Балансировка деталей

К атегория:

Слесарно-механосборочные работы

Балансировка деталей

Неуравновешенность деталей выражается в том, что деталь, например шкив, посаженный на вал, шейки которого свободно вращаются в подшипниках, стремится после вращения остановиться в одном определенном положении. Это указывает на то, что в нижней части шкива сосредоточено большее количество металла, чем в его верхней части, т. е. центр тяжести шкива не совпадает с осью вращения.

Ниже рассмотрен неуравновешенный диск, посаженный на вал, который вращается в подшипниках. Пусть его неуравновешенность относительно оси вращения выражается массой груза Р (темный кружок). Неуравновешенность диска заставляет его останавливаться всегда так, чтобы груз Р занимал самое низкое положение. Если к диску на противоположной стороне и на том же расстоянии от оси, что и темный кру-Жок, прикрепим груз такой же массы (заштрихованный кРУжок), то это уравновесит диск. В этом случае говорят, что Диск уравновешен относительно оси вращения.

Рис. 1. Схемы определения неуравновешенности деталей: а - короткой, 6 - длинной, в - балансировка шкива на призмах, г - машина для динамической балансировки

Рассмотрим деталь, у которой длина больше диаметра. Если ее уравновесить только относительно оси вращения, то возникает сила, которая стремится повернуть продольную ось детали против часовой стрелки и тем самым дополнительно нагружает подшипники. Чтобы избежать этого, уравновешивающий груз располагают на расстоянии от силы.

Сила, с которой действует неуравновешенная вращающаяся масса, зависит от величины этой неуравновешенной массы, расстояния ее от оси, от квадрата числа оборотов ее. Следовательно, чем выше скорость вращения детали, тем сильнее оказывается ее неуравновешенность.

При значительных скоростях вращения неуравновешенные детали вызывают вибрацию детали и машины в целом, в результате чего подшипники быстро изнашиваются, а в некоторых случаях машина может разрушиться. Поэтому детали машин, вращающиеся с большой скоростью, должны быть тщательно отбалансированы.

Существует два вида балансировки: статическая и динамическая.

Статическая балансировка может уравновешивать деталь относительно ее оси вращения, но не может устранить действие сил, стремящихся повернуть продольную ось изделия. Статическую балансировку производят на ножах или призмах, роликах. Ножи, призмы и ролики должны быть калеными и шлифованными и перед балансировкой выверены на горизонтальность.

Операцию балансировки выполняют следующим образом. На ободе шкива предварительно наносят мелом черту. Вращение шкива повторяют 3 - 4 раза. Если меловая черта будет останавливаться в разных положениях, то это будет указывать на то, что шкив отбалансирован правильно. Если меловая черта каждый раз будет останавливаться в одном положении, то это значит, что часть шкива, находящаяся внизу, тяжелее противоположной. Чтобы устранить это, уменьшают массу тяжелой части высверливанием отверстий или увеличивают массу противоположной части обода шкива, высверлив отверстия, а затем залив их свинцом.

Динамическая балансировка устраняет оба вида неуравновешенности. Динамической балансировке подвергают быстроходные детали со значительным отношением длины к диаметру (роторы турбин, генераторов, электродвигателей, быстровращающиеся шпиндели станков, коленчатые валы автомобильных и авиационных двигателей и т. д.).

Динамическую балансировку производят на специальных станках высококвалифицированные рабочие. При динамической балансировке определяют величину и положение массы, которые нужно приложить к детали или отнять от нее, чтобы деталь оказалась уравновешенной статически и динамически.

Центробежные силы и моменты инерции, вызванные вращением неуравновешенной детали, создают колебательные движения из-за упругой податливости опор. Причем колебания их пропорциональны величине неуравновешенных центробежных сил, действующих на опоры. На этом принципе основана балансировка деталей и сборочных единиц машин.

Динамическая балансировка выполняется на электрических автоматизированных балансировочных станках. Они в интервале 1-2 мин выдают данные: глубину и диаметр сверления, массу грузов, размеры контргрузов и места, где необходимо закрепить и снять грузы. Кроме того, выполняется регистрация колебаний опор, на которых вращается уравновешенная сборочная единица, с точностью до 1 мм.

