеренных для изделия в сборе и для сборочной единицы ротора.
Эксплуатационный дисбаланс — разность значений остаточных дисбалансов в одних и тех же плоскостях ротора, измеренных на изделии в сборе до начала его эксплуатации и после того, как оно выработало весь заданный технический ресурс или ресурс до ремонта, предусматривающего балансировку.
БАЛАНСИРОВКА
Балансировка — процесс определения значений и углов дисбалансов ротора и уменьшения их корректировкой масс.
Низкочастотная балансировка — балансировка на такой частоте вращения, при которой балансируемый ротор еще можно рассматривать как жесткий.
Высокочастотная балансировка — балансировка на такой частоте вращения, при которой балансируемый ротор уже не может рассматриваться как жесткий.
Балансировка на месте — балансировка ротора в собственных подшипниках и опорах без установки на балансировочный станок.
Статическая балансировка — балансировка, при которой определяется и уменьшается главный вектор дисбалансов ротора, характеризующий его статическую неуравновешенность.
Моментная балансировка — балансировка, при которой определяется и уменьшается главный момент дисбалансов ротора, характеризующий его моментную неуравновешенность.
Динамическая балансировка — балансировка, при которой определяются и уменьшаются дисбалансы ротора, характеризующие его динамическую неуравновешенность.
Балансировка по n-й форме изгиба — балансировка гибких роторов в заданном диапазоне частот вращения для уменьшения переменных нагрузок на опорах ротора и его изгиба, вызванных неуравновешенностью по п-й. форме изгиба.
СРЕДСТВА БАЛАНСИРОВКИ
Балансировочный станок — станок, определяющий дисбалансы ротора для уменьшения их корректировкой масс.
Станок для статической балансировки — балансировочный станок, определяющий главный вектор дисбалансов при помощи сил тяжести на невращающемся роторе или на вращаемом роторе.
Станок для динамической балансировки — балансировочный станок, определяющий дисбалансы на вращаемом им роторе.
Разгонно-балансировочный стенд — балансировочный станок, определяющий нагрузки на опорах ротора и изгиб его оси на вращаемом им гибком роторе при высокочастотной балансировке.
Балансировочный комплект — измерительные приборы, позволяющие получить информацию о дисбалансах ротора при его балансировке на месте.
Балансировочная оправка — сбалансированный вал, на который монтируют подлежащее балансировке изделие.
Балансировочная рамка — приспособление для балансировочного станка, на которое устанавливают подлежащее балансировке изделие.
Контрольный ротор — ротор, применяемый для проверки балансировочного станка.
Тарировочный ротор — один из серийных роторов, используемый для тарирования балансировочного станка.
Настройка балансировочного станка — процесс, включающий механическую регулировку привода ротора, установку приспособлений, разделение плоскостей коррекции, тарирование измерительного устройства.
Порог чувствительности балансировочного станка по значению и углы дисбаланса — наименьшее изменение значения и угла дисбаланса, которое может выявить и показать балансировочный станок в заданных условиях.
[[:gray_block:]] ТИПЫ БАЛАНСИРОВОЧНЫХ СТАНКОВ
Одним из признаков технологической классификации балансировочных станков служат степень их универсальности, т.е. то разнообразие роторов, для которых они могут быть использованы. Чем больше это разнообразие, тем шире технологические возможности станка. Балансировочные станки разделяют на четыре типа: универсальные, определенного назначения, специальные и балансировочные комплекты.
Универсальные балансировочные станки используют в серийном производстве для определения дисбалансов роторов различных конструкций. К этому типу относятся зарезонансные и до-резонансные станки с осевым или ленточным приводом, обладающие высокой точностью и быстрой переналадкой на новый тип роторов. На них можно балансировать роторы, отличающиеся по массе, длине и диаметру в 10..40 раз. Универсальные балансировочные станки характеризуются допустимой массой и диаметром ротора, расстоянием между опорами станка, диапазоном частот вращения ротора, мощностью привода и точностью станка.
Минимально допустимая масса ротора — масса балансируемого ротора, при которой обеспечивается заданная точность станка. Максимально допустимая масса ограничена прочностью подвески опор. В нее входит масса ротора, его подшипников и корпуса, оснастки, т.е. вся масса, устанавливаемая на опоры станка.
Допустимый диаметр ротора зависит от расстояния от центров опор до станины (пола) станка. Максимальное расстояние между опорами станка ограничено длиной направляющих станины, а минимальное — толщиной стоек.
У станков, опоры которых имеют гнездо для установки подшипника, указывают его диаметр или наибольший диаметр цапф ротора.
Диапазон частот вращения ротора при балансировке соответствует частотному диапазону измерительного устройства, частоте вращения и мощности приводного устройства.
Универсальные балансировочные станки изготавливают нормальной и повышенной точности.
Для балансировки роторов массой от нескольких граммов до десятков килограммов применяют зарезонансные станки с ленточным приводным соединением. Измерительные устройства этих станков обычно имеют избирательный усилитель, стробоскоп и потенциометрическую цепь разделения плоскостей коррекции. Настройку станка на данный тип ротора проводят с помощью тарировочного ротора.
Балансировку роторов массой до 1000 кг выполняют на зарезонансных и дорезонансных станках как с осевым, так и с ленточным приводом с разнообразными измерительными устройствами.
Универсальные балансировочные станки для роторов массой более 1000 кг изготавливают с осевым приводом и ваттметрическим измерительным устройством. Опоры станков для тяжелых роторов делают дорезонансными.
Станки определенного назначения предназначены для балансировки колес автомобилей, вентиляторов, электрических двигателей в собственному корпусе и т.п. или определенных видов балансировки — статической, высокочастотной. Эти станки менее универсальны, обладают меньшим диапазоном характеристик, но рассчитаны на большую производительность. Их изготавливают на базе универсальных станков и оснащают дополнительными устройствами (например, корректирующими устройствами и специальной оснасткой). Особое место среди станков 2-го типа занимают вертикальные балансировочные станки и станки для высокочастотной балансировки гибких роторов.
Вертикальные балансировочные станки предназначены для статической балансировки в динамическом режиме деталей, не имеющих собственных несущих поверхностей. Принцип действия и конструкция основных узлов станка аналогичны горизонтальным станкам. Отличительной особенностью вертикальных станков является наличие шпинделя с вертикальной осью вращения, на конце которого находится зажимное устройство. Эти станки характеризуются допустимой массой и диаметром балансируемой детали, диапазоном частот вращения, мощностью привода и точностью станка.
По вертикальным направляющим станка перемещается двухшпиндельная сверлильная головка, с помощью которой производится корректировка масс детали высверливанием необходимого количества металла. Станок может работать в полуавтоматическом режиме.
Станки для высокочастотной балансировки гибких роторов имеют дорезонансные опоры, осевой привод с широким диапазоном частот вращения, измерительное устройство с токовихревыми датчиками. На высоких частотах балансируют роторы массой до 300 т.
Поэтому с целью уменьшения потерь мощности на трение о воздух баласировочное устройство с ротором помещают в герметичную камеру, в которой с помощью вакуумного насоса создается разрежение до 100 Па. Станки для высокочастотной балансировки являются сложными устройствами с дополнительными системами, обеспечивающими транспортировку ротора, смазку его опор, разрежение в камере и т.п.
Специальные балансировочные станки используют в крупносерийном и массовом производстве для балансировки роторов определенной массы и геометрии. Специальный станок изготавливают в нескольких экземплярах. Для повышения производительности балансировки специальные станки оснащают средствами механизации и автоматизации. Степень автоматизации станка зависит от условий производства и может быть различной.
В простейшем случае она включает только определение дисбалансов, в более сложном — корректировку масс и транспортировку роторов.
Балансировочные комплекты предназначены для определения дисбалансов роторов при балансировке в собственных подшипниках и собственном корпусе без установки на станке. В качестве балансировочных комплектов используют измерительные устройства балансировочных станков, виброизмерительные приборы общего назначения и специальные балансировочные приборы.
Избранные главы из книги
Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.
В данном разделе описывается устройство, принцип действия и конструкция основных узлов станков для динамической балансировки; рассматриваются типовые узлы по принципу выполняемых функций; даются правила оценки норм точности балансировочных станков единые для заводов-изготовителей и потребителей станков.
В общем случае балансировочный станок содержит: балансировочное, приводное, измерительное и корректирующее устройства, а также дополнительные устройства, которые крепят на станине станка.Зарезонансное балансировочное устройство (рис. 1, а) состоит из двух подвижных опор или платформы и упругих элементов, подвешивающих опоры на станине станка. Жесткость упругих элементов различна в разных направлениях. В станках с горизонтальной осью вращения упругие элементы сравнительно жестки в вертикальном направлении, тогда как в горизонтальном направлении жесткость очень мала и подвеска не препятствует колебаниям. При проектировании и изготовлении зарезонансных станков подбирают массу опор, длину, жесткость подвески и другие параметры балансировочного устройства так, чтобы его собственная частота в горизонтальном направлении во много раз была ниже частоты вращения ротора при балансировке.
