Динамическая балансировка деталей. Балансировка деталей - слесарно-механосборочные работы. Рис.43. Динамическая неуравновешиваемость

Динамическая неуравновешенность ротора характеризуется наличием как статической, так и моментной неуравновешенности, когда отличны от нуля и главный вектор дисбалансов (D) и главный момент дисбалансов (M):

При динамической неуравновешенности ротора ось его вращения и одна из главных осей инерции либо пересекаются вне центра масс, либо перекрещиваются в пространстве.

Устранение динамической неуравновешенности ротора производится методами динамической балансировки, при которых одновременно уменьшаются статическая и моментная неуравновешенности ротора. На практике, динамическая балансировка представляет собой процесс проверки распределения масс вращающегося ротора и, при наличии дисбалансов, изменение этого распределения с помощью корректирующих масс до достижения допустимого значения дисбаланса.

Выбор того или иного метода динамической балансировки, в первую очередь, определяется типом ротора – жестким или гибким. Если ротор при вращении не изгибается и ведет себя как абсолютно твердое тело, совершая лишь перемещения, обусловленные только колебаниями подшипникового узла, то такой ротор называется жестким. На самом же деле в любом реально существующем роторе всегда присутствуют динамические изгибные деформации, обусловленные распределением дисбалансов по длине ротора. Но если эти деформации пренебрежимо малы по сравнению с перемещениями, характерными для жестких роторов, и находятся в пределах допусков на всех частотах вращения ротора, то такой ротор рассматривается как жесткий. Важно отметить, что с увеличением скорости вращения и уменьшения значения допустимого дисбаланса, ротор, рассматриваемый ранее как жесткий, начинает проявлять свойства гибкого ротора и требует изменения в выборе метода балансировки.

Балансировка жестких роторов проводится методами, регламентируемыми ГОСТ ИСО 1940-1, а гибких роторов – ГОСТ 31320. Выбор того или иного метода определяется конфигурацией ротора и его частотой вращения.

Роторы большинства известных машин на рабочих частотах вращения можно рассматривать как жесткие и применять к ним методы динамической балансировки, регламентируемые ГОСТ ИСО 1940-1. Данные методы предусматривают устранение главного вектора дисбалансов– установкой корректирующей массы в одной плоскости коррекции, и устранение главного момента дисбалансов– распределением масс в двух плоскостях коррекции.

Что касается ГОСТ 31320, то как можно видеть из табл.1, он предусматривает несколько методов динамической балансировки:

Современные методы динамической балансировки основаны на пропорциональности амплитуды и фазы вибрации действующему дисбалансу. Иными словами, измеряя вибрационные характеристики вращающегося ротора, можно точно определить величину и место установки корректирующих масс в выбранных плоскостях коррекции. Проиллюстрируем это на примере мобильного прибора- балансировщика BALTECH VP-3470 от компании «Балтех», который позволяет проводить динамическую балансировку в собственных опорах большинства роторных механизмов: дымососов, градирен, турбин, компрессоров, электродвигателей и т.д. Процедура балансировки прибором BALTECH VP-3470 занимает чуть более получаса и включает всего три этапа:

1. Определение исходной вибрации и фазы вибрации.
2. Установка пробного груза известной массы и получение данных по массе корректирующего груза и углу его установки.
3. Установка корректирующего груза и проведение контрольного замера уровня вибрации.

Балансировщик BALTECH VP-3470 позволяет проводить балансировку в 1-4-х плоскостях по 16 точкам контроля и комплектуется программным обеспечением BALTECH Expert, в котором сохраняются все тренды, протоколы и отчеты.

Комплект BALTECH VP-3470 является не единственным переносным прибором- балансировщиком компании «Балтех». Вместе с ним компания предлагает прибор ПРОТОН-Баланс-II и балансировочную систему на базе виброанализатора CSI 2140, а также программу (калькулятор) балансировки BALTECH-Balance.

Помимо вышеназванных приборов для балансировки в собственных опорах, компания «Балтех» производит широкую линейку горизонтальных, вертикальных и автоматических балансировочных станков , позволяющих отбалансировать роторы самых разных конфигураций и веса.

Балансировочные станки «Балтех» отличает высокая конструктивная прочность, полностью автоматизированная обработка результатов измерений, высокая точность балансировки – до 0.5 г*мм/кг.