Маховики, шкивы и различные летали, вращающиеся g большими окружными скоростями, должны быть уравновешенными (отбалансированными), иначе машины, в которые входят эти детали, будут работать с вибрациями. Это отрицательно сказывается на работе механизмов оборудования и машины в целом.

Неуравновешенность деталей возникает из-за неоднородности материала, из которого они изготовляются; отклонений в размерах, допущенных при их изготовлении и ремонте; различных деформаций, полученных в результате термообработки; от различной массы крепежных деталей и т.д. Устранение неуравновешенности (дисбаланса) осуществляется балансировкой, которая является ответственной технологической операцией.

Существуют два способа балансировки: статическая и динамическая. Статическая балансировка - это уравновешивание деталей в неподвижном состоянии на специальных приспособлениях - ножевых направляющих, роликах и др.

Динамическая балансировка, предельно уменьшающая вибрации, производится при быстром вращении детали на специальных станках.

Статической балансировке подвергают ряд деталей (шкивы, кольца, гребные винты и др.) На рис. 1, а изображен диск, центр тяжести которого находится на расстоянии е от геометрического центра О. При вращении образуется неуравновешенная центробежная сила Q.

Опорные заостренные, чисто обработанные и закаленные поверхности ножей выверяют линейкой и уровнем на горизонтальность с точностью 0,05-0,1 мм на длине 1000 мм.

Уравновешиваемую деталь надевают на оправку, концы которой должны быть одинакового, притом возможно меньшего диаметра. Это существенное условие повышения чувствительности балансировки без ущерба для жесткости установки оправки с деталью на ножах. Балансировка состоит в следующем: деталь с оправкой слегка подталкивают и дают ей возможность свободно остановиться, ее более тяжелая часть после остановки всегда займет нижнее положение.

Балансируют деталь одним из двух способов: или облегчают ее тяжелую часть высверливанием или вырубанием из нее лишнего металла, либо утяжеляют диаметрально противоположную часть.

Рис. 1. Схемы балансировки деталей:
а - статическая, б - динамическая

На рис. 1, б дана схема динамической неуравновешенности детали: центр тяжести может находиться далеко от ее середины, в точке А. Тогда при вращении на повышенной скорости масса дисбаланса будет создавать момент, опрокидывающий деталь, образуя вибрации и повышенные нагрузки на подшипнике. Для уравновешивания нужно установить добавочный груз в точке А’ (или высверлить массу дисбаланса в точке А). При этом масса дисбаланса и добавочного груза образуют пару центробежных сил, параллельных, но противоположно направленных - Q и - Q, с плечом L, при котором опрокидывающий момент ликвидируется (уравновешивается).

Динамическую балансировку выполняют на специальных станках. Деталь устанавливают на упругие опоры и присоединяют к приводу. Частоту вращения доводят до такого значения, чтобы система вошла в резонанс, что позволяет заметить область колебаний. Для определения уравновешенной силы закрепляют на детали грузы, подбираемые так, чтобы образовалась противоположная сила и, следовательно, противоположно направленный момент.

Как производится балансировка колёс (статическая, динамическая)

Шина представляет собой сложное технологическое изделие, состоящее из большого числа разнородных элементов из разных составов резиновой смеси, а также стали, текстиля, синтетических материалов. Поэтому создать равномерное распределение материалов, а следовательно и массы задача сложная и это неизбежно приводит к появлению «тяжелых» мест шины в протекторной части, а также в боковине.

Кроме того, колесо в сборе может быть установлено с нарушением центровки относительно ступицы автомобиля, диск имеет отверстие под вентиль и сам вентиль имеет некоторую массу.

При вращении колеса на элемент массы участвующий в круговом движении действует центробежная сила, величина которой зависит от массы участка, расстояния от оси вращения, а также от линейной скорости вращения. Причем зависимость от скорости квадратичная. Именно эта сила и будет при вращении колеса создавать переменную по направлению результирующую силу, а также переменный по направлению вращающий момент на оси, что ведет к возникновению вибраций колеса, вибраций элементов рулевого управления и подвески. Это воздействие равносильно применению на автомобиле деформированного колеса. В результате, снижается безопасность движения, а также существенно ухудшает комфортность и в конечном счете приводит к разрушению элементов подвески и преждевременному износу шины.