При вращении неуравновешенного ротора в зарезонансном балансировочном устройстве подвижные опоры будут колебаться в горизонтальной плоскости. Амплитуды этих колебаний пропорциональны дисбалансам в плоскостях коррекции ротора, т.е. описываются уравнениями (2).Дорезонансное балансировочное устройство состоит из двух неподвижных опор, жестко закрепленных на станине станка. Собственные частоты колебаний опор во всех направлениях значительно превышают частоты вращения балансируемых роторов. Нижняя часть опоры представляет собой динамометр или силовой мостик. Динамические нагрузки, возникающие в опорах при вращении неуравновешенного ротора, создают малые перемещения на динамометре (рис. 1, б), которые усиливаются рычажной системой. Сила в опоре пропорциональна перемещению, т.е.
, где k — коэффициент жесткости опоры в горизонтальном направлении.В дорезонансном балансировочном устройстве по схеме силового мостика (рис. 1, в) в одном из плеч силового мостика устанавливают датчик, измеряющий непосредственно динамическую нагрузку от неуравновешенного ротора, описываемую уравнениями (1).
Балансировочные устройства разгонно-балансировочных стендов и станков для высокочастотной балансировки гибких роторов имеют одинаковую жесткость во всех направлениях — являются изотропными и имеют три или четыре опоры.
Принцип действия балансировочных устройств станков с вертикальной осью вращения аналогичен рассмотренным выше. Эти устройства часто конструктивно объединяют с приводным устройством. Балансируемую деталь закрепляют в шпиндельном узле. Шпиндель, подвеска, а иногда и приводное устройство составляют балансировочное устройство станка с вертикальной осью вращения.
Приводное устройство обеспечивает запуск, поддержание постоянной угловой скорости вращения и торможение балансируемого ротора. Основными элементами устройства являются: электродвигатель, коробка передач, тормоз, приводное соединение, схема управления приводным устройством.В балансировочных станках применяют электродвигатели переменного или постоянного тока различной мощности, ступенчатые и бесступенчатые передачи. Ременные передачи применяют при относительно небольших передаваемых усилиях. В этих передачах используют плоские, клинковые и круглые ремни. Зубчатые передачи обеспечивают передачу больших мощностей и ступенчатое регулирование скоростей вращения. В коробках передач станков используют цилиндрические зубчатые колеса с разным числом зубьев, вводимые последовательно в зацепление друг с другом. Изменение передаточного отношения в приводе иногда производят сменой зубчатых колес.
Приводное соединение связывает выходной вал коробки передач с балансируемым ротором. Различают осевое, ленточное и тангенциальное соединения. Осевое соединение осуществляют с помощью карданных валов (рис. 2) различной конструкции. В ленточном соединении применяют плоские бесконечные ремни, охватывающие балансируемую деталь (рис. 3).
Рис. 2. Осевое соединение карданным валом: Рис. 3. Ленточное соединение плоским бесконечным ремнем:
1 — привод; 2 — карданный вал; 3 — балансируемая деталь 1 — ремень; 2 — балансируемая деталь; 3 — привод
Тангенциальное (касательное) соединение создают прижимные ролики (рис. 4, а) и круглые ремни (рис. 4, б).
Рис. 4. Тангенциальное соединение:
1 — балансируемая деталь; 2 — прижимной ролик;
3 — круглый ремень
Приводные соединения способны передавать ограниченные крутящие моменты. Поэтому во избежание разрушения приводного устройства во время запуска и торможения ротора используют специальную электрическую схему управления приводным устройством, обеспечивающую плавность пуска и останова ротора.
Тиристорные системы используют для управления трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором и электродвигателями постоянного тока. Применение этих систем в балансировочных станках позволяет: управлять электродвигателем бесконтактным способом, ограничивать ударные моменты при пуске, получать широкую гамму пуско-тормозных и регулировочных режимов работы электродвигателя.
Измерительное устройство определяет значения и углы дисбалансов ротора в заданных плоскостях. Его структурная схема состоит из датчиков, цепи разделения плоскостей коррекции или измерения, частотно-избирательных средств, индикаторов значения и угла дисбалансов.
Датчики преобразуют параметры колебаний балансировочного устройства в электрические сигналы. В балансировочных станках применяют контактные (индукционные, пьезоэлектрические) и бесконтактные (токовихревые) датчики.
Индукционный датчик представляет собой катушку индуктивности (рис. 5, а), которая может свободно перемещаться в магнитном поле, образованном постоянным магнитом. Катушка жестко соединяется с балансировочным устройством. При колебаниях этого устройства катушка будет также колебаться и в ней возникнет ЭДС индукции, величина которой определяется скоростью изменения магнитного потока, т.е. пропорциональна скорости колебаний балансировочного устройства. При постоянной частоте вращения ротора ЭДС пропорциональна амплитуде перемещения опор станка.
Пьезоэлектрический датчик основан на пьезоэлектрическом эффекте. При механической деформации в определенном направлении, например, кристаллов сегнетовой соли, поляризованной керамики и титаната бария в них возникает электрическое поле (рис. 5, б), изменяющее знаки зарядов при изменении направления деформации. Величина заряда, возникающего при пьезоэлектрическом эффекте, пропорциональна действующей силе.
Индукционные и пьезоэлектрические датчики связаны с колебательной системой станка, т.е. являются контактными датчиками.
Токовихревые датчики — бесконтактные, поэтому служат для измерения прогибов вращающихся валов. Принцип действия токовихревого датчика основан на индукционных токах (токи Фуко), возникающих в массивном проводнике, которым является ротор, помещенном в изменяющееся магнитное поле. Изменяющееся магнитное поле создается генератором высокой частоты (рис. 6) и колебательным контуром, состоящим из индуктивности Lи емкости С. Изменения зазора между поверхностью датчика и вала при его вращении вызывают изменение выходного напряжения.
Рис. 5. Токовихревой датчик
Для отметки угла дисбаланса, частоты вращения ротора при балансировке применяют генераторы опорного сигнала, стробоскопы с газосветными лампами, фотоэлектрические и некоторые другие датчики.
Ротор генератора опорного сигнала представляет собой двухполюсный постоянный магнит, вращающийся со скоростью балансируемого ротора, и связан с ним жестко. Статор имеет две взаимно перпендикулярные обмотки и может поворачиваться в любое фиксированное положение вместе с лимбом, нанесенным на корпусе статора. Выходное напряжение Генератора постоянной величины с известной фазой по отношению к отметке угла на роторе имеет частоту вращения ротора.
При освещении вращающегося ротора неоновой, импульсной или другой газосветной лампой возникает стробоскопический эффект. Этот эффект получается из-за того, что глаз человека импульсы света с частотой более 10 Гц не различает как отдельные вспышки, а воспринимает их как непрерывный поток света. Если импульсы следуют с частотой вращения, то ротор для человеческого глаза будет казаться неподвижным. На таком принципе основан стробоскоп, освещающий при балансировке шкалу (метку), нанесенную на ротор. Освещаемая цифра указывает угол дисбаланса относительно известного положения.
Фотоэлектрический датчик срабатывает от контрастной метки, нанесенной на роторе, и выдает короткие импульсы с частотой вращения ротора.
Электрическую цепь между виброизмерительными преобразователями и частотно-избирательными средствами называют цепью разделения плоскостей коррекции (ЦРПК). ЦРПК автоматически решает уравнения (1)-(5) относительно дисбалансов ротора.
Датчики зарезонансного балансировочного станка включены в ЦРПК последовательно (рис. 6, а) с такой полярностью, что их ЭДС действуют навстречу друг другу. В цепи компенсирующего датчика включен потенциометр настройки R1 или R2. Напряжение на выходе схемы Евых складывается из полного напряжения основного датчика и части напряжения компенсирующего датчика. Цепь разделения плоскостей коррекции дополняется переключателями, реверсирующими фазу напряжения датчиков, и переключателями, коммутирующими потенциометры настройки к тому или другому датчику. Так как положения ползунков потенциометров и переключателей различны для разделения 1-й и 2-й плоскостей коррекции, то органы настройки в схеме дублируются.
Рис. 6. Схемы включения датчиков в потенциометрических цепях разделения плоскостей коррекции
В измерительных устройствах балансировочных станков применяют и другие цепи разделения плоскостей коррекции. При многоплоскостной балансировке для решения уравнений (1) в измерительное устройство вместо цепи разделения плоскостей коррекции включают аналоговые или цифровые вычислительные машины, снабженные программами расчетов. Колебания, регистрируемые вибропреобразователями, вызываются как неуравновешенностью ротора, так и погрешностями динамической балансировки. Составную часть колебаний от погрешностей называют колебаниями помех в противоположность полезным колебаниям от дисбалансов.
Корректирующие устройства входят в состав балансировочных станков, предназначенных для крупносерийного и массового производства. Они корректируют массу ротора после его остановки или во время вращения. При работе в автоматическом режиме корректирующие устройства управляются от измерительного устройства.
В балансировочных станках применяют различные дополнительные устройства, обеспечивающие его функционирование. Это пневмо- и гидросистемы, загрузочные и накопительные устройства и т.п.
Избранные главы из книги Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.
