Балансировка вращающихся механизмов. Балансировка деталей. Применение статической балансировки

При вращении деталей и узлов, работающих на больших ско­ростях, возникают неуравновешенные центробежные силы, созда­ющие добавочную нагрузку на детали и опоры. В результате по­являются вибрации, вызывающие преждевременный износ и по­ломки. Дисбаланс (неуравновешенность) детали возникает вслед­ствие несимметричного размещения массы относительно оси вра­щения при отклонении ее размеров от заданных по чертежу, раз­ной плотности металла в отдельных частях детали и сложности формы детали. Дисбаланс детали оценивают величиной момента неуравновешенной массы относительно оси вращения.

Величина центробежной силы, вызывающей вибрацию, опре­деляется следующим образом:

где m - неуравновешенная масса; ω - угловая скорость вращения детали, рад/сек; Q - вес вращающейся детали, Н; q - ускорение силы тяжести, см/сек2 (м/сек2); r - величина смещения центра тяже­сти детали, см (м); n - частота вращения детали в секунду, об/сек.

Статическая балансировка. Статическая балансировка деталей производится на призмах или роликах. Если деталь, имеющую дис­баланс, установить на призмы или ролики, то под влиянием веса неуравновешенной массы создается крутящий момент М k = Q 1 r 1 стремящийся повернуть деталь до тех пор, пока утяжеленная ее сто­рона с весом неуравновешенной массы Q 1 не займет нижнее поло­жение. Величину веса уравновешивающего груза Q 2 и расстояние его r 2 от оси вращения подбирают таким образом, чтобы соблюда­лось равенство:

Q 1 r 1 = Q 2 r 2 откуда: Q 2 = Q 1 r 1 / r 2, (68)

Практическое устранение дисбаланса производится удале­нием эквивалентного количества металла с утяжеленной сторо­ны сверлением, фрезерованием, шабрением, опиловкой или прикреплением корректирующего груза, что, впрочем, встреча­ется редко.

Точность балансировки деталей на призмах зависит от силы трения, возникающей между призмами и шейками валов или оп­равок, на которых устанавливаются проверяемые детали. Поэто­му для повышения точности балансировки необходимо рабочие поверхности призм и шейки оправок подвергать закалке до высо­кой твердости HRC 50-56 и чистовому шлифованию. Рабочую длину призм берут в пределах (2-2,5)πD, где D - диаметр шейки оправки в см.

При статической балансировке на роликах применяемые роли­ковые устройства снабжены шариковыми или роликовыми под­шипниками. Процесс статической балансировки на вращающихся роликах производится так же, как и на призмах. Точность балан­сировки на роликах зависит от отношения dID (рис.42). Чем меньше это отношение, тем точнее балансировка.

В зависимости от массы балансируемых деталей применяются следующие размеры роликов: при массе до 250 кг D = 100 мм l = до 40 мм;

при массе до 1 500 кг D = 150 мм l = до 70 мм.

Статической балансировке подвергают детали, имеющие не­большую длину и относительно большой диаметр: шкивы, маховики, диски сцепления.

Рис.42 . Схема статической балансировки на роликах

Рис.43 . Динамическая неуравновешиваемость

Динамическая балансировка. Для деталей, длина которых зна­чительно превышает диаметр (коленчатые и карданные валы), применяют динамическую балансировку. Если деталь, статически отбалансированную грузами Q 1 и Q 2 (рис.43), расположенными диаметрально противоположно, вращать вокруг оси, то по ее кон­цам возникнут две противоположно направленные центробежные силы I 1 и I 2 , образующие пару сил. Эти центробежные силы стре­мятся вывести деталь из ее опор, нагружая их и вызывая возмож­ность появления вибраций. Величина динамической неуравнове­шенности будет тем больше, чем больше длина плеча возмущаю­щей пары сил.

Для динамической уравновешенности детали необходимо в точ­ках, противоположных участкам размещения грузов Q 1 и Q 2 уста­новить равные им грузы Q 1 ’ и Q 2 ’. Деталь можно уравновесить и гру­зами G 1 и G 2 установленными в любой плоскости, перпендикуляр­ной оси вала, при том условии, что моменты центробежных сил, возникающих от этих грузов в процессе вращения детали, будут равны моментам центробежных сил J 1 , и J 2 , образующихся от гру­зов Q 1 и Q 2 .