Современные балансировочные приборы и станки «Балтех» подразумевают наличие профессиональных навыков по обращению с ними. Учитывая это, в Учебном центре компании «Балтех» регулярно проводится Курс ТОР-102 «Динамическая балансировка» по профессиональной подготовке технических специалистов к работе на станках и приборах «Балтех».

На чтение 6 мин.

Автолюбители исправно проходят техническое обслуживание своих автомобилей, меняют масла, фильтры и другие расходники. Однако зачастую многие забывают о такой процедуре, как балансировка колес. Владельцы одного комплекта дисков раз в сезон приезжают на смену резины с летней на зимнюю и наоборот. Обладатели летнего и зимнего варианта самостоятельно ставят колеса и годами ездят на неотбалансированной резине.
Различают два вида балансировки:

• динамическая;
• статическая.

Внимание! Не каждая фирма по шиномонтажу готова взяться за работу по статической балансировке из-за отсутствия необходимого оборудования. Качественные и профессиональные услуги вы можете получить .

Такой вид работ вам могут провести только на специальном и современном стенде. На большинстве новых автомобилей с завода устанавливается резина с широким профилем, которая чувствительно воспринимает динамический дисбаланс и требует дополнительной проверки на оборудовании.
При проведении работ специалист устанавливает колесо на рабочий станок, который делает несколько замеров и указывает место установки грузика. Такая процедура не займет у вас много времени, зато оградит от неприятных биений при прохождении затяжного поворота.

Любой балансировочный станок способен устранить статические биения колеса. Смысл заключается в поиске самой тяжелой точки и определении точки установки грузика.
Разные станки могут обслужить колеса от небольшого грузового и легкового автомобиля. Для установки больших колес используется специальный грузовой стенд и осевой адаптер.
При проведении статической балансировки ваше колесо раскручивается для определения центробежной нагрузки. Частота вращения зависит от настроек оборудования. Данная операция может выполняться работником сервиса до тех пор, пока колесо полностью не отбалансируется и прибор не покажет правильные значения.

Внимание! Перед проведением работ проследите за тем, чтобы оператор удалил все камни из протектора, очистил внутреннюю сторону диска от загрязнений и удалил старые грузики. Если вам проведут настройку баланса с камнями в протекторе, то все настройки собьются сразу после удаления камня на высокой скорости.

Перед установкой колеса на станок нужно правильно отмыть и очистить все загрязнения. Некоторые компании используют очистительную камеру, в которой подается пар под высоким давлением.

Нужна ли балансировка колес?

При производстве резины и автомобильных дисков невозможно точно угадать баланс и равномерно распределить вес. Даже в процессе покраски литых или металлических дисков краска на ободе ложится не равномерно и дает биение при динамических нагрузках.
Самое сильное влияние на распределение веса оказывает резина, ввиду удаленного расположения от центральной оси. Поэтому даже если вы купите новую резину и диски, то необходимо сделать балансировку колес.
Резина, установленная без балансировки, оказывает влияние на некоторые системы и детали автомобиля, например:

• ступичные подшипники изнашиваются в несколько раз быстрее;
• по кузову идет хорошо ощутимая вибрация на высоких скоростях;
• долгий процесс эксплуатации с вибрацией выводит из строя шрус, рулевые тяги, шаровые, наконечники и сайлентблоки;
• покрышка изнашивается намного быстрее;
• рулевая рейка постоянно получает микроудары и быстрее придет в негодность.

В итоге копеечная экономия на ежегодную балансировку может привести к серьезным тратам при дорогостоящем ремонте ходовой части автомобиля. Последствия вибрации также могут оказывать негативное влияние на подушки двигателя и трансмиссии.

Как делают балансировку колес?

Работы проводятся на специальном оборудовании с помощью вспомогательных элементов и грузиков для балансировки колес.
Всего доступно несколько вариантов:

• На оборудовании (требуется снятие колеса).
• Финишная, при которой колесо остается на автомобиле.
• Автоматическая (используется бисер или тонкий порошок).Самым распространенным и надежным вариантом является настройка баланса снятого колеса на специальном оборудовании.