[DETAIL_TEXT_TYPE] => html [~DETAIL_TEXT_TYPE] => html [PREVIEW_TEXT] => [~PREVIEW_TEXT] => [PREVIEW_TEXT_TYPE] => text [~PREVIEW_TEXT_TYPE] => text [DETAIL_PICTURE] => Array ( [ID] => 15 [TIMESTAMP_X] => 06.05.2024 19:28:15 [MODULE_ID] => iblock [HEIGHT] => 409 [WIDTH] => 1920 [FILE_SIZE] => 93178 [CONTENT_TYPE] => image/jpeg [SUBDIR] => iblock/a28/87ghy4c82vwnx48v6kgxb6er3vrmqffb [FILE_NAME] => 9.jpg [ORIGINAL_NAME] => 9.jpg [DESCRIPTION] => [HANDLER_ID] => [EXTERNAL_ID] => 6cee11d3ff0da669b38ac3336d063dce [VERSION_ORIGINAL_ID] => [META] => [SRC] => /upload/iblock/a28/87ghy4c82vwnx48v6kgxb6er3vrmqffb/9.jpg [UNSAFE_SRC] => /upload/iblock/a28/87ghy4c82vwnx48v6kgxb6er3vrmqffb/9.jpg [SAFE_SRC] => /upload/iblock/a28/87ghy4c82vwnx48v6kgxb6er3vrmqffb/9.jpg [ALT] => Книги, статьи, ресурсы о балансировке [TITLE] => Книги, статьи, ресурсы о балансировке ) [~DETAIL_PICTURE] => 15 [TIMESTAMP_X] => 06.05.2024 19:28:15 [~TIMESTAMP_X] => 06.05.2024 19:28:15 [ACTIVE_FROM] => [~ACTIVE_FROM] => [LIST_PAGE_URL] => /content/ [~LIST_PAGE_URL] => /content/ [DETAIL_PAGE_URL] => /info-balansirovka/knigi-stati-resursy-o-balansirovke/ [~DETAIL_PAGE_URL] => /info-balansirovka/knigi-stati-resursy-o-balansirovke/ [LANG_DIR] => / [~LANG_DIR] => / [CODE] => knigi-stati-resursy-o-balansirovke [~CODE] => knigi-stati-resursy-o-balansirovke [EXTERNAL_ID] => 15 [~EXTERNAL_ID] => 15 [IBLOCK_TYPE_ID] => content [~IBLOCK_TYPE_ID] => content [IBLOCK_CODE] => [~IBLOCK_CODE] => [IBLOCK_EXTERNAL_ID] => [~IBLOCK_EXTERNAL_ID] => [LID] => s1 [~LID] => s1 [NAV_RESULT] => [NAV_CACHED_DATA] => [DISPLAY_ACTIVE_FROM] => [IPROPERTY_VALUES] => Array ( [SECTION_META_TITLE] => Книги, статьи, ресурсы о балансировке | «РОБАЛС» [ELEMENT_META_TITLE] => Книги, статьи, ресурсы о балансировке | «РОБАЛС» [ELEMENT_META_DESCRIPTION] => Балансировка – это процедура, направленная на уравновешивание масс вращающегося ротора. В процессе работы их неравномерное распределение приводит к возникновению вибраций, влекущих за собой повышение нагрузки на подшипники, фундамент и другие элементы агрегатов. Следствием такого воздействия становится сокращение срока службы оборудования. Для предотвращения износа необходимо знать, как балансируют ротор. ) [FIELDS] => Array ( [PREVIEW_PICTURE] => ) [PROPERTIES] => Array ( [PHOTO] => Array ( [ID] => 10 [TIMESTAMP_X] => 2024-05-06 18:27:11 [IBLOCK_ID] => 3 [NAME] => Фотогалерея [ACTIVE] => Y [SORT] => 500 [CODE] => PHOTO [DEFAULT_VALUE] => [PROPERTY_TYPE] => F [ROW_COUNT] => 1 [COL_COUNT] => 30 [LIST_TYPE] => L [MULTIPLE] => Y [XML_ID] => [FILE_TYPE] => [MULTIPLE_CNT] => 5 [TMP_ID] => [LINK_IBLOCK_ID] => 0 [WITH_DESCRIPTION] => Y [SEARCHABLE] => N [FILTRABLE] => N [IS_REQUIRED] => N [VERSION] => 1 [USER_TYPE] => [USER_TYPE_SETTINGS] => a:0:{} [HINT] => [PROPERTY_VALUE_ID] => [VALUE] => [DESCRIPTION] => [VALUE_ENUM] => [VALUE_XML_ID] => [VALUE_SORT] => [~VALUE] => [~DESCRIPTION] => [~NAME] => Фотогалерея [~DEFAULT_VALUE] => ) [DESIGN] => Array ( [ID] => 11 [TIMESTAMP_X] => 2024-05-06 18:27:11 [IBLOCK_ID] => 3 [NAME] => Внешний вид [ACTIVE] => Y [SORT] => 500 [CODE] => DESIGN [DEFAULT_VALUE] => [PROPERTY_TYPE] => L [ROW_COUNT] => 1 [COL_COUNT] => 30 [LIST_TYPE] => L [MULTIPLE] => N [XML_ID] => [FILE_TYPE] => [MULTIPLE_CNT] => 5 [TMP_ID] => [LINK_IBLOCK_ID] => 0 [WITH_DESCRIPTION] => N [SEARCHABLE] => N [FILTRABLE] => N [IS_REQUIRED] => N [VERSION] => 1 [USER_TYPE] => [USER_TYPE_SETTINGS] => a:0:{} [HINT] => [PROPERTY_VALUE_ID] => [VALUE] => [DESCRIPTION] => [VALUE_ENUM] => [VALUE_XML_ID] => [VALUE_SORT] => [VALUE_ENUM_ID] => [~VALUE] => [~DESCRIPTION] => [~NAME] => Внешний вид [~DEFAULT_VALUE] => ) [GALLERY] => Array ( [ID] => 61 [TIMESTAMP_X] => 2024-05-06 18:27:11 [IBLOCK_ID] => 3 [NAME] => Фото или видео [ACTIVE] => Y [SORT] => 500 [CODE] => GALLERY [DEFAULT_VALUE] => [PROPERTY_TYPE] => F [ROW_COUNT] => 1 [COL_COUNT] => 30 [LIST_TYPE] => L [MULTIPLE] => Y [XML_ID] => [FILE_TYPE] => mpg, avi, wmv, mpeg, mpe, flv, jpg, gif, bmp, png, jpeg, webp [MULTIPLE_CNT] => 5 [TMP_ID] => [LINK_IBLOCK_ID] => 0 [WITH_DESCRIPTION] => N [SEARCHABLE] => N [FILTRABLE] => N [IS_REQUIRED] => N [VERSION] => 1 [USER_TYPE] => [USER_TYPE_SETTINGS] => a:0:{} [HINT] => [PROPERTY_VALUE_ID] => [VALUE] => [DESCRIPTION] => [VALUE_ENUM] => [VALUE_XML_ID] => [VALUE_SORT] => [~VALUE] => [~DESCRIPTION] => [~NAME] => Фото или видео [~DEFAULT_VALUE] => ) [GALLERY_TEXT] => Array ( [ID] => 62 [TIMESTAMP_X] => 2023-04-26 18:10:10 [IBLOCK_ID] => 3 [NAME] => Подписи к фото/видео [ACTIVE] => Y [SORT] => 500 [CODE] => GALLERY_TEXT [DEFAULT_VALUE] => Array ( [TYPE] => HTML [TEXT] => ) [PROPERTY_TYPE] => S [ROW_COUNT] => 1 [COL_COUNT] => 30 [LIST_TYPE] => L [MULTIPLE] => Y [XML_ID] => [FILE_TYPE] => [MULTIPLE_CNT] => 2 [TMP_ID] => [LINK_IBLOCK_ID] => 0 [WITH_DESCRIPTION] => N [SEARCHABLE] => N [FILTRABLE] => N [IS_REQUIRED] => N [VERSION] => 1 [USER_TYPE] => HTML [USER_TYPE_SETTINGS] => Array ( [height] => 100 ) [HINT] => [PROPERTY_VALUE_ID] => [VALUE] => [DESCRIPTION] => [VALUE_ENUM] => [VALUE_XML_ID] => [VALUE_SORT] => [~VALUE] => [~DESCRIPTION] => [~NAME] => Подписи к фото/видео [~DEFAULT_VALUE] => Array ( [TYPE] => HTML [TEXT] => ) ) [GALLERY_CODE] => Array ( [ID] => 63 [TIMESTAMP_X] => 2023-04-26 18:10:10 [IBLOCK_ID] => 3 [NAME] => Видео (код) [ACTIVE] => Y [SORT] => 500 [CODE] => GALLERY_CODE [DEFAULT_VALUE] => Array ( [TYPE] => HTML [TEXT] => ) [PROPERTY_TYPE] => S [ROW_COUNT] => 1 [COL_COUNT] => 30 [LIST_TYPE] => L [MULTIPLE] => Y [XML_ID] => [FILE_TYPE] => [MULTIPLE_CNT] => 2 [TMP_ID] => [LINK_IBLOCK_ID] => 0 [WITH_DESCRIPTION] => N [SEARCHABLE] => N [FILTRABLE] => N [IS_REQUIRED] => N [VERSION] => 1 [USER_TYPE] => HTML [USER_TYPE_SETTINGS] => Array ( [height] => 200 ) [HINT] => [PROPERTY_VALUE_ID] => [VALUE] => [DESCRIPTION] => [VALUE_ENUM] => [VALUE_XML_ID] => [VALUE_SORT] => [~VALUE] => [~DESCRIPTION] => [~NAME] => Видео (код) [~DEFAULT_VALUE] => Array ( [TYPE] => HTML [TEXT] => ) ) [GRAY_BLOCK] => Array ( [ID] => 69 [TIMESTAMP_X] => 2024-05-06 18:27:11 [IBLOCK_ID] => 3 [NAME] => Страница с серыми блоками [ACTIVE] => Y [SORT] => 500 [CODE] => GRAY_BLOCK [DEFAULT_VALUE] => [PROPERTY_TYPE] => L [ROW_COUNT] => 1 [COL_COUNT] => 30 [LIST_TYPE] => C [MULTIPLE] => N [XML_ID] => [FILE_TYPE] => [MULTIPLE_CNT] => 5 [TMP_ID] => [LINK_IBLOCK_ID] => 0 [WITH_DESCRIPTION] => N [SEARCHABLE] => N [FILTRABLE] => N [IS_REQUIRED] => N [VERSION] => 1 [USER_TYPE] => [USER_TYPE_SETTINGS] => a:0:{} [HINT] => [PROPERTY_VALUE_ID] => [VALUE] => [DESCRIPTION] => [VALUE_ENUM] => [VALUE_XML_ID] => [VALUE_SORT] => [VALUE_ENUM_ID] => [~VALUE] => [~DESCRIPTION] => [~NAME] => Страница с серыми блоками [~DEFAULT_VALUE] => ) ) [DISPLAY_PROPERTIES] => Array ( ) [IBLOCK] => Array ( [ID] => 3 [~ID] => 3 [TIMESTAMP_X] => 16.05.2024 11:50:02 [~TIMESTAMP_X] => 16.05.2024 11:50:02 [IBLOCK_TYPE_ID] => content [~IBLOCK_TYPE_ID] => content [LID] => s1 [~LID] => s1 [CODE] => [~CODE] => [API_CODE] => [~API_CODE] => [REST_ON] => N [~REST_ON] => N [NAME] => Страницы сайта [~NAME] => Страницы сайта [ACTIVE] => Y [~ACTIVE] => Y [SORT] => 500 [~SORT] => 500 [LIST_PAGE_URL] => /content/ [~LIST_PAGE_URL] => /content/ [DETAIL_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/#SECTION_CODE_PATH#/#CODE#/ [~DETAIL_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/#SECTION_CODE_PATH#/#CODE#/ [SECTION_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/#CODE#/ [~SECTION_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/#CODE#/ [CANONICAL_PAGE_URL] => [~CANONICAL_PAGE_URL] => [PICTURE] => [~PICTURE] => [DESCRIPTION] => [~DESCRIPTION] => [DESCRIPTION_TYPE] => text [~DESCRIPTION_TYPE] => text [RSS_TTL] => 24 [~RSS_TTL] => 24 [RSS_ACTIVE] => Y [~RSS_ACTIVE] => Y [RSS_FILE_ACTIVE] => N [~RSS_FILE_ACTIVE] => N [RSS_FILE_LIMIT] => [~RSS_FILE_LIMIT] => [RSS_FILE_DAYS] => [~RSS_FILE_DAYS] => [RSS_YANDEX_ACTIVE] => N [~RSS_YANDEX_ACTIVE] => N [XML_ID] => [~XML_ID] => [TMP_ID] => 8aed3f87fd151932d2b3df41e8c657f9 [~TMP_ID] => 8aed3f87fd151932d2b3df41e8c657f9 [INDEX_ELEMENT] => Y [~INDEX_ELEMENT] => Y [INDEX_SECTION] => Y [~INDEX_SECTION] => Y [WORKFLOW] => N [~WORKFLOW] => N [BIZPROC] => N [~BIZPROC] => N [SECTION_CHOOSER] => L [~SECTION_CHOOSER] => L [LIST_MODE] => [~LIST_MODE] => [RIGHTS_MODE] => S [~RIGHTS_MODE] => S [SECTION_PROPERTY] => N [~SECTION_PROPERTY] => N [PROPERTY_INDEX] => N [~PROPERTY_INDEX] => N [VERSION] => 1 [~VERSION] => 1 [LAST_CONV_ELEMENT] => 0 [~LAST_CONV_ELEMENT] => 0 [SOCNET_GROUP_ID] => [~SOCNET_GROUP_ID] => [EDIT_FILE_BEFORE] => [~EDIT_FILE_BEFORE] => [EDIT_FILE_AFTER] => [~EDIT_FILE_AFTER] => [SECTIONS_NAME] => Разделы [~SECTIONS_NAME] => Разделы [SECTION_NAME] => Раздел [~SECTION_NAME] => Раздел [ELEMENTS_NAME] => Элементы [~ELEMENTS_NAME] => Элементы [ELEMENT_NAME] => Элемент [~ELEMENT_NAME] => Элемент [EXTERNAL_ID] => [~EXTERNAL_ID] => [LANG_DIR] => / [~LANG_DIR] => / [SERVER_NAME] => [~SERVER_NAME] => ) [SECTION] => Array ( [PATH] => Array ( ) ) [SECTION_URL] => [META_TAGS] => Array ( [TITLE] => Книги, статьи, ресурсы о балансировке [ELEMENT_CHAIN] => Книги, статьи, ресурсы о балансировке [BROWSER_TITLE] => Книги, статьи, ресурсы о балансировке | «РОБАЛС» [KEYWORDS] => [DESCRIPTION] => Балансировка – это процедура, направленная на уравновешивание масс вращающегося ротора. В процессе работы их неравномерное распределение приводит к возникновению вибраций, влекущих за собой повышение нагрузки на подшипники, фундамент и другие элементы агрегатов. Следствием такого воздействия становится сокращение срока службы оборудования. Для предотвращения износа необходимо знать, как балансируют ротор. ) [MAP] => Array ( ) )
Книги, статьи, ресурсы о балансировке
ВИДЫ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРА
Балансировка – это процедура, направленная на уравновешивание масс вращающегося ротора. В процессе работы их неравномерное распределение приводит к возникновению вибраций, влекущих за собой повышение нагрузки на подшипники, фундамент и другие элементы агрегатов. Следствием такого воздействия становится сокращение срока службы оборудования. Для предотвращения износа необходимо знать, как балансируют ротор.
СТАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА
Существуют следующие методы данного вида балансировки:
Подбор корректирующей массы. Статическая балансировка ротора используется при малой угловой скорости по направлению оси вращения. Процедура выполняется в определенной последовательности. Сначала ротор укладывается на горизонтальную плоскость. Под действием момента силы тяжести он начинает катиться, пока не займет устойчивое положение. При этом тяжелая часть ротора оказывается внизу. С целью балансировки деталь поворачивается на 90° так, чтобы данная точка оказалась в горизонтальной плоскости. В противоположной части устанавливается уравновешивающая масса.
Круговой обход. По окружности ротор условно делится на 8 равных частей, на которые наносятся пометки. Деталь помещается в балансировочное оборудование таким образом, чтобы первая точка оказалась в горизонтальной плоскости. В этом месте устанавливается масса, поворачивающая ротор на 45°. Таким способом в горизонтальную плоскость переходит вторая точка. Использованный груз снимается и взвешивается. Ко второй точке подбирается новая масса, приводящая к повороту ротора еще на 45° к следующей отметке. Процедура повторяется для всех точек.
ДИНАМИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА
Данный тип балансировки направлен на устранение статического и моментного дисбалансов. Она выполняется при помощи следующих методов:
Обход грузом. При данной динамической балансировке роторов проводится измерение амплитуды вибрации незакрепленного подшипника. К делениям с торцевой стороны детали прикрепляется пробный груз. После этого выполняется измерение резонансных колебаний, которые вызывает уравновешивающая масса. Результаты отражаются на графике для проведения расчетов. При необходимости на торце ротора изменяется расположение груза и его масса. Если в одной плоскости первой опоры деталь уравновешивается, проводится закрепление ее второго торца, и процедура повторяется с применением корректировочного и добавочного грузов.
Максимальные отметки. Цилиндрическая часть ротора, или шейка, покрывается мелом. Одна опора детали закрепляется при свободной балансировке второй в вертикальной плоскости. Ротор подвергается вращению. Во время резонансных оборотов при максимальной амплитуде на забеленную поверхность наносятся отметки. Середина их расположения – это место боя ротора. Данная отметка переносится на торцевую часть детали. На этой же поверхности со смещением на 90° оставляется вторая точка, в которой устанавливается пробный груз. В процессе вращения ротора на те же места наносятся новые отметки. Совпадение свидетельствует о правильном размещении груза, но недостаточной массе. Поэтому данный показатель увеличивается до момента отсутствия отдельных отметок. Аналогичной процедуре подвергается вторая опора.