Как же бороться с этим явлением? Ответ прост - необходимо компенсировать неоднородность массы, используя так называемые балансировочные грузики.

Различают статический и динамический дисбаланс.

Статический дисбаланс -- это неравномерное распределение масс по оси вращения. При статическом дисбалансе колесо бьет в вертикальной плоскости. Для устранения этого явления к колесу необходимо приложить компенсирующую силу равную по величине, но противоположную по направлению центробежной силе. Это достигается прикреплением дополнительного грузика в диаметрально противоположной точке нахождения неуравновешенной массы. Такой процесс называется статической балансировкой . Без проведения статической балансировки невозможна и другая процедура: сход-развал -- установка правильного угла наклона колеса, от которого зависит управляемость автомобиля.

Динамический дисбаланс -- это неравномерное распределение масс в плоскостях параллельных направлению движения. При динамическом дисбалансе на колесо действует пара сил противоположно направленных, создающих переменный момент - «расскачивая» колесо из стороны в сторону. Такая балансировка предотвращает раскачивание колеса из стороны в сторону -- основного явления при возникновении динамического дисбаланса. Процедура исправления дефектов производится при быстро вращающемся колесе. Она позволяет более точно установить и устранить все дефекты. После этого выполняют развал схождение.Динамическая балансировка проводится на специальных балансировочных стендах.

В основном при балансировке колеса имеет случай комбинированного дисбаланса , сочетающий статическую и динамическую составляющую.

Сейчас, скорости перемещения возросли, для высокоскоростных автомобилей необходима весьма точная балансировка, сделать которую возможно только на оборудовании высокого класса и квалифицированным персоналом. Кроме того, дополнительную коррекцию неравномерности масс элементов подвески, участвующих во вращении и неточности центровки колеса на ступице возможно осуществить на автомобиле при проведении финишной балансировки.

Балансировочный станок APOLLO

Функциональные особенности:

Высокая производительность и точность балансировки колес за счет применения прогрессивных технологий:

AutoALU, S-Drive, Direct3D

Автоматическое определение параметров диска

Автоматическое определение типа диска (технология AutoALU)

Точное прямое измерение геометрии ALU-дисков (технология Direct3D)

Интеллектуальное управление 3-фазным двигателем - поворот к месту установки груза (технология S-Drive)

Точная установка липких грузов электронной линейкой

SPLIT - установка липких грузов за спицами

Минимизация статического дисбаланса

Настройка предела 0

Счётчик отбалансированных колёс

Синтезатор речи

Защита от повышенного напряжения в сети (технология PowerGuard)

Высокоточный шпиндельный узел, диаметр вала 40 мм.

В случае отсутствия специальных стендов статическую балансировку колеса можно выполнять на ступице переднего колеса автомобиля. Для этого надо приподнять переднюю часть автомобиля домкратом, ослабить затяжку подшипников ступицы переднего колеса, расшплинтовав и отвернув на 90...120° регулировочную гайку. После этого следует устанавливать колесо в различные положения и отпускать. Если при этом колесо не удерживается в установленном положении, а проворачивается в ту или другую сторону и останавливается только в одном положении, значит оно имеет дисбаланс.

Рис. 123.

а -- крепление балансировочного грузика на ободе колеса, б --определение самой легкой части колеса, в -- начальное положение балансировочных грузиков, г -- окончательное положение балансировочных грузиков (при равновесии колеса)

Для балансировки колес необходимо:

снизить давление в шине до 20...30 кПа и снять с обода колеса балансировочные грузики (рис. 123, а);

медленно повернуть колесо против часовой стрелки и отпустить, когда оно остановится; нанести вертикальной меловой чертой метку I (рис. 123,б), определяющую верхнюю точку колеса;