Перед установкой на станок выполняются условия:

• очистка покрышки и диска с помощью гидротурбины, пара или мойки высокого давления;
• подкачка колеса до рабочего давления;
• снятие центрального колпачка и установка адаптера.

Внимание! Зачастую мелкие сервисы по старинке очищают обод тонкой щеткой, не промывая трудные участки от скопившейся грязи. Такой подход не позволит правильно отбалансировать колесо, и вам придется делать повторный визит или ехать в другую фирму.

Балансировать колеса вы можете самостоятельно с помощью специальных гранул. Однако не каждый автовладелец хочет сыпать в каждую покрышку легкового автомобиля около 50-100 граммов порошка. К тому же сделать балансировку рабочего колеса обойдется намного дешевле классическим способом с применением грузиков. Поэтому автоматический метод балансировки с бисером чаще всего используется дальнобойщиками на грузовых авто.
Финишную балансировку колес можно сделать прямо на автомобиле. Машина устанавливается на специальное оборудование, которое раскручивает колесо до 90 километров в час, проверяя резину и диск на биение. Если с настройками все в порядке, то приспособление не потребует установки дополнительного грузика. Непосредственная проверка на автомобиле удобна тем, что вам не придется снимать колесо.
Оборудование для проведения балансировки
Лучшими станками для проведения балансировочных работ являются «Тринберг» и «Троммельберг». Мастера часто называют их «Тролинберг». Принципы работы каждого станка очень схожи, однако отличаются системные алгоритмы для определения точки установки грузика.

Важно! Невозможно сделать балансировку колеса на устаревшем оборудовании с изношенным валом и сбившимися системными настройками. Поэтому, если вы решили сделать балансировку в незнакомом сервисе, обязательно обратите внимание на чистоту рабочего места и внешний вид станка.

Можно ли самостоятельно отбалансировать колеса
Колеса без балансировки оказывают пагубное влияние на элементы подвески и снижают срок службы ступичных подшипников. Не все автовладельцы хотят раз в сезон оплачивать услуги балансировки передней и задней оси, поэтому часто задаются вопросом, можно сделать балансировку колес своими руками?
Наверняка вы не захотите самостоятельно создавать балансировочное оборудование, а покупка готовых вариантов стоит приличных денег. Для работы нужен не только станок, но и дополнительные компоненты:

• помещение для проведения работ;
• мощная электрическая точка для обеспечения питания;
• твердая рука и наличие опыта;
• свой комплект грузиков, которые могут самоклеяться.

Все необходимые компоненты требуют много времени и денежных вложений. Поэтому на начало зимнего или летнего сезона вам все же придется посетить станцию и обслужить колеса.

Грузики для балансировки колес

Различают несколько типов грузиков:

1. Набивные.
2. Самоклеящиеся.

Набивные состоят из свинца или металла. Каждая деталь оснащена специальным крепежом для надежного зацепления с ободом колеса. Установка осуществляется на внешнюю и внутреннюю сторону обода с помощью легкого постукивания молотком. Такие детали имеют разные показатели по весу, а также отличаются по форме для штампованных и литых дисков.

Самоклеющиеся грузики

Балансировочные ленты с адгезивной подложкой изготавливаются из свинца. Чаше всего вся лента весит 60 граммов и состоит из отдельных элементов по 5 и 10 граммов. При необходимости нужный вес очень легко отделить.
Данная деталь приклеивается с внутренней стороны литого диска с помощью специального клейкого состава.
Внимание! Перед приклеиванием нужно тщательно обезжирить поверхность. В противном случае грузик отвалится при высоких скоростях.

Главным источником вибрации агрегатов является неуравновешенность роторов , которая всегда имеет место, из-за того, что ось вращения и ось инерции, проходящая через центр масс, не совпадают. Неуравновешенность роторов подразделяют на следующие три вида.

Статическая неуравновешенность - это неуравновешенность, при которой ось ротора и его главная центральная ось инерции параллельны (см. рис.1).

Рис.1

Моментная неуравновешенность - это неуравновешенность, при которой ось ротора и его главная центральная ось инерции пересекаются в центре масс ротора (см. рис.2).

Рис.2

Динамическая неуравновешенность - это неуравновешенность, при которой ось ротора и его главная центральная ось инерции пересекаются не в центре масс или перекрещиваются (см. рис.3). Она состоит из статической и моментной неуравновешенности.