ВИДЫ БАЛАНСИРОВОЧНЫХ СТАНКОВ ПО КОЛИЧЕСТВУ СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ РОТОРА
Балансировочный станок представляет собой высокоточное оборудование, оснащенное электронной измерительной системой, с помощью которой определяется величина и место неуравновешенности статического или динамического типа в симметричных по отношению к оси вращения роторах. Данные агрегаты производятся:
С неподвижной осью ротора. Этот вид балансировочных станков отличается одной степенью свободы вращающейся детали. Неуравновешенность в данном случае определяется с помощью измерений вибрации опор. Их распределение обусловливается размещением центра масс по отношению к подшипникам или плоскостям. В процессе работы с тяжелыми роторами используется их осевой привод и неподвижное основание в виде пола или фундамента агрегата. Мягкая подвеска станка вызывает вибрацию подшипников. В связи с этим для калибровки агрегата используется тарировочный ротор. При вращении легких деталей вибрация позволяет сохранять соотношение сил. В данном случае масса плиты, установленной на пружинах подвески, превышает вес ротора.
С фиксированной осью ротора. В этом типе балансировочных станков предусматриваются две степени свободы ротора. Агрегаты характеризуются жесткой связью между колеблющейся рамой и основанием в перпендикулярном к оси направлении. Это оборудование функционирует в резонансном режиме. Значительные угловые колебания рамы позволяют проводить точные измерения. При этом требуется применение привода, обеспечивающего постоянную частоту вращения. Процедуры балансировки, выполняющиеся на данном оборудовании, основываются на измерении дисбаланса в двух плоскостях, поочередно совмещающихся с фиксированной осью. В процессе работы с тяжелыми и средними роторами станки устанавливаются на изолированном фундаменте, с легкими – на плитах с мягкой подвеской.
С фиксированной плоскостью колебаний оси ротора. Станки данной группы имеют три степени свободы вращающейся детали. В процессе их работы дисбаланс определяется по колебаниям опор в двух корректирующих плоскостях за один пуск. Точность измерений в малой степени зависит от внешних вибраций. Это объясняется возможностью настройки собственной частоты колебаний вращающейся детали. При работе с роторами малых электродвигателей возможно значительное влияние вертикальных помех. Для их устранения выполняется виброизоляция посредством подвески с резиновыми подкладками или изолированного фундамента. Станки работают в зарезонансном режиме.
С пространственным колебанием оси ротора. Такие станки имеют семь степеней свободы детали. Во время вращения ось ротора перемещается вместе с колеблющейся рамой. По движениям ее произвольной точки определяются вибрации только статического или моментного дисбаланса. При этом возможность произвольного перемещения точек позволяет проектировать специализированные станки для определенного вида балансировки. Агрегаты обеспечивают жесткость во всех осях вращения. Зачем нужны балансировочные станки данного типа? Они применяются для определения дисбаланса при работе с гибкими роторами. Вследствие отсутствия жесткой связи с фундаментом система позволяет задавать параметры, снижающие чувствительность агрегата к внешним вибрациям. Существует функция выбора направления для проведения измерения колебаний.
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА БАЛАНСИРОВКИ
МЕТОДЫ БАЛАНСИРОВКИ
Методы балансировки классифицируют по ряду признаков:
- по назначению — балансировка деталей, жестких, квазигибких и гибких роторов в сборе, роторов на месте установки
- по частоте вращения ротора при балансировке — без вращения детали, низкочастотная и высокочастотная балансировка
- по числу плоскостей коррекции — одно, двух- и многоплоскостная балансировка
- по измеряемому параметру при балансировке — с измерением амплитуды, фазы, амплитуды и фазы перемещения, виброскорости, виброускорения, усилия в опорах, напряжений в роторе
- по числу измеряемых параметров при балансировке — один, два, более двух параметров
- по способу корректировки масс — добавлением, уменьшением или перемещением корректирующих масс
- по способу, нахождения зависимости дисбалансов в плоскостях коррекции от измеряемых параметров — экспериментальный (метод пробных пусков), расчетный, экспериментально-расчетный.
Основными методами балансировки жестких роторов в сборе являются методы низкочастотной динамической балансировки в одной или двух плоскостях коррекции. Зависимости дисбалансов в плоскостях коррекции от измеряемых параметров устанавливают методом пробных пусков или путем предварительного расчета.
Методы низкочастотной балансировки квазигибких роторов отличаются от методов низкочастотной балансировки жестких роторов тем, что дисбалансы в плоскостях коррекции устанавливают по определенному закону. Для роторов с известным распределением дисбалансов применяют методы балансировки по главному вектору и главному моменту. При этом используют две или три плоскости коррекции. Роторы с неизвестным распределением дисбалансов балансируют во многих плоскостях коррекции, распределяя корректирующие массы по длине ротора пропорционально, смещению оси ротора относительно главной центральной оси инерции или другому закону.
Методы балансировки гибких роторов требуют высокой частоты вращения, многих плоскостей коррекции и измерения перемещений ротора в нескольких сечениях и вибраций опор. Зависимости дисбалансов в плоскостях коррекции находят экспериментальным и экспериментально-расчетным способами.
Для достижения 1-го и 2-го классов точности балансировки жестких и квазигибких роторов применяют метод, высокочастотной балансировки роторов на месте установки. Как правило, балансировку проводят в одной или двух плоскостях коррекции методом пробных пусков по измерениям амплитуд вибраций корпуса или опорных стоек. Высокочастотную балансировку гибких роторов на месте установки выполняют экспериментально-расчетными методами.
Совершенство метода балансировки определяется значением достижимого остаточного дисбаланса в плоскости коррекции, коэффициентом уменьшения дисбаланса за одну корректировку масс и продолжительностью балансировки.
Выбор метода балансировки зависит от технических требований на балансировку, организационных и экономических условий данного производства. Метод балансировки выбирают на стадии проектирования ротора, доводочных испытаниях и технологической подготовки производства.
СРЕДСТВА БАЛАНСИРОВКИ
Средства балансировки разделяют на:
- технологическое оборудование (в том числе контрольное и испытательное)
- технологическую оснастку (в том числе инструменты и средства контроля)
- средства механизации и автоматизации производственных процессов
К технологическому оборудованию для реализации процесса балансировки относят: балансировочные и металлорежущие станки и другое оборудование.
Балансировочный станок — станок, с помощью которого определяют и уменьшают дисбалансы ротора, их классифицируют по следующим признакам:
- по назначению — для статической и динамической балансировки
- по режиму работы — дорезонансные, зарезонансные и резонансные
- по виду привода вращения балансируемого ротора — с приводным валом, приводным ремнем, собственным приводом изделия
- по оснащенности средствами корректировки масс — снабженные средствами корректировки масс, измерительные
- по уровню автоматизации — с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы и автоматические линии станков
- по паспортному порогу чувствительности — нормальной и повышенной точности.
На станке для статической балансировки можно определить главный вектор дисбалансов ротора:
- при помощи силы тяжести на невращающемся роторе
- на вращающемся роторе (в динамическом режиме)
На станках для динамической балансировки неуравновешенный ротор вращается с постоянной частотой в специальных опорах.
В зависимости от режима работы вращение происходит вокруг главной центральной оси инерции ротора (зарезонансный станок) или оси ротора (дорезонансный станок).
На дорезонансных станках измеряют динамические усилия в опорах и по законам статики находят дисбалансы в плоскостях коррекции несбалансированного ротора.
На зарезонансных станках измеряют вибрации опор и экспериментально устанавливают связь вибраций опор с дисбалансами в плоскостях коррекции ротора.
Высокочастотные станки для динамической балансировки называемые разгонно-балансировочными стендами, оборудованы бесконтактными датчиками для измерения перемещений вращающегося ротора в нескольких сечениях.
Станки для динамической балансировки имеют индикаторы дисбаланса: измерительные приборы, аналоговые или цифровые вычислительные машины, позволяющие получать информацию о дисбалансах ротора. Комплект измерительных приборов с вибродатчиками, позволяющий получить информацию о дисбалансах ротора при балансировке на месте в собственных подшипниках и опорах без установки на балансировочный станок, называют балансировочным комплектом.
Металлорежущие станки в процессе балансировки применяют для корректировки масс снятием материала с поверхностей ротора. Для этого используют станки токарной группы, а также сверлильные, фрезерные и шлифовальные станки.
Корректировку масс ротора осуществляют и с помощью других станков и агрегатов, например, сварочных агрегатов, лазеров, электрохимических станков и т. д.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА
К ней относят:
- приспособления для балансировочных и металлорежущих станков
- средства контроля
- слесарно-сборочный, режущий инструмент и вспомогательные материалы
Приспособления для металлорежущих станков предназначены для связывания обрабатываемой детали (ротора) при корректировке масс со станком и режущим инструментом. Для этих целей используют универсальные или специальные станочные приспособления. Наиболее распространены машинные тиски, патроны, кондукторы, планшайбы и т. п.
Выполнение подготовительных, рабочих и заключительных операций процесса балансировки сопровождается техническим контролем линейных, угловых размеров и массы. Для этих целей применяют контрольно-измерительный инструмент и приборы, обеспечивающие заданную точность измерений, высокую достоверность, малую трудоемкость.
При балансировке используют как простые средства измерений (металлические линейки, щупы, технические уровни), так и более сложные — штангенинструменты, микрометры, рычажно-механические приборы (индикаторы часового типа).
В зависимости от конструкции станка, балансируемого ротора, способа корректировки масс применяют общеслесарный или специальный сборочный инструмент, резцы, фрезы, сверла и другой режущий инструмент.
В процессе технического обслуживания станков, подготовки роторов к балансировке используют смазочные масла, обтирочные противокоррозионные и другие вспомогательные материалы.