Таким образом, динамическая балансировка заключается в со­здании дополнительной пары сил при помощи уравновешиваю­щих грузов. Из сказанного следует, что в таких деталях, как шки­вы, диски сцепления, маховики, не может быть большого плеча пары сил, поэтому их динамическая неуравновешенность меньше статической. Вследствие же большого диаметра статическая не­уравновешенность этих деталей может быть значительной, поче­му они и подвергаются этому виду балансировки. И наоборот, для коленчатых и карданных валов гораздо большее значение имеет динамическая неуравновешенность. Динамическая балансировка деталей выполняется на специальных станках, выпускаемых про­мышленностью.

Такие крупные детали, как шкивы, маховики, роторы и воз­духодувы, вращающиеся с большими скоростями, должны быть хорошо уравновешены во избежание биения, вибрации, наруше­ния центровки и повышения нагрузки на опорные детали. Разли­чают три вида неуравновешенности:

Неуравновешенность, вызываемая смещением центра тяжести детали относительно оси вращения, при которой сила инер­ции приводится к одной равнодействующей центробежной силе. Такая неуравновешенность характерна для деталей с не­значительной осевой длиной по сравнению с диаметром (ма­ховики, шкивы, зубчатые колеса) и устраняется статической (одноплоскостной) балансировкой;

Неуравновешенность, при которой силы инерции приводятся к равнодействующей паре сил, создающей центробежный момент инерции относительно оси вращения;

Неуравновешенность, при которой силы инерции приводятся

К равнодействующей силе и к паре сил.

Второй и третий виды неуравновешенности характерны для деталей, имеющих значительную длину по сравнению с диамет­ром (роторы) и устраняются динамической (двухплоскостной) балансировкой.

Считают, что допустимое смещение центра тяжести равно

Частному от деления 2-10 на квадрат частоты вращения детали.

Статическая или силовая балансировка основана на исполь­зовании статического неуравновешенного момента, под действием которого деталь поворачивается до тех пор, пока наиболее тяжелая часть окажется вертикально под осью вращения детали и появится возможность осуществить балансировку путем установки допол­нительных грузов на диаметрально противоположной стороне де­тали или путем облегчения наиболее тяжелой части детали. Стати­ческую балансировку выполняют путем установки детали на приз­мах, вращающихся опорах, весах или непосредственно на месте установки детали. Иногда деталь предварительно закрепляют на оправке. Балансировочные призмы, изготовленные с большой точ­ностью из закаленной стали, устанавливают на балансировочном устройстве параллельно и горизонтально с точностью до 0,02 мм/м. Процесс балансировки состоит из двух операций.

Первая операция заключается в устранении основного дис­баланса. Для этого окружность торца балансируемой детали де­лят на 6-8 частей и, поворачивая деталь на призмах на 45°, каж­дый раз находят и отмечают нижнюю точку, т. е. наиболее тяже­лую часть. Если при этом нижнее положение будет занимать одна и та же точка, то через нее проводят диаметр и, подбирая груз на его противоположном конце, компенсируют дисбаланс, т. е. дости­гают безразличного равновесия. Грузом может служить замазка или небольшие кусочки металла, приклеиваемые к детали. Затем временные грузы заменяют постоянными, прочно закрепляя их к детали в нужном месте, и контролируют правильность баланси­ровки. Иногда, наоборот, утяжеленные части детали облегчают, высверливая небольшие углубления.

Вторая операция заключается в определении остаточного дисбаланса вследствие наличия сил трения между призмами и оправкой или устранении так называемой невыявленной неурав­новешенности. При этом на каждом из размеченных делений по­очередно в горизонтальной плоскости фиксируют грузики в точ­ках, одинаково удаленных от центра, пока деталь не начнет вра­щаться на призмах. Массы пробных грузиков заносят в таблицу, и на ее основании строят кривую, фиксирующую крайние точки, ко­торые соответствуют наибольшей разности грузов (рис. 7.16). Низшая точка кривой соответствует наиболее тяжелому месту детали. Окончательно уравновешивающий груз необходимо ус­тановить в диаметрально противоположном месте. Величину гру­за определяют по формуле

Q (^макс -

Где Q - величина груза; Амакс и Аиин - соответственно максимальная и минимальная масса грузов, расположенных на одном диаметре.

Дополнительный груз закрепляют на детали в месте, соот­ветствующем высшей точке кривой, и делают окончательную проверку, определяя остаточную неуравновешенность. Допусти­мая величина статической неуравновешенности зависит от кон­струкции машины и режима ее работы. Точность статической балансировки на призмах позволяет обнаружить остаточное сме­щение центра тяжести детали от оси вращения на 0,03-0,05 мм, а на балансировочных весах до 5 мкм.