Примечание: Здесь и далее выделены курсивом термины и определения, установленные ГОСТом 19534 – 74. Балансировка вращающихся тел. Термины.

Рис.3

Частным случаем динамической неуравновешенности является квазистатическая неуравновешенность, при которой ось ротора и его главная центральная ось пересекаются не в центре масс ротора.

Вызываемая неуравновешенностью центробежная сила определяется по формуле:

Fцн = P/g w 2 r = P/g (?n/30) 2 r, (1)
где w = 2?f = ?n/30– угловая скорость,
f – число оборотов ротора в секунду,
n – число оборотов в минуту,
P – вес ротора, q = 9,81м/сек2 – ускорение свободного падения,
r – радиус неуравновешенной массы или модуль эксцентриситета.

На высоких оборотах неуравновешенные массы могут развить центробежные силы до недопустимых значений, которые приведут к разрушению машины. Для большинства машин достижение неуравновешенной центробежной силой значения ок. 30% веса ротора является предельно допустимой величиной.

Произведение неуравновешенной массы на её эксцентриситет называют дисбалансом. Дисбаланс - величина векторная. Чаще используется термин "значение дисбаланса", которое равно произведению неуравновешенной массы на модуль её эксцентриситета.

Дисбалансы роторов в процессе эксплуатации могут быть вызваны износом рабочих частей, изменением посадки дисков, ослаблением крепления элементов входящих в состав роторов, деформацией и другими факторами, приводящими к смещению масс относительно оси вращения.

Значение дисбаланса обычно указывается в гмм, гсм. 1гсм = 10гмм.

Иногда для задания допуска используют отношение значения дисбаланса к массе ротора, называемое удельным дисбалансом . Удельный дисбаланс соответствует эксцентриситету центра массы ротора.
е ст = D/m (2)

Дисбалансы устраняются балансировкой. Балансировка - это процесс определения значений и углов дисбалансов ротора, и уменьшения их корректировкой масс. На практике получили распространение два вида балансировки: статическая и динамическая.

2. Балансировка. Общие сведения

Статическая балансировка, как правило, проводится в одной плоскости коррекции и применяется, главным образом, к дисковым роторам. Её можно использовать, если отношение длины ротора к его диаметру не превышает 0,25. Плоскостью коррекции называют плоскость, перпендикулярную оси ротора, в которой расположен центр корректирующей массы (массы, используемой для уменьшения дисбалансов ротора).

При статической балансировке определяется и уменьшается главный вектор дисбалансов ротора, характеризующий его статическую неуравновешенность. Главный вектор дисбалансов равен сумме всех векторов дисбалансов, расположенных в различных плоскостях, перпендикулярных оси ротора (см. рис. 4).

Для роторов, у которых их длины соизмеримы с диаметрами или превосходят их, статическая балансировка неэффективна, а в некоторых случаях может оказаться вредной. Например, если плоскость коррекции окажется на значительном расстоянии от главного вектора дисбалансов, то, уменьшив статическую неуравновешенность, можно увеличить моментную неуравновешенность.

Динамическая балансировка - это такая балансировка, при которой определяются и уменьшаются дисбалансы ротора, характеризующие его динамическую неуравновешенность (см. рис.4). При динамической балансировке уменьшаются как моментная, так и статическая неуравновешенность ротора одновременно.

Есть много методов балансировки. Все они основаны на предположении линейности системы, то есть амплитуды колебаний считаются пропорциональными значению дисбаланса, а фазы независимы от его величины. Существует одноплоскостная и многоплоскостная балансировка. При одноплоскостной балансировке расчёт корректирующих масс производится последовательно для каждой плоскости коррекции, при многоплоскостной - одновременно.

Многоплоскостная балансировка с использованием метода одновременного измерения амплитуд и фаз колебаний наиболее распространена при балансировке роторов агрегатов типа ГТК 10-4. Точнее, наиболее распространена двухплоскостная балансировка, которая является частным случаем многоплоскостной. Для расчёта корректирующих масс при таком методе балансировки необходимо выполнить, как минимум, три пуска: один начальный (нулевой) и два пробных с единичными (пробными) массами m п1 , m п2 , установленными на расстояниях r п1 , r п2 от оси вращения (см. рис.5). Порядок и комбинации установок пробных грузов могут быть различными.