повернуть толчком колесо по часовой стрелке и после его остановки также отметить верхнюю точку меловой вертикальной линией II, разделить кратчайшее расстояние между метками I и III пополам и нанести метку III-- это и будет самое легкое место колеса (рис. 123, б);

установить по обе стороны метки III малые балансировочные грузики (рис. 123, в) массой 30 г, которые своей пружиной подходят под борт покрышки и удерживаются на ободе;

толчком руки повернуть колесо. Если после его остановки грузики займут нижнее положение, их масса для балансировки колеса достаточна; если грузики займут верхнее положение, нужно поставить более тяжелые (40 г) и, вращая колесо, убедиться, что оно останавливается при нижнем положении грузиков;

отодвигая грузики на равные расстояния (А и А) от метки III (рис. 123, г), следует добиться равновесия колеса, когда оно после толчка рукой будет останавливаться в разных положениях (в зависимости от приложенного усилия);

накачать шину до нормального давления и приступить к балансировке следующего колеса. Передние колеса балансируются каждое на своей ступице, а задние -- на одной из ступиц передних колес.

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.

Неуравновешенность (дисбаланс ) вращающихся частей является одним из факторов, лимитирующих надежность автомобилей в эксплуатации. Неуравновешенность — состояние, характеризующееся таким распределением масс, которое вызывает переменные нагрузки на опоры, повышенные износ и вибрацию, способствует быстрой утомляемости водителя.

Дисбаланс изделия — векторная величина, равная произведению локальной неуравновешенной массы т на расстояние до оси изделия г или произведению веса изделия G на расстояние от оси изделия до центра масс е, т. е. D = mr = Ge.

Виды неуравновешенности

а - статическая, б - динамическая, смешанная.

Проводится при возникновении в процессе изготовления (восстановления) деталей, сборки узлов и агрегатов и изменяет свое количественное значение в процессе эксплуатации и текущего ремонта.

В зависимости от взаимного расположения оси изделия и его главной центральной оси инерции различают три вида неуравновешенности: статическую, моментную и динамическую.
При статической неуравновешенности ось ОВ вращения детали смещена на эксцентриситет е и параллельна главной центральной оси инерции. Данная неуравновешенность присуща дискообразным деталям (маховики, диски сцепления, шкивы, крыльчатки, сцепления в сборе и др.) и проявляется как в статическом, так и в динамическом состоянии. Статическая неуравновешенность определяется главным вектором дисбалансов (статический дисбаланс).
При моментной неуравновешенности ось изделия и его главная центральная ось инерции пересекаются в центре масс. Данная неуравновешенность определяется главным моментом дисбалансов М или двумя равными по значению антипараллельными векторами дисбалансов в двух произвольных плоскостях.
Моментная неуравновешенность является частным случаем более общей — динамической неуравновешенности, при которой ось изделия и его главная центральная ось пересекаются не в центре масс или перекрещиваются. Присуща она деталям и узлам типа валов, состоит из статической и моментной неуравновешенностей и определяется главным вектором дисбалансов и главным моментом дисбалансов или двумя приведенными векторами дисбалансов (в общем случае разных по значению и непараллельных), лежащих в двух выбранных плоскостях.

Дисбаланс изделия характеризуется числовым значением (в г - мм, г см, кг-см) и углом дисбаланса (в град.) в системе координат, связанных с осью изделия.

Главный вектор дисбалансов В„ может быть разложен на два параллельных DCTl и Дт2, приложенных в выбранных плоскостях, а главный момент дисбалансов М может быть заменен моментом пары равных антипараллельных дисбалансов Ц,1 и DM2 в тех же плоскостях. Геометрические суммы Дт! + Ai = Д и Дт2 + А2 = А образуют два приведенных дисбаланса А и А в выбранных плоскостях, которые полностью определяют динамическую неуравновешенность изделия.
При вращении неуравновешенного изделия возникает переменная по величине и направлению центробежная сила инерции. Приведение изделий, обладающих неуравновешенностью, в уравновешенное состояние осуществляется их балансировкой, т. е. определением дисбаланса изделия и устранением (уменьшением) его путем удаления или добавления корректирующих в определенных точках масс. В зависимости от вида неуравновешенности тела различают два вида балансировки: статическую и динамическую.