Динамическую бачансировку выполняют на машиностроитель­ных заводах, так как в условиях монтажа и ремонта в мастерских предприятий молочной промышленности ее трудно осуществить.

Посуда вошла в нашу жизнь и обыденность ещё с древних времен, но её покупка и продажа является до сих пор актуальна. За счет высокого качества керамики и длительности эксплуатации, посуда …

Автоматизированная система инструментального обес­печения - система взаимосвязанных элементов, включающая участки подготовки инструмента, его транспортирования, накоп­ления, устройства смены и контроля качества инструмента, обес­печивающие подготовку, хранение, автоматическую установку и замену инструмента. АСИО …

Взаимоотношения при выполнении ремонтно-обслуживаю - щих работ зависят от структуры производственно-технических связей между владельцами техники и предприятиями техниче­ского сервиса, от взаимоотношений последних с заводами-изго­товителями. Развитие коммерческого технического сервиса должна быть …

Балансировка колес необходима для того, чтобы во время движения автомобиля, водитель не испытывал дискомфорта, от такого явления как биение колес. Происходит это тогда, когда имеется дисбаланс относительно оси или плоскости вращения.

Зачем нужна балансировка колес

В процессе производства дисков, камер и покрышек, невозможно сделать идеально сбалансированный продукт. Основную часть дисбаланса привносит покрышка. Поскольку она наиболее удалена от центра вращения. Отсюда возникает необходимость балансировки. Ведь неправильная балансировка колес не только делает езду на автомобиле некомфортной, она так же способствует быстрому износу элементов подвески. В первую очередь страдает ступичный подшипник, который непременно придется менять в том случае, если вы ездили на несбалансированных колесах.

Согласитесь, куда дешевле сделать балансировку, нежели менять изношенные детали и покрышки. До сих пор встречаются люди, которые балансируют только передние колеса. Якобы в этом нуждаются только ведущие, и нет нужды тратить дополнительные деньги на балансировку задних. Это заблуждение, и такая экономия лишь убьет элементы задней подвески.

Существует несколько видов балансировки:

• на станке, со снятием колеса;
• финишная, производится непосредственно на автомобиле;
• автоматическая (порошковая, бисерная).

Так же существует разделение на динамическую и статическую.

Как делается балансировка

Статическая

В случае, когда колесо имеет статический дисбаланс, его вес по оси вращения неравномерный, оно имеет тяжелое место. Это место с большей силой будет бить по дороге, и чем больше будет скорость его вращения, тем сильней будет статический дисбаланс.


Во избежание данного явления и делается статическая балансировка. Данную услугу в нашей стране предоставляют все шиномонтажные мастерские. Колесо помещается на специальный станок, в процессе вращения автоматика определяет степень дисбаланса, и указывает на какое место необходимо установить дополнительный груз.

Грузы бывают двух типов:

• с кронштейном, крепятся на край диска и применяются, как правило, на штампованных дисках;
• на клеевой основе, удобны для балансировки литых, кованых дисков.

Динамическая

Стоит сразу отметить, что данную услугу может предложить далеко не каждая станция шиномонтажа. Так как оборудование, используемое в большинстве случаев — старое, можно сказать трофейное.

Так для чего нужна динамическая балансировка? Чем шире профиль колеса, тем больше шансов получить динамический дисбаланс при движении, относительно плоскости его вращения.

Финишная

Данный вид балансировки производится уже после основной статической, и по возможности динамической. Под подвешенный автомобиль устанавливается специальное оборудование, балансировочный стенд, колесо раскручивается до скорости 90 км/ч, а автоматика делает замеры, и указывает в каком месте и какой груз необходимо установить. Для данной балансировки нужно оборудование, которым располагают зачастую лишь профессиональные центры шиномонтажа.

Автоматическая

Автоматическая применяется только на грузовых автомобилях и автобусах. Происходит это следующим образом — в колесо засыпается специальные балансировочные гранулы, мелкий бисер, реже песок, ведь у последнего высокий абразивный эффект. Во время движения, под воздействием центробежной силы, балансировочный материал притягивается к внутренней поверхности шины, что приводит к самобалансировке.

На легковом транспорте данный вид балансировки не используется по причине того, что нет возможности определить, сколько именно материала необходимо засыпать в каждое колесо. Дополнительно увеличивается и его вес.

Правильная балансировка колес

Существует ряд правил, выполнение которых гарантирует максимально качественную балансировку.