Рис.5.

При использовании этого метода балансировки считают, что система позволяет использовать принцип суперпозиции. Расчёт корректирующих масс и мест их установки в такой системе может производиться различными способами: графическим, аналитическим или графоаналитическим.

Графические и графоаналитические расчёты с построением достаточно сложных векторных диаграмм широко использовались до появления балансировочных средств с микропроцессорами. Приёмы выполнения таких расчётов можно найти в литературе . В настоящее время они практически не используются, так как современная техника обеспечивает решение таких задач проще, точнее и быстрее.

Современная микропроцессорная техника с помощью программных средств решает задачу расчёта чаще всего аналитически. Рассмотрим, в чём заключается суть решения этой задачи.

Колебания системы ротор - опорная конструкция могут быть описаны системой уравнений (при каждом пуске двумя уравнениями с шестью неизвестными).

А0 = ? а1 D I +? а2 D II

В0 = ? в1 D I + ? в2 D II
А1 = ? а1 (D I +r п1 m п1 ) + ? а2 DII
В1 = ? в1 (D I +r п1 m п1 ) + ? в2 D II (5)
А2 = ? а1 D I + ? а2 (D II +r п2 m п2 )
В2 = ? в1 D I + ? в2 (D II +r п2 m п2 )

Где, А 0 ,А 1 ,А 2 , В 0 ,В 1 ,В 2 – амплитуды колебаний опор "а", "в" при нулевом и пробных пусках, произведённых на одной частоте.
? а1 , ? а2 , ? в1 , ? в2 – коэффициенты влияния, представляющие векторы колебаний опор "а" и "в", вызванных единичными массами mп1, mп2.
D I , D II – исходные дисбалансы в выбранных плоскостях коррекции І и ІІ.
r п1 m п1 , r п2 m п2 – внесённые дисбалансы за счёт установки единичных (пробных) масс, в плоскостях коррекции І и ІІ.

В этих уравнениях неизвестны шесть векторных величин: D I , D II , ? а1 , ? а2 , ? в2 , ? в2 . Чтобы найти их, необходимо решить систему этих уравнений. Определение коэффициентов влияния и корректирующих масс для компенсации исходных дисбалансов является достаточно сложной задачей. Однако решение такой задачи с помощью современных средств, осуществляется автоматически в процессе пусков. Определённые из уравнений (5) коэффициенты влияния можно использовать для расчёта корректирующих масс при балансировке последующих однотипных роторов без выполнения двух пробных пусков.

В тех случаях, когда число плоскостей коррекции большее, чем 2 (например, если производится балансировка одного ротора с опорами более, чем 2-е или балансировка сцепленных роторов), количество пробных пусков определяется числом плоскостей коррекции, в каждую из которых последовательно устанавливаются пробные массы. Уравнения, описывающие колебания системы, составляются аналогично, как и при двухплоскостной балансировке. Система этих уравнений и её решение усложняются, так как количество коэффициентов влияния увеличивается за счёт увеличения количества плоскостей коррекции и увеличивается количество уравнений за счёт увеличения количества пусков.

Чаще всего динамическая балансировка проводится на балансировочных станках. Обычно балансировка на станках проводится на более низких оборотах, чем рабочие обороты роторов. Это обусловлено техническими возможностями балансировочных станков. Высокооборотные балансировочные станки мало распространены из-за их дороговизны и большой энергоёмкости. Балансировка на низкооборотных станках достаточно эффективна и обеспечивает высокую точность в тех случаях, когда ротора относятся к классу жёстких роторов . Для гибких роторо в балансировка на низкооборотных станках не всегда эффективна.

Жёсткий ротор определяется как ротор, который сбалансирован на частоте вращения, меньшей первой критической в двух произвольных плоскостях коррекции и у которого значения остаточных дисбалансов не будут превышать допустимые на всех частотах вращения вплоть до наибольшей эксплуатационной. Динамическая балансировка жёсткого ротора производится, как правило, в двух плоскостях.

Гибкий ротор определяется, как ротор, который сбалансирован на частоте вращения, меньшей первой критической в двух произвольных плоскостях коррекции и у которого значения остаточных дисбалансов могут превышать допустимые на иных частотах вращения вплоть до наибольшей эксплуатационной . При балансировке гибких роторов используется, как правило, более двух плоскостей коррекции.