Средства механизации и автоматизации. Наряду со станками-автоматами и полуавтоматами, автоматическими линиями актуальны средства малой механизации и автоматизации.
Механизация направлена на частичную или полную замену ручного труда человека машиной с сохранением участия человека в ее управлении. Автоматизация процесса направлена на передачу машинам и приборам функций управления, ранее выполнявшихся человеком.
Избранные главы из книги Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.
Дисбаланс ротора представляет собой векторную величину, которая равна произведению веса детали на расстояние от ее оси до центра масс. Данное явление возникает при производстве или восстановлении изделий, а также при сборке агрегатов. Его количественное значение изменяется. Дисбаланс подлежит устранению во избежание преждевременного износа не только деталей, но и всего агрегата в целом. Процедура балансировки выполняется посредством установки противовесов или снятия металла на тяжелых участках ротора. Корректировка проводится на максимальном радиусе. Это обусловливается тем, что при увеличении расстояния от оси увеличивается влияние груза на равновесие детали. После завершения балансировки смещение центра масс сохраняется. Оно называется остаточным дисбалансом и оценивается несколькими методами.
ОЦЕНКА НА НИЗКОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
Для оценки остаточного дисбаланса применяется способ, основывающийся на его сравнении с предельными значениями, предусмотренными в ГОСТ 22061. В качестве оборудования для проведения процедуры используются низкоскоростные балансировочные станки. Оценка данного типа дисбаланса выполняется после установки всех элементов ротора: зубчатых колес, полумуфт и др. Во время процедуры деталь подвергается вращению на балансировочной скорости с целью измерения углов и значений дисбалансов во всех плоскостях.
ОЦЕНКА НА НЕСКОЛЬКИХ СКОРОСТЯХ ВРАЩЕНИЯ
Оценка данного вида дисбаланса выполняется для учета его распределения. Для проведения процедуры используются данные о гибкости ротора. С целью оценки уравновешенности выполняются расчеты по эквивалентным остаточным модальным дисбалансам для всех мод. Процедура проходит в несколько этапов. Сначала ротор устанавливается в балансировочный агрегат и подвергается вращению. Задается скорость, приближенная к аналогичному критическому показателю изгибных колебаний. После этого проводится считывание значений вибрации, возникающей на опорах подшипника. На ротор устанавливаются пробные массы так, чтобы дисбаланс, который они вызывают, был достаточным для оказания влияния на колебания детали. После снятия показаний массы удаляются. Далее задается скорость, близкая ко второму аналогичному критическому показателю изгибных колебаний. Процесс повторяется для всех мод.
ОЦЕНКА НА РАБОЧЕЙ СКОРОСТИ
Остаточный вид дисбаланса ротора может оцениваться по двум заданным корректирующим плоскостям. При использовании рабочей скорости вращения осуществляется подбор их оптимального положения. Испытания проводятся на балансировочном оборудовании, в котором ротор устанавливается на опорные подшипники. Во время оценки дисбаланса на рабочей скорости датчики, измеряющие вибрации опоры, вала или подшипника, не имеют резонансов, способных оказать влияние на показания. Если привод оборудования создает дополнительный дисбаланс, то данное значение компенсируется.
Динамически неуравновешенный ротор при балансировке рассматривают как полностью сбалансированный ротор, в плоскостях коррекции которого прикреплены точечные неуравновешенные массы. При вращении такого ротора с постоянной угловой скоростью вокруг неподвижной оси возникают переменные нагрузки на опорах ротора и изгиб его оси. Нагрузки на опорах ротора пропорциональны дисбалансам во всех плоскостях коррекции
Коэффициент пропорциональности называют балансировочной чувствительностью, или чувствительностью по дисбалансу, и обозначают двумя индексами: первый индекс соответствует названию опоры, а второй - номеру плоскости коррекции. Балансировочная чувствительность зависит от частоты вращения ротора при балансировке, расстояния от плоскости коррекции до опоры, массы, жесткости, демпфирования и других параметров ротора и опор. В общем случае а - векторная величина, определяющая отношение изменения вибраций опоры к изменению измеряемого значения дисбаланса. Балансировочную чувствительность находят путем расчета или экспериментально.
Для жесткого ротора достаточно измерить нагрузки или вибрации опор на постоянной частоте вращения для того, чтобы определить главный вектор и главный момент дисбалансов или два вектора дисбалансов. Эти векторы в общем случае разные но значению и непараллельные, лежат в двух произвольных плоскостях, перпендикулярных оси ротора, и полностью определяют его динамическую неуравновешенность. Корректировку масс также достаточно провести в двух плоскостях.
Дисбалансы гибкого ротора, определяющие неуравновешенность по n-й форме изгиба, определяют на частотах вращения, близких к соответствующей n-й собственной частоте изгибных колебаний системы ротор-опоры, т. е. на частотах вращения, при которых возникают деформации упругой линии, характерные для n-й формы изгиба. Корректировку масс проводят во многих плоскостях, перпендикулярных оси ротора, по каждой форме изгиба.
Упругодеформируемые роторы балансируют на низких частотах вращения как жесткие роторы. Однако корректирующие массы располагают во многих плоскостях по определенному закону.
Процесс динамической балансировки состоит из следующих этапов:
- На постоянной частоте вращения измеряют нагрузки или вибрации опор динамически неуравновешенного ротора.
- По результатам измерений вибраций опор путем расчета или экспериментально находят балансировочные чувствительности и дисбалансы в плоскостях измерения. Обычно плоскости измерения совпадают с плоскостями опор ротора.
- Рассчитывают дисбалансы в заданных плоскостях коррекции, значения и углы корректирующих масс.
- Проводят корректировку масс ротора согласно требованиям технической документации.
- В зависимости от заданной точности балансировки, класса ротора, применяемого оборудования и многих других факторов используют различные методы динамической балансировки.
Избранные главы из книги Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.
В балансировочной технике применяются термины из различных областей науки, техники и производства. Единая терминология способствует правильному пониманию решаемых задач при балансировке и уменьшению ошибок в работе. Приводимые ниже определения терминов могут быть при необходимости изменены по форме, но при этом не должен нарушаться смысл понятия.
МЕХАНИКА
Механическое движение — изменение положения тела относительно других тел. Механическое движение определяется траекторией, пройденным путем, скоростью и ускорением.
Скалярная величина — величина, каждое значение которой может быть выражено одним числом.
Векторная величина — величина, которая кроме численного значения имеет направление.
Инерция — явление сохранения скорости движения тела или состояния покоя при отсутствии действия других каких-либо сил.
Масса — мера инертности и гравитационных свойств тела.
Сила — векторная величина, служащая мерой механического взаимодействия тел. В природе и технике действуют силы тяжести, упругости, трения и другие силы.
Момент силы — механическая величина, равная произведению силы на расстояние от точки приложения силы до заданной точки (полюса) или оси.
Колебания — процесс поочередного возрастания и убывания, обычно во времени, какой-либо величины.
Механические колебания — колебания значения кинематической или динамической величины. Механические колебания определяются временем, амплитудой, фазой, угловой частотой. Механические колебания бывают свободные, вынужденные, резонансные и др.
Вибрация — движение точки или тела, при котором происходят колебания характеризующих его скалярных величин. Вибрация характеризуется виброперемещением, виброскоростью, виброускорением, виброперегрузкой.
Вращательное движение вокруг оси — движение, при котором все точки, двигаясь в параллельных плоскостях тела, описывают окружности с центрами, лежащими на одной прямой, перпендикулярной к плоскости этих окружностей и называемой осью вращения. Вращение определяется углом поворота, угловой скоростью, угловым ускорением.
Момент инерции тела относительно оси — величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг этой оси.
Ротор — тело, которое при вращении удерживается своими несущими поверхностями в опорах. В балансировочной технике роторы делят на классы: жесткие, упруго деформируемые, гибкие и другие.
Несущая поверхность ротора — поверхности цапф или поверхности, их заменяющие. Несущая поверхность ротора передает нагрузки на опоры через подшипники скольжения или качения.
НЕУРАВНОВЕШЕННОСТЬ И ДИСБАЛАНС
Неуравновешенность — состояние ротора, характеризующееся таким распределением масс, которое во время вращения вызывает переменные нагрузки на опорах ротора и его изгиб. Неуравновешенность жесткого ротора бывает статическая, моментная, динамическая, квазистатйческая. Неуравновешенность гибкого ротора бывает по n-й форме изгиба.
Эксцентриситет массы — радиус-вектор центре рассматриваемой массы относительно оси ротора.
Точечная неуравновешенная масса — условная точечная масса с заданным эксцентриситетом, вызывающая во время вращения ротора переменные нагрузки на опорах и его изгиб.
Дисбаланс — векторная величина, равная произведению неуравновешенной массы на ее эксцентриситет. Дисбаланс полностью определяется значением и углом.
Корректирующая масса — масса, используемая для уменьшения дисбалансов ротора.
Плоскость коррекции, приведения, измерения — плоскость, перпендикулярная оси ротора, в которой расположен центр корректирующих масс, задают дисбаланс, измеряют дисбаланс.
Начальный и остаточный дисбаланс — дисбаланс в рассматриваемой плоскости, перпендикулярной оси ротора, до и после корректировки масс.