1. диск нужно очистить от грязи. Ведь ее зачастую довольно много как на внешней, так и на внутренней части. Автоматика рассчитывает, сколько грамм груза нужно повесить на ту или иную часть колеса. Сбалансировав грязное колесо, вы рискуете потерять баланс на первой же кочке, когда большой кусок грязи отвалится от диска и вся работа пойдет «коту под хвост»;
2. обязательно нужно снять все старые балансировочные грузы;
3. ещё достаточно часто встречается ситуация, когда шина просто не встала до конца на свое место. Снаружи это заметить можно не всегда, а вот на балансировку может влиять довольно сильно;
4. различные пластмассовые колпаки, которые одеваются сразу по выходу из шиномонтажа, так же способны внести дисбаланс в только что сбалансированное колесо.

Как часто стоит делать балансировку колес

Рекомендуемая частота проведения разная. Кто-то говорит, что она необходима каждые 10 тысяч километров, кто-то настаивает на 20 тысячах. Если вы почувствовали, что при движении бьет руль, присутствует излишняя вибрация корпуса, не поленитесь посетить шиномонтаж. Тем самым вы, возможно, сэкономите на более дорогостоящем ремонте.
Надеемся, что после прочтения данной статьи, у вас уже не останется вопросов, зачем нужна балансировка колес, и нужно ли ее делать.

Цель балансировки состоит в устранении неуравновешенности детали сборочной единицы относительно оси ее вращения. Неуравновешенность вращающейся детали приводит к возникновению центробежных сил которые могут быть причиной вибрации узла и всей машины преждевременного выхода из строя подшипников и других деталей. Основными причинами неуравновешенности деталей и узлов могут быть: погрешность формы деталей например овальность; неоднородность и неравномерность распределения материала детали относительно оси ее вращения образованные при...

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

БАЛАНСИРОВКА ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ

Виды неуравновешенности

Балансировка вращающихся частей машин — важный этап технологического процесса сборки машин и оборудования. Цель балансировки состоит в устранении неуравновешенности детали (сборочной единицы) относительно оси ее вращения. Неуравновешенность вращающейся детали приводит к возникновению центробежных сил, которые могут быть причиной вибрации узла и всей машины, преждевременного выхода из строя подшипников и других деталей. Основными причинами неуравновешенности деталей и узлов могут быть: погрешность формы деталей (например, овальность); неоднородность и неравномерность распределения материала детали относительно оси ее вращения, образованные при получении заготовки литьем, сваркой или наплавкой; неравномерное изнашивание и деформация детали в процессе эксплуатации; смещение детали относительно оси вращения из-за погрешности сборки и др.

Неуравновешенность характеризуется дисбалансом — величиной, равной произведению неуравновешенной массы детали или сборочной единицы на расстояние центра масс до оси вращения, а также углом дисбаланса, определяющим угловое расположение центра масс. Различают три вида неуравновешенности вращающихся деталей и узлов: статическую, динамическую и смешанную, как сочетание первых двух.

Статическая неуравновешенность имеет место, если массу тела можно рассматривать как приведенную к одной точке (центру масс), отстоящей на некотором расстоянии от оси вращения (рис. 6.52). Этот вид неуравновешенности характерен для деталей типа дисков, высота которых меньше диаметра (шкивы, зубчатые колеса, маховики, крыльчатки, рабочие колеса насосов и т.п.).

Образующаяся при вращении такой детали центробежная сила Q (Н) определяется по формуле

Q =mω 2 ρ,

где m — масса тела, кг; ω — угловая скорость вращения тела, рад/с; ρ — расстояние от оси вращения до центра массы, м.

На практике обычно принимается, что указанная центробежная сила не должна превышать 4—5 % веса детали.

Неуравновешенность рассматриваемого вида можно обнаружить, не приводя объект во вращение, поэтому она называется статической.

Рис. 6.52. Виды неуравновешенности вращающегося тела: а — статическая; б — динамическая; в — общий случай неуравновешенности

Динамическая неуравновешенность возникает, когда при вращении детали образуются две равные противоположно направленные центробежные силы Q, лежащие в плоскости, проходящей через ось вращения (рис. 6.52, б). Создаваемый ими момент пары сил М (Н) определяется уравнением

М =mω 2 ρa,

где а — расстояние между направлениями действия сил, м.

Динамическая неуравновешенность проявляется при вращении относительно длинных тел, например роторов электрических машин, валов с несколькими установленными зубчатыми колесами и т.п. Она может возникать даже при отсутствии статической неуравновешенности.