3. Выбор допуска и точности балансировки

Из практики известно, что виброскорость является наиболее объективным критерием для оценки вибрации. Исходя из этого, чаще всего оценка и нормирование вибрационного состояния производится по виброскорости. Поэтому допуск на балансировку принято устанавливать таким образом, чтобы в рабочем диапазоне оборотов иметь приемлемую виброскорость. Исходя из этих условий допустимый дисбаланс должен изменяться обратно пропорционально частоте вращения ротора. То есть чем выше рабочая частота вращения, тем меньше должен быть допустимый дисбаланс. Следовательно должна обеспечиваться следующая зависимость:
е ст w = Конст. , где е – удельный дисбаланс, w – угловая частота.
При этом предполагается, что ротор и опоры жёсткие. Величину естw приняли определяющей при классификации точности балансировки.

Классы точности балансировки жёстких роторов установлены ГОСТом 22061-76 в соответствии с международным стандартом ИСО 1949.

Согласно этой классификации каждый класс характеризуется постоянной величиной е ст w. Каждый последующий класс отличается от предыдущего в 2,5 раза. ГОСТ 22061-76 устанавливает 13 классов точности; с нулевого по двенадцатый, для различных групп жёстких роторов. Ротора газоперекачивающих агрегатов относятся к 3-ему классу точности. Значения допустимых дисбалансов рассчитываются и задаются разработчиком машин согласно ГОСТу 22061-76.

4. Особенности балансировки крупногабаритных роторов

Балансировка крупногабаритных типа ОК ТВД ГТК 10-4 роторов имеет свои особенности, хотя нет нормативных документов, устанавливающих какое - либо разделение роторов в зависимости от их габаритов. При больших длинах (более 4-х метров) и больших массах роторов (весом в несколько тонн) необходимо учитывать влияние термических деформаций на дисбалансы. При таких размерах температура роторов неодинакова в различных точках. Это обусловлено тем, что в производственных помещениях всегда имеются источники теплового излучения и конвекционных потоков. Да и сами балансировочные станки являются таковыми. Длинные ротора особенно чувствительны к малейшему перепаду температуры в радиальном направлении. Проведённые исследования влияния тепловых деформаций роторов (ОК ТВД агрегата ГТК 10-4) на дисбалансы показывают, что перепад температуры в радиальном направлении на 1єС (при длине ротора 4 и более метров) приводит к термическим дисбалансам, в 5-10 раз превышающим допуск. Для исключения ошибок при балансировке из-за тепловых деформаций необходимо обеспечить предварительную термостабилизацию балансируемых роторов. На практике это осуществляется следующим образом. Ротора, поступающие на балансировку, выдерживаются в помещении до выравнивания его температуры с температурой окружающей среды. Затем ротор устанавливается на станок и приводится во вращение. Ротора весом более 5т необходимо выдержать в режиме непрерывного вращения (или в режиме пуск – останов - пуск) в течение не менее 2-х часов и лишь после этого произвести его балансировку. В процессе вращения выравнивается температура в радиальном направлении. Если балансировка по каким - либо причинам была прервана (прекращение вращения около 1 часа и более), то её завершению вновь должна предшествовать операция вращения ротора для выравнивания температуры в радиальном направлении. При перерывах менее 2-х часов время вращения для выравнивания температуры требуется не более времени перерыва.

Внимание! У Вас нет прав для просмотра скрытого текста.

Источники информации, принятые во внимание при составлении методического пособия по балансировке роторов.

ГОСТ 19534 – 74. Балансировка вращающихся тел. Термины.

ГОСТ 22061 – 76 Система классов точности балансировки и методические указания.

Руководящие указания по балансировке роторов ГТУ на балансировочном станке и в собственных подшипниках. "Оргэнергогаз" М., 1974год.

Вибрации в технике. Т.6. Защита от вибрации и ударов. Под ред. чл.-кор. АН СССР К.В. Фролова. М. "Машиностроение", 1981г.

Сидоренко М.К. Виброметрия газотурбинных двигателей.