Допустимый дисбаланс — наибольший остаточный дисбаланс в рассматриваемой плоскости жесткого ротора или дисбаланс по п-й форме изгиба гибкого ротора, который считается приемлемым.
Технологический дисбаланс — разность значений остаточных дисбалансов в одних и тех же плоскостях ротора, измеренных для изделия в сборе и для сборочной единицы ротора.
Эксплуатационный дисбаланс — разность значений остаточных дисбалансов в одних и тех же плоскостях ротора, измеренных на изделии в сборе до начала его эксплуатации и после того, как оно выработало весь заданный технический ресурс или ресурс до ремонта, предусматривающего балансировку.
БАЛАНСИРОВКА
Балансировка — процесс определения значений и углов дисбалансов ротора и уменьшения их корректировкой масс.
Низкочастотная балансировка — балансировка на такой частоте вращения, при которой балансируемый ротор еще можно рассматривать как жесткий.
Высокочастотная балансировка — балансировка на такой частоте вращения, при которой балансируемый ротор уже не может рассматриваться как жесткий.
Балансировка на месте — балансировка ротора в собственных подшипниках и опорах без установки на балансировочный станок.
Статическая балансировка — балансировка, при которой определяется и уменьшается главный вектор дисбалансов ротора, характеризующий его статическую неуравновешенность.
Моментная балансировка — балансировка, при которой определяется и уменьшается главный момент дисбалансов ротора, характеризующий его моментную неуравновешенность.
Динамическая балансировка — балансировка, при которой определяются и уменьшаются дисбалансы ротора, характеризующие его динамическую неуравновешенность.
Балансировка по n-й форме изгиба — балансировка гибких роторов в заданном диапазоне частот вращения для уменьшения переменных нагрузок на опорах ротора и его изгиба, вызванных неуравновешенностью по п-й. форме изгиба.
СРЕДСТВА БАЛАНСИРОВКИ
Балансировочный станок — станок, определяющий дисбалансы ротора для уменьшения их корректировкой масс.
Станок для статической балансировки — балансировочный станок, определяющий главный вектор дисбалансов при помощи сил тяжести на невращающемся роторе или на вращаемом роторе.
Станок для динамической балансировки — балансировочный станок, определяющий дисбалансы на вращаемом им роторе.
Разгонно-балансировочный стенд — балансировочный станок, определяющий нагрузки на опорах ротора и изгиб его оси на вращаемом им гибком роторе при высокочастотной балансировке.
Балансировочный комплект — измерительные приборы, позволяющие получить информацию о дисбалансах ротора при его балансировке на месте.
Балансировочная оправка — сбалансированный вал, на который монтируют подлежащее балансировке изделие.
Балансировочная рамка — приспособление для балансировочного станка, на которое устанавливают подлежащее балансировке изделие.
Контрольный ротор — ротор, применяемый для проверки балансировочного станка.
Тарировочный ротор — один из серийных роторов, используемый для тарирования балансировочного станка.
Настройка балансировочного станка — процесс, включающий механическую регулировку привода ротора, установку приспособлений, разделение плоскостей коррекции, тарирование измерительного устройства.
Порог чувствительности балансировочного станка по значению и углы дисбаланса — наименьшее изменение значения и угла дисбаланса, которое может выявить и показать балансировочный станок в заданных условиях.
Одним из признаков технологической классификации балансировочных станков служат степень их универсальности, т.е. то разнообразие роторов, для которых они могут быть использованы. Чем больше это разнообразие, тем шире технологические возможности станка. Балансировочные станки разделяют на четыре типа: универсальные, определенного назначения, специальные и балансировочные комплекты.
Универсальные балансировочные станки используют в серийном производстве для определения дисбалансов роторов различных конструкций. К этому типу относятся зарезонансные и до-резонансные станки с осевым или ленточным приводом, обладающие высокой точностью и быстрой переналадкой на новый тип роторов. На них можно балансировать роторы, отличающиеся по массе, длине и диаметру в 10..40 раз. Универсальные балансировочные станки характеризуются допустимой массой и диаметром ротора, расстоянием между опорами станка, диапазоном частот вращения ротора, мощностью привода и точностью станка.
Минимально допустимая масса ротора — масса балансируемого ротора, при которой обеспечивается заданная точность станка. Максимально допустимая масса ограничена прочностью подвески опор. В нее входит масса ротора, его подшипников и корпуса, оснастки, т.е. вся масса, устанавливаемая на опоры станка.
Допустимый диаметр ротора зависит от расстояния от центров опор до станины (пола) станка. Максимальное расстояние между опорами станка ограничено длиной направляющих станины, а минимальное — толщиной стоек.
У станков, опоры которых имеют гнездо для установки подшипника, указывают его диаметр или наибольший диаметр цапф ротора.
Диапазон частот вращения ротора при балансировке соответствует частотному диапазону измерительного устройства, частоте вращения и мощности приводного устройства.
Универсальные балансировочные станки изготавливают нормальной и повышенной точности.
Для балансировки роторов массой от нескольких граммов до десятков килограммов применяют зарезонансные станки с ленточным приводным соединением. Измерительные устройства этих станков обычно имеют избирательный усилитель, стробоскоп и потенциометрическую цепь разделения плоскостей коррекции. Настройку станка на данный тип ротора проводят с помощью тарировочного ротора.
Балансировку роторов массой до 1000 кг выполняют на зарезонансных и дорезонансных станках как с осевым, так и с ленточным приводом с разнообразными измерительными устройствами.
Универсальные балансировочные станки для роторов массой более 1000 кг изготавливают с осевым приводом и ваттметрическим измерительным устройством. Опоры станков для тяжелых роторов делают дорезонансными.
Станки определенного назначения предназначены для балансировки колес автомобилей, вентиляторов, электрических двигателей в собственному корпусе и т.п. или определенных видов балансировки — статической, высокочастотной. Эти станки менее универсальны, обладают меньшим диапазоном характеристик, но рассчитаны на большую производительность. Их изготавливают на базе универсальных станков и оснащают дополнительными устройствами (например, корректирующими устройствами и специальной оснасткой). Особое место среди станков 2-го типа занимают вертикальные балансировочные станки и станки для высокочастотной балансировки гибких роторов.
Вертикальные балансировочные станки предназначены для статической балансировки в динамическом режиме деталей, не имеющих собственных несущих поверхностей. Принцип действия и конструкция основных узлов станка аналогичны горизонтальным станкам. Отличительной особенностью вертикальных станков является наличие шпинделя с вертикальной осью вращения, на конце которого находится зажимное устройство. Эти станки характеризуются допустимой массой и диаметром балансируемой детали, диапазоном частот вращения, мощностью привода и точностью станка.
По вертикальным направляющим станка перемещается двухшпиндельная сверлильная головка, с помощью которой производится корректировка масс детали высверливанием необходимого количества металла. Станок может работать в полуавтоматическом режиме.
Станки для высокочастотной балансировки гибких роторов имеют дорезонансные опоры, осевой привод с широким диапазоном частот вращения, измерительное устройство с токовихревыми датчиками. На высоких частотах балансируют роторы массой до 300 т.
Поэтому с целью уменьшения потерь мощности на трение о воздух баласировочное устройство с ротором помещают в герметичную камеру, в которой с помощью вакуумного насоса создается разрежение до 100 Па. Станки для высокочастотной балансировки являются сложными устройствами с дополнительными системами, обеспечивающими транспортировку ротора, смазку его опор, разрежение в камере и т.п.
Специальные балансировочные станки используют в крупносерийном и массовом производстве для балансировки роторов определенной массы и геометрии. Специальный станок изготавливают в нескольких экземплярах. Для повышения производительности балансировки специальные станки оснащают средствами механизации и автоматизации. Степень автоматизации станка зависит от условий производства и может быть различной.
В простейшем случае она включает только определение дисбалансов, в более сложном — корректировку масс и транспортировку роторов.
Балансировочные комплекты предназначены для определения дисбалансов роторов при балансировке в собственных подшипниках и собственном корпусе без установки на станке. В качестве балансировочных комплектов используют измерительные устройства балансировочных станков, виброизмерительные приборы общего назначения и специальные балансировочные приборы.
Избранные главы из книги
Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.
В данном разделе описывается устройство, принцип действия и конструкция основных узлов станков для динамической балансировки; рассматриваются типовые узлы по принципу выполняемых функций; даются правила оценки норм точности балансировочных станков единые для заводов-изготовителей и потребителей станков.
В общем случае балансировочный станок содержит: балансировочное, приводное, измерительное и корректирующее устройства, а также дополнительные устройства, которые крепят на станине станка.Зарезонансное балансировочное устройство (рис. 1, а) состоит из двух подвижных опор или платформы и упругих элементов, подвешивающих опоры на станине станка. Жесткость упругих элементов различна в разных направлениях. В станках с горизонтальной осью вращения упругие элементы сравнительно жестки в вертикальном направлении, тогда как в горизонтальном направлении жесткость очень мала и подвеска не препятствует колебаниям. При проектировании и изготовлении зарезонансных станков подбирают массу опор, длину, жесткость подвески и другие параметры балансировочного устройства так, чтобы его собственная частота в горизонтальном направлении во много раз была ниже частоты вращения ротора при балансировке.