Статическая балансировка .

Статическая балансировка производится на стендах с призмами или роликами либо на специальных станках для статической балансировки в динамическом режиме (при вращении тела). Такая балансировка повышает точность балансировки и открывает возможность автоматизации процесса.

Динамическая балансировка вращающихся деталей

При такой балансировке определяются и устраняются (уменьшаются) два приведенных дисбаланса А и А в выбранных плоскостях коррекции путем удаления или добавления двух приведенных корректирующих масс, в общем случае разных по значению и расположенных под разными углами коррекции, в системе координат, связанной с осью детали. При динамической балансировке устраняется (уменьшается) как статическая, так и моментальная неуравновешенность, и изделие становится полностью сбалансированным.

Допустимый дисбаланс деталей: коленчатого вала , карданного вала и.др.



После сборки вращающейся сборочной единицы, в которую входят сбалансированные детали (например: валы, насадные шестерни, муфты и др.) и другие детали (шпонки, штифты, стопорные винты и др.), возникает необходимость в повторной их балансировке, так как смещение одной из деталей, даже в пределах зазоров, предусмотренных чертежом, вызывает значительную неуравновешенность.

Несовпадение центра тяжести детали с осью вращения принято называть статической неуравновешенностью, а неравенство нулю центробежных моментов инерции – динамической неуравновешенностью.

Статическая неуравновешенность легко обнаруживается при установке детали опорными шейками или на оправках на горизонтальные параллели (ножи, призмы, валики) или ролики, а динамическая – лишь при вращении детали. В связи с этим балансировка бывает статическая и динамическая.

Статическая балансировка. Существует несколько методов выполнения статической балансировки. Наиболее часто встречаются в станкостроении балансировки на призмах и на дисках. Ножи, призмы и ролики должны быть калеными и шлифованными и перед балансировкой выверены на горизонтальность.

При балансировке на горизонтальных параллелях (рис. 1) допускаемые овальность и конусность шеек оправки не должны превышать 0,01-0,015 мм, а диаметры их должны быть одинаковыми.

Рис. 1. а – на горизонтальных параллелях (1 – центр тяжести детали; 2 – корректирующий груз); б – на дисках (1 – деталь; 2 – корректирующий груз)

Для уменьшения коэффициента трения параллели и шейки оправки рекомендуется подвергать закалке и тщательно шлифовать. Рабочую длину параллелей можно определять по формуле:



где d – диаметр шейки оправки.

Ширина рабочей поверхности параллелей (ленточки) равна (см):



где G – усилие, действующее на параллель, в кГ; Е – модуль упругости материала оправки и параллелей, в кГ/см 2 ; σ – допускаемое сжимающее напряжение в местах контакта шейки и параллели, в кГ/см 2 (для закаленных поверхностей σ=2 10 4 ÷ 3 10 4 кГ/см 2).

Величина d в см назначается из конструктивных соображений с учетом удобства установки балансируемой детали на оправку.

Дисбаланс определяется пробным прикреплением корректирующих грузов на поверхности балансируемой детали. Устраняется дисбаланс удалением эквивалентного количества материала с диаметрально противоположной стороны или установкой и закреплением соответствующих противовесов (корректирующих грузов).

Статическая балансировка шкива может быть выполнена следующим образом. На ободе шкива предварительно наносят мелом черту и сообщают ему вращение. Вращение шкива повторяют 3-4 раза. Если меловая черта будет останавливаться в разных положениях, то это будет указывать на то, что шкив сбалансирован правильно. Если меловая черта каждый раз будет останавливаться в одном положении, то это значит, что часть шкива, находящаяся внизу, тяжелее противоположной. Чтобы устранить это, уменьшают массу тяжелой части высверливанием отверстий или увеличивают массу противоположной части обода шкива, высверлив отверстия, а затем заливают их свинцом.

Чувствительность балансировки деталей весом до 10 т на горизонтальных параллелях (рис. 1, а):

где F – чувствительность метода в Г см; f – коэффициент трения качения (f=0,001 ÷ 0,005 см); G – вес детали или сборочной единицы в кг.