При технологической обработке вращающихся деталей (шкивов, зубчатых колес, валов, барабанов и т. д.) трудно получить их полную уравновешенность вследствие неоднородности металла (пустоты, раковины при отливке, некоторые неточности при механической обработке и сборке). Неуравновешенность вращающейся детали выражается в том, что центр тяжести не совпадает с осью вращения. Кроме того, эта ось вращения не является главной центральной осью инерции вращающейся детали. Самый процесс уравновешивания вращающейся детали называют балансировкой. Имеются два вида балансировки - статическая и динамическая .

Чтобы статически уравновесить вращающуюся деталь, надо центр ее тяжести перенести на геометрическую ось вращения. Такой вид уравновешивания называется статической балансировкой.




Рис. 110. Виды статической балансировки :

а - положение трех главных центральных осей; б - пример балансировки; в -установка для статической балансировки: 1, 3 - направляющие, 2 -уравновешиваемая деталь, г - профили направляющих

На рис. 110, а даны положения трех главных центральных осей XX, YY и ZZ. Если центр тяжести S вращающегося тела перенести в точку О пересечения главных центральных осей, то это тело будет находиться в равновесии.

Пусть центр тяжести S диска А удален от оси вращения YY на расстояние l 1 , тогда при вращении диска А появится центральная сила инерции Р и. Эта сила Р и при вращении диска А будет создавать дополнительное давление на вал и на подшипник. При этом давление от силы инерции намного превосходит задаваемые силы, особенно при больших числах оборотов вала.

Неуравновешенность центробежных сил приводит к упругим периодическим колебаниям вала. При больших скоростях эти колебания вала передаются через подшипники и станину на фундамент, который может подвергнуться преждевременному разрушению.

Чтобы уравновесить силу инерции Р и, надо центр тяжести перенести на ось вращения. Это можно осуществить, приложив с противоположной стороны в точке S" силу Р и " :

Объясним это на примерах.

На круглом вращающемся диске (рис. 110, б) закреплена масса m 1 , удаленная от оси вращения на расстояние r 1 . Требуется уравновесить массу m 1 другой массой m 2 , закрепленной с противоположной стороны на расстоянии r 2 . Полное уравновешивание диска произойдет тогда, когда развиваемые массами m 1 и m 2 силы инерции Р и1 и Р и2 будут равны между собой.

Самым простым устройством для статической балансировки являются параллельные стенды. Конструкция их ясна из рис. 110, в. Профили направляющих, по которым перекатывается уравновешиваемая деталь, показаны на рис. 110, г. Чтобы уменьшить коэффициент трения, рабочая часть направляющих должна быть закалена и тщательно отшлифована. Ширину b делают минимальной, чтобы не создавать вмятин на поверхности цапф.

Стенд для балансировки должен быть снабжен комплектом направляющих с различной шириной опорной части.

Направляющие круглого сечения, не имеющие плоской опорной поверхности, используются для деталей массой 40-50 кг. Преимущество круглых направляющих заключается в простоте обработки и в возможности путем поворота их на небольшой угол исключать из зоны контакта поврежденные места.

Для балансировки тяжелых деталей и узлов применяются направляющие квадратного или прямоугольного сечения.

Статическое уравновешивание обычно выполняют на специальных оправках. Для корректирования и уравновешивания массы применяют различные приспособления (рис. 111).




Рис. 111. Приспособление для устранения неуравновешенности подвешиванием к детали металлических грузов

Неуравновешенность устраняется подвешиванием к детали металлических грузов. Линейка 1 с передвижным грузом 2 с помощью струбцины 3 прикрепляется к уравновешиваемой детали 4, а противовес 5 закрепляется отдельно. Статическая балансировка может уравновесить деталь только относительно ее оси вращения, но не может устранить действия сил, стремящихся повернуть продольную ось. Это относится к деталям и узлам, имеющим длину больше диаметра (роторы крупных турбин, турбогенераторов, электродвигателей, быстровращающиеся шпиндели станков, коленчатые валы автомобильных и авиационных двигателей и т. д.).

Чтобы выполнить динамическую балансировку длинного вала, применяют специальные балансировочные машины, на которых определяют центробежную силу, величину эксцентриситета, вес груза для уравновешивающей пары моментов. Работу эту выполняют специалисты-балансировщики.