Общий случай неуравновешенности, также присущий длинным объектам, характеризуется тем, что на вращающийся объект одновременно действуют приведенная пара центробежных сил S—S (рис. 6.52, в) и приведенная центробежная сила Т. Эти силы можно привести к двум действующим в различных плоскостях силам Р и Q, расположенных, например, для удобства измерения в его опорах. Значения этих сил определяются по формулам:

Р =m 1 ρ 1 ω 2 ;

Q= m 2 ρ 2 ω 2

При вращении детали, кроме реакций от действующих на нее внешних сил, возникают также реакции от неуравновешенных сил Р и Q, что повышает нагрузку на подшипники и сокращает срок их службы.

Для уменьшения неуравновешенности до допустимых значений применяют балансировку вращающихся деталей и узлов, которая включает определение величины и угла дисбаланса и корректировку массы балансируемого изделия путем ее уменьшения или прибавления в определенных местах. В зависимости от вида неуравновешенности различают статическую или динамическую балансировку.

Статическая балансировка

Статической балансировкой достигается совмещение центра массы (центра тяжести объекта) с осью его вращения. Наличие неуравновешенности (дисбаланса) и место ее расположения определяют с помощью специальных устройств двух типов. На устройствах первого типа она определяется без сообщения вращения детали за счет уравновешивания ее дисбаланса, а на устройствах второго типа (балансировочных станках) — путем измерения центробежной силы, создаваемой неуравновешенной массой, поэтому вращение детали обязательно.

В машиностроении обычно применяются, как более простые, устройства первого типа: с двумя горизонтально установленными параллельными призмами (рис. 6.53, а) или двумя парами установленных на подшипниках качения дисков (рис. 6.53, 6), а также балансировочные весы (рис. 6.56). В первых двух случаях (см. рис. 6.53) балансируемую деталь 1 плотно насаживают на оправку 2 или закрепляют концентрично с ней, обычно с помощью раздвижных конусов. Оправку устанавливают на расположенные горизонтально призмы 3 или диски 4.

Метод выявления неуравновешенности зависит от величины дисбаланса. Если крутящий момент, создаваемый неуравновешенной массой относительно оси оправки, превышает момент сопротивления сил трения качению оправки по призмам (случай с явно выраженной неуравновешенностью), то деталь вместе с оправкой будет перекатываться по призмам, пока центр тяжести детали не займет нижнее положение. Закрепив груз массой m на диаметрально противоположной стороне детали, можно ее уравновесить. Для этого также в детали сверлят отверстия, которые заполняют более плотным материалом, например, свинцом. Обычно же уравновешивание обеспечивается удалением части металла с утяжеленной стороны детали (сверлением отверстий на определенную глубину, фрезерованием, спиливанием и т.п.).

Рис. 6.53. Схемы устройств для статической балансировки с призмами (а) и дисками (б); 1 — балансируемый объект; 2 — оправка; 3 — призма; 4 — диск

В обоих случаях для выполнения балансировки детали требуется знать удаляемую или добавляемую к ней массу металла. Для этого деталь с оправкой устанавливают на призмах так, чтобы центр их тяжести располагался и плоскости, проходящей через ось оправки. В диаметрально противоположной точке детали прикрепляют такой груз Q, при котором неуравновешенная масса m может повернуть диск на небольшой (около 10°) угол. Затем оправку с деталью поворачивают в том же направлении на 180° так, чтобы центры приложения груза Q и массы m находились снова в одной горизонтальной плоскости. Если отпустить диск в этом положении, то он повернется в обратном направлении на угол α. Возле груза Q прикрепляют такой добавочный груз q (магнитный или липкий), который воспрепятствовал бы указанному повороту оправки 2 и мог обеспечить ее поворот на такой же малый угол в противоположном направлении.

Зная массы Q и q, определяют искомую массу уравновешивающего груза Q 0 :

Q 0 = Q + q/2.

Для обеспечения балансировки такую массу металла следует добавить к детали в точке приложения груза Q или удалить с детали в диаметрально противоположной точке. Если требуется изменить расчетную массу уравновешивающего груза или точку ее приложения, то пользуются соотношением

Q 0 = Q 1 R,

где г — радиус положения расчетного уравновешивающего груза Q 0 ; Q 1 — масса постоянного уравновешивающего груза; R — расстояние от оси оправки до точки его приложения.

Возможен также случай скрытой статической неуравновешенности, когда момент, создаваемый неуравновешенной массой детали, недостаточен для преодоления момента трения качения между оправкой и призмами, и оправка с деталью при установке на призмы или диски остаются неподвижными.