Чувствительность балансировки деталей весом до 10 т на дисках (рис. 1, б):



где F – чувствительность метода в Г см; f – коэффициент трения качения (f=0,001 ÷ 0,005 см); G – вес детали или сборочной единицы в кг;  – коэффициент трения качения в подшипниках дисков; r – радиус цапфы дисков в см; d – диаметр оправки в см; D – диаметр дисков в см; α – угол между осью оправки и осями дисков.

Точность балансировки на дисках больше, чем на горизонтальных призмах. Статическую балансировку чаще всего применяют для деталей типа дисков.

Балансировка деталей и сборочных единиц может быть выполнена на балансировочных весах в резонансном режиме колеблющейся системы, которая позволяет повысить точность балансировки.

Балансировку деталей весом до 100 кг на балансировочных весах выполняют следующим образом (рис. 2): испытываемую конструкцию 1 уравновешивают грузами 3 и разгоняют вращающуюся часть 1 конструкции до частоты вращения, превышающей частоту колебаний системы. После разгона электродвигатель отсоединяют от испытываемой конструкции, подвижная часть которой продолжает свободно вращаться, постепенно снижая скорость. Это исключает влияние возмущений от двигателя привода на колеблющуюся систему. Амплитуда смещения контрольной точки измеряют прибором 2 в момент совпадения частоты вращения шпинделя с собственной частотой колеблющейся системы, т. е. при резонансе, где амплитуда достигает наибольшего значения. Величина остаточной неуравновешенности при данном методе измерения не должна превышать 1,5-2 Г см.



Рис. 2.

По ряду изделий в настоящее время на основании опыта уже установились нормы допустимого смещения центра тяжести вращающихся деталей (табл. 1).

Таблица 1. Допустимая величина смещения центра тяжести

Группа деталей	Наименование	Смещение центра тяжести, мкм	Группа деталей	Наименование	Смещение центра тяжести, мкм
А	Круги, роторы, валы и шкивы точных шлифовальных станков	0,2-1,0	В	Жесткие небольшие роторы электродвигателей, генераторы	2-10
Б	Высокооборотные электродвигатели, приводы шлифовальных станков	0,5-2,5	Г	Нормальные электродвигатели, вентиляторы, детали машин и станков, быстроходные приводы и т. д.	5-25

Чувствительность балансировки деталей весом до 100 кг на балансировочных весах (рис. 2): F=20 ÷ 30 Г см.

Величина дисбаланса:



где ω – разность показаний прибора 2.

Динамическая балансировка деталей и сборочных единиц применяется для более точного определения дисбаланса, возникающего при вращении под действием центробежных сил. Для проведения динамической балансировки деталей и комплектов типа тел вращения применяют балансировочные станки.

Детали и комплекты типа муфт, зубчатых колес, шкивов балансируют на оправках. Оправку с деталью или сборочной единицей для балансировки устанавливают на балансировочном станке и соединяют со шпинделем станка.

Величина дисбаланса и место его расположения определяются приборами, установленными на станке. Дисбаланс устраняют обычно сверлением отверстия в детали или направлением металла на противоположной от места дисбаланса стороне детали.

Требуемая техническими условиями точность балансировки зависит от конструкции и назначения деталей и узлов, скорости их вращения, допустимых вибраций машины, необходимой долговечности опор.

Статическая балансировка может уравновешивать деталь относительно ее оси вращения, но не может устранить действие сил, стремящихся повернуть деталь вдоль продольной ее оси.

Динамическая балансировка устраняет оба вида неуравновешенности. Динамической балансировке подвергают быстроходные детали со значительным отношением длины к диаметру (роторы турбин, генераторов, электродвигателей, быстровращающиеся шпиндели станков, коленчатые валы автомобильных и авиационных двигателей и т. д.).

Динамическую балансировку производят на специальных станках высококвалифицированные рабочие. При динамической балансировке определяют величину и положение массы, которые нужно приложить к детали или отнять от нее, чтобы деталь оказалась уравновешенной статически и динамически.