Для уравновешивания любой вращающейся детали необходимо, чтобы ее центр тяжести лежал на оси вращения, а центробежные моменты инерции были равны нулю. Несовпадение центра тяжести детали с осью вращения принято называть статической неурав­новешенностью, а неравенство нулю центробежных моментов инерции - динамической неуравновешенностью.

4.1 Статическая балансировка деталей

Статическая неуравновешенность легко обнаруживается при ус­тановке детали опорными шейками на параллели или ролики. Обычно статической балансировке подвергаются детали, у которых диаметральные размеры намного превышают длину по оси враще­ния (маховики, диски, шкивы, рабочие колеса и т.п.), так как в этом случае динамической составляющей можно пренебречь.

При статической балансировке установкой пробных грузиков определяют места и величину дисбаланса. Неуравновешенность устраняют удалением эквивалентного количества материала с де­тали или установкой корректирующих грузов. Излишний материал у массивных деталей (маховики) удаляют сверлением или фрезеро­ванием, а у тонкостенных (шкивы, диски, роторы) - эксцентриче­ским точением или шлифованием.

После устранения дисбаланса производят повторную (контроль­ную) балансировку. При превышении остаточного дисбаланса до­пустимой по техническим требованиям величины балансировку повторяют

4.2 Динамическая балансировка деталей

Динамической балансировке подвергают работающие при высоких скоростях вращающиеся детали или узлы в сборе, у кото­рых длина по оси вращения превышает диаметральные размеры (например, бильные барабаны зерноуборочных комбайнов или ко­ ленчатые валы двигателей).

Даже в статически уравновешенной детали может быть неравномерное распределение массы по длине относительно оси, что при значительной частоте вращения создает момент центробежных сил на плече L (см. рисунок 1) и, следовательно, дополнительные на­грузки на опоры и вибрацию.

Неуравновешенность выявляют на специальных балансировоч­ных машинах при вращении детали на рабочих скоростях и устра­няют, как и при статической балансировке, только в двух или более плоскостях коррекции, выбираемых в зависимости от конструкции детали.

Динамическая балансировка исключает необходимость выпол­нения балансировки статической.

Для выполнения динамической балансировки необходимы ус­тановки, обеспечивающие вращение детали, контроль действую­щих при этом на опоры центробежных сил неуравновешенных масс или моментов этих сил, а также выявление плоскости расположе­ния неуравновешенных масс.

Рисунок 1 Приведение действующих на ротор ротор, к двум плоскостям коррекции сил

Этим обстоятельством как раз и пользуются при динамиче­ской балансировке деталей. Для балансировки выбирают на детали две плоскости, перпендикулярные к оси вращения и удобные для установки уравновешивающих грузов или удаления части материа­ла детали - так называемые плоскости коррекции. Станок на­страивают так, чтобы можно было определить место и величину грузов, которые следует добавить (или удалить) в каждой из плос­костей для полного уравновешивания детали.

Динамическую неуравновешенность выявляют на баланси­ровочных машинах. В ремонтном производстве наибольшее рас­пространение получили электрические балансировочные машины с упругими опорами (см. рисунок 2).

Неуравновешенные массы детали вызывают механические колебания подвижных опор (1). С помощью датчиков (2) эти меха­нические колебания преобразуются в электрические. Причем на­пряжение электрического тока в датчике прямо пропорционально величине механического колебания опоры, т.е. неуравновешенно­сти. В измерительном устройстве (3) ток усиливается и прочитыва­ется на миллиамперметре (4) в виде показаний дисбаланса.

Рисунок 2 Схема машины для динамической балансировки коленчатых валов:

1 - подвижные опоры (люльки); 2 - датчик колебаний; 3 ­блок усиления и измерения; 4 - миллиамперметр; 5 - лампа стробо­скопа; 6 - электродвигатель; 7 - лимб стробоскопа; 8 - лимб отсчета угла поворота вала.

Угловое расположение неуравновешенных масс определяет­ся стробоскопическим устройством. Стробоскопическая лампа управляется напряжением датчика колебаний, причем каждый раз, когда вектор неуравновешенных масс проходит горизонтальную плоскость с лицевой стороны станка, лампа (5) вспыхивает и от­свечивает определенную цифру на лимбе стробоскопа (8). Из-за стробоскопического эффекта цифры на лимбе кажутся неподвиж­ными.