При вращении неуравновешенного ротора в зарезонансном балансировочном устройстве подвижные опоры будут колебаться в горизонтальной плоскости. Амплитуды этих колебаний пропорциональны дисбалансам в плоскостях коррекции ротора, т.е. описываются уравнениями (2).Дорезонансное балансировочное устройство состоит из двух неподвижных опор, жестко закрепленных на станине станка. Собственные частоты колебаний опор во всех направлениях значительно превышают частоты вращения балансируемых роторов. Нижняя часть опоры представляет собой динамометр или силовой мостик. Динамические нагрузки, возникающие в опорах при вращении неуравновешенного ротора, создают малые перемещения на динамометре (рис. 1, б), которые усиливаются рычажной системой. Сила в опоре пропорциональна перемещению, т.е.
, где k — коэффициент жесткости опоры в горизонтальном направлении.В дорезонансном балансировочном устройстве по схеме силового мостика (рис. 1, в) в одном из плеч силового мостика устанавливают датчик, измеряющий непосредственно динамическую нагрузку от неуравновешенного ротора, описываемую уравнениями (1).
Балансировочные устройства разгонно-балансировочных стендов и станков для высокочастотной балансировки гибких роторов имеют одинаковую жесткость во всех направлениях — являются изотропными и имеют три или четыре опоры.
Принцип действия балансировочных устройств станков с вертикальной осью вращения аналогичен рассмотренным выше. Эти устройства часто конструктивно объединяют с приводным устройством. Балансируемую деталь закрепляют в шпиндельном узле. Шпиндель, подвеска, а иногда и приводное устройство составляют балансировочное устройство станка с вертикальной осью вращения.
Приводное устройство обеспечивает запуск, поддержание постоянной угловой скорости вращения и торможение балансируемого ротора. Основными элементами устройства являются: электродвигатель, коробка передач, тормоз, приводное соединение, схема управления приводным устройством.В балансировочных станках применяют электродвигатели переменного или постоянного тока различной мощности, ступенчатые и бесступенчатые передачи. Ременные передачи применяют при относительно небольших передаваемых усилиях. В этих передачах используют плоские, клинковые и круглые ремни. Зубчатые передачи обеспечивают передачу больших мощностей и ступенчатое регулирование скоростей вращения. В коробках передач станков используют цилиндрические зубчатые колеса с разным числом зубьев, вводимые последовательно в зацепление друг с другом. Изменение передаточного отношения в приводе иногда производят сменой зубчатых колес.
Приводное соединение связывает выходной вал коробки передач с балансируемым ротором. Различают осевое, ленточное и тангенциальное соединения. Осевое соединение осуществляют с помощью карданных валов (рис. 2) различной конструкции. В ленточном соединении применяют плоские бесконечные ремни, охватывающие балансируемую деталь (рис. 3).
Рис. 2. Осевое соединение карданным валом: Рис. 3. Ленточное соединение плоским бесконечным ремнем:
1 — привод; 2 — карданный вал; 3 — балансируемая деталь 1 — ремень; 2 — балансируемая деталь; 3 — привод
Тангенциальное (касательное) соединение создают прижимные ролики (рис. 4, а) и круглые ремни (рис. 4, б).
Рис. 4. Тангенциальное соединение:
1 — балансируемая деталь; 2 — прижимной ролик;
3 — круглый ремень
Приводные соединения способны передавать ограниченные крутящие моменты. Поэтому во избежание разрушения приводного устройства во время запуска и торможения ротора используют специальную электрическую схему управления приводным устройством, обеспечивающую плавность пуска и останова ротора.
Тиристорные системы используют для управления трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором и электродвигателями постоянного тока. Применение этих систем в балансировочных станках позволяет: управлять электродвигателем бесконтактным способом, ограничивать ударные моменты при пуске, получать широкую гамму пуско-тормозных и регулировочных режимов работы электродвигателя.
Измерительное устройство определяет значения и углы дисбалансов ротора в заданных плоскостях. Его структурная схема состоит из датчиков, цепи разделения плоскостей коррекции или измерения, частотно-избирательных средств, индикаторов значения и угла дисбалансов.
Датчики преобразуют параметры колебаний балансировочного устройства в электрические сигналы. В балансировочных станках применяют контактные (индукционные, пьезоэлектрические) и бесконтактные (токовихревые) датчики.
Индукционный датчик представляет собой катушку индуктивности (рис. 5, а), которая может свободно перемещаться в магнитном поле, образованном постоянным магнитом. Катушка жестко соединяется с балансировочным устройством. При колебаниях этого устройства катушка будет также колебаться и в ней возникнет ЭДС индукции, величина которой определяется скоростью изменения магнитного потока, т.е. пропорциональна скорости колебаний балансировочного устройства. При постоянной частоте вращения ротора ЭДС пропорциональна амплитуде перемещения опор станка.
Пьезоэлектрический датчик основан на пьезоэлектрическом эффекте. При механической деформации в определенном направлении, например, кристаллов сегнетовой соли, поляризованной керамики и титаната бария в них возникает электрическое поле (рис. 5, б), изменяющее знаки зарядов при изменении направления деформации. Величина заряда, возникающего при пьезоэлектрическом эффекте, пропорциональна действующей силе.
Индукционные и пьезоэлектрические датчики связаны с колебательной системой станка, т.е. являются контактными датчиками.
Токовихревые датчики — бесконтактные, поэтому служат для измерения прогибов вращающихся валов. Принцип действия токовихревого датчика основан на индукционных токах (токи Фуко), возникающих в массивном проводнике, которым является ротор, помещенном в изменяющееся магнитное поле. Изменяющееся магнитное поле создается генератором высокой частоты (рис. 6) и колебательным контуром, состоящим из индуктивности Lи емкости С. Изменения зазора между поверхностью датчика и вала при его вращении вызывают изменение выходного напряжения.
Рис. 5. Токовихревой датчик
Для отметки угла дисбаланса, частоты вращения ротора при балансировке применяют генераторы опорного сигнала, стробоскопы с газосветными лампами, фотоэлектрические и некоторые другие датчики.
Ротор генератора опорного сигнала представляет собой двухполюсный постоянный магнит, вращающийся со скоростью балансируемого ротора, и связан с ним жестко. Статор имеет две взаимно перпендикулярные обмотки и может поворачиваться в любое фиксированное положение вместе с лимбом, нанесенным на корпусе статора. Выходное напряжение Генератора постоянной величины с известной фазой по отношению к отметке угла на роторе имеет частоту вращения ротора.
При освещении вращающегося ротора неоновой, импульсной или другой газосветной лампой возникает стробоскопический эффект. Этот эффект получается из-за того, что глаз человека импульсы света с частотой более 10 Гц не различает как отдельные вспышки, а воспринимает их как непрерывный поток света. Если импульсы следуют с частотой вращения, то ротор для человеческого глаза будет казаться неподвижным. На таком принципе основан стробоскоп, освещающий при балансировке шкалу (метку), нанесенную на ротор. Освещаемая цифра указывает угол дисбаланса относительно известного положения.
Фотоэлектрический датчик срабатывает от контрастной метки, нанесенной на роторе, и выдает короткие импульсы с частотой вращения ротора.
Электрическую цепь между виброизмерительными преобразователями и частотно-избирательными средствами называют цепью разделения плоскостей коррекции (ЦРПК). ЦРПК автоматически решает уравнения (1)-(5) относительно дисбалансов ротора.
Датчики зарезонансного балансировочного станка включены в ЦРПК последовательно (рис. 6, а) с такой полярностью, что их ЭДС действуют навстречу друг другу. В цепи компенсирующего датчика включен потенциометр настройки R1 или R2. Напряжение на выходе схемы Евых складывается из полного напряжения основного датчика и части напряжения компенсирующего датчика. Цепь разделения плоскостей коррекции дополняется переключателями, реверсирующими фазу напряжения датчиков, и переключателями, коммутирующими потенциометры настройки к тому или другому датчику. Так как положения ползунков потенциометров и переключателей различны для разделения 1-й и 2-й плоскостей коррекции, то органы настройки в схеме дублируются.
Рис. 6. Схемы включения датчиков в потенциометрических цепях разделения плоскостей коррекции
В измерительных устройствах балансировочных станков применяют и другие цепи разделения плоскостей коррекции. При многоплоскостной балансировке для решения уравнений (1) в измерительное устройство вместо цепи разделения плоскостей коррекции включают аналоговые или цифровые вычислительные машины, снабженные программами расчетов. Колебания, регистрируемые вибропреобразователями, вызываются как неуравновешенностью ротора, так и погрешностями динамической балансировки. Составную часть колебаний от погрешностей называют колебаниями помех в противоположность полезным колебаниям от дисбалансов.
Корректирующие устройства входят в состав балансировочных станков, предназначенных для крупносерийного и массового производства. Они корректируют массу ротора после его остановки или во время вращения. При работе в автоматическом режиме корректирующие устройства управляются от измерительного устройства.
В балансировочных станках применяют различные дополнительные устройства, обеспечивающие его функционирование. Это пневмо- и гидросистемы, загрузочные и накопительные устройства и т.п.
Избранные главы из книги Левита М.Е., Рыженкова В.М. "Балансировка деталей и узлов". Москва, изд. "Машиностроение", 1986г.