Центробежные силы и моменты инерции, вызванные вращением неуравновешенной детали, создают колебательные движения из-за упругой податливости опор. Причем колебания их пропорциональны величине неуравновешенных центробежных сил, действующих на опоры. На этом принципе основана балансировка деталей и сборочных единиц машин.

Динамическая балансировка, выполняемая на современных автоматизированных балансировочных станках, в интервале 1-2 мин выдает данные: глубину и диаметр сверления, массу грузов, размеры контргрузов и места, где необходимо закрепить и снять грузы, а также амплитуду колебаний опор.

Динамической балансировке подвергаются детали и узлы длиной больше диаметра (коленчатые валы, шпиндели, роторы лопаточных машин и т. п.). Динамическая неуравновешенность, возникающая при вращении детали вследствие образования пары центробежных сил Р (рис. 3, а), может быть устранена приложением корректирующего момента от сил Р 1. Выбор плоскостей коррекции определяется конструкцией детали и удобством удаления излишков металла. Наиболее общий случай неуравновешенности детали, встречающийся на практике, показан на рис. 3, б.



Рис. 3. Принципиальная схема динамической балансировки деталей: а – динамическая неуравновешенность детали; Р – центробежные силы от неуравновешенных масс m, расположенных на плече r; Pt – центробежные силы от корректирующих грузов; б – статическая и динамическая неуравновешенность детали; Р’ – центробежная сила от массы m’, раскладываемая на силы Р и Р”, вызывающие статическую неуравновешенность

Выявление неуравновешенности производится на балансировочных машинах. В условиях индивидуального производства динамическую балансировку выполняют при помощи простых средств, к числу которых можно отнести, например, устройство для установки опор уравновешиваемой детали на упругие балки или на упругие (резиновые) подкладки.

Деталь приводят во вращение до скорости, превышающей условия резонанса.

Отключают привод (например, сбросом ремня) и замеряют амплитуду максимальных колебаний одной из опор. Прикреплением пробного груза к детали добиваются прекращения колебания этой опоры. Аналогичную процедуру выполняют в отношении другой опоры. Балансировка заканчивается по прекращении колебаний опор.

с упругими опорами, применяемой для деталей и узлов весом до 100 т (роторы мощных турбин) – на рис. 4.



Рис. 4. 1 – балансируемый объект; 2 – электромагнитная муфта; 3 – электродвигатель; 4 – подшипники; 5 – поддерживающие упругие стойки (рессоры); 6 – упоры, поочередно запирающие подшипники; 7 – механический рычажный индикатор для определения плоскости дисбаланса по меткам 8, вычерчиваемым острием индикатора на окрашенной колеблющейся шейке объекта; 9 – компенсирующие пробные грузы, прикрепляемые к объекту

Балансировку ведут при поочередном закреплении опор. Угловое положение дисбаланса находят при помощи механических или электрических индикаторов. Величина дисбаланса в выбранных плоскостях коррекции определяется прикреплением пробных компенсирующих грузов. Чувствительность зависит от веса и размеров объекта.

Балансировка на машинах рамного типа с регулируемыми компенсаторами дисбаланса применяется преимущественно для деталей и сборок малых и средних размеров весом до 100 кг.

Уравновешивание дисбаланса осуществляется вручную и механически.

На рис. 5 приведена схема балансировочной машины с ручным перемещением компенсирующего груза 3 на шпинделе станка.



Рис. 5. 1 – рама; 2 – балансируемая деталь, сборка; 3 – компенсатор дисбаланса

Груз 3 перемещают в радиальном и окружном направлениях и вручную корректируют его вес. Так определяют эквивалентное количество материала для удаления с детали. Дисбаланс определяют только в плоскости коррекции 1–1. Поэтому для определения дисбаланса детали в другой плоскости 2–2 необходимо ее переустановить с поворотом на 180° для определения величины и местоположения компенсатора в этой плоскости. Машина требует предварительной настройки по эталонной детали; колебания рамы вокруг горизонтальной оси отмечаются механическим измерителем амплитуды; величина неуравновешенных моментов в выбранных плоскостях коррекции определяется с точностью 10 -15 Г см 2 .