В этом случае для определения неуравновешенности деталь размечают по окружности на 8—12 равных частей, которые отмечают соответствующими точками, как показано на рис. 6.54. При сложности или невозможности разметки балансируемой детали применяют специальный диск с делениями, который закрепляют неподвижно на конце оправки.

Затем перекатывают оправку с деталью по призмам в направлении, указанном стрелкой, и поочередно совмещают размеченные точки с горизонтальной плоскостью, проходящей через ось вращения оправки. Для каждого из этих положений детали подбирают груз q, который устанавливают на расстоянии г от оси оправки. Под действием этого груза оправка с деталью должна поворачиваться примерно на одинаковый угол (около 10°) в направлении перекатывания по призмам. Положение, для которого величина этого груза минимальна, например 4, определяет плоскость расположения центра неуравновешенной массы G.

Рис. 6.54. Схема определения скрытой неуравновешенности на начальном (а) и завершающем (б) этапах

Затем груз q снимают, и оправку поворачивают на 180° в направлении, указанном на рис. 6.54 стрелкой. В точке 8 на том же расстоянии от оси вращения оправки закрепляют такой груз Q (рис. 6.54, б), который обеспечивает поворот в том же направлении и на такой же угол. Масса Q 0 материала, удаляемого в точке 4 или добавляемого в точке 8 для балансировки детали, определяется из условия ее равновесия:

Q 0 =Gp/r=(Q-g)/2.

При выборе типа устройства следует учитывать, что его чувствительность тем выше, чем меньше сила трения между оправкой и опорами, поэтому более точными являются устройства с балансировочными дисками (см. рис. 6.53, б). Преимуществом этих устройств являются также менее жесткие требования к точности их установки по сравнению с призмами и более удобные и безопасные условия труда, так как при расположении оправки между двумя парами дисков исключается возможность ее падения с балансируемой деталью. Для уменьшения трения в опорах с дисками применяют наложение на них вибраций. Соприкасающиеся поверхности оправки и призм или дисков должны быть точно изготовлены и содержаться в идеальном состоянии. На них не допускаются забоины, следы коррозии и др. дефекты, снижающие чувствительность устройства.

Для ее повышения применяют также балансировочные устройства с аэростатическими опорами (рис. 6.55). В этом случае оправка с изделием находятся во взвешенном состоянии за счет того, что в опору 1 по каналам 2 и 4 подается под определенным давлением сжатый воздух.

Высокую производительность и точность определения неуравновешенности некоторых деталей обеспечивают балансировочные весы (рис. 6.56). Для ряда типов деталей они являются более эффективными по сравнению с призматическими и роликовыми устройствами, так как позволяют непосредственно определять неуравновешенную массу и место ее расположения в детали.

Рис. 6.55. Схема стенда для статической балансировки на воздушной подушке: 1 — опора стенда; 2, 4 — каналы для подвода сжатого воздуха; 3 — оправка

Рис. 6.56. Схема балансировочных весов для небольших (а) и крупногабаритных (6) деталей: 1 — уравновешивающие грузы; 2 — коромысло; 3 — балансируемая деталь

Оправку с закрепленной на ней балансируемой деталью 3 (рис. 6.56, а) устанавливают на правом конце коромысла 2 весов. На левом конце коромысла подвешивают уравновешивающие грузы 1. Если центр тяжести проверяемой детали смещен относительно оси ее вращения, то при различных положениях детали показания весов будут неодинаковыми. Так, при положении центра тяжести детали в точках S1 или S3 (pиc. 6.56, а) весы покажут фактическую массу проверяемой детали. При положении центра тяжести в точке S2 их показания максимальны, а при положении центра тяжести в точке S4 — минимальны. Для определения положения центра тяжести детали показания весов фиксируют, периодически поворачивая ее вокруг своей оси на определенный угол, например, равный 30°.

Дисбаланс изделий типа дисков большого диаметра удобно определять на специальных весах (рис. 6.56, б). Они имеют две расположенные во взаимно перпендикулярных направлениях стрелки и приводятся в уравновешенное (горизонтальное) состояние с помощью грузов, расположенных диаметрально противоположно стрелкам.

Балансируемую деталь устанавливают с помощью специального приспособления на весах так, чтобы ее ось проходила через вершину опоры весов, выполненной в виде конического острия и соответствующего углубления в основании. При наличии у детали дисбаланса весы с деталью отклоняются от горизонтального положения. Перемещая по детали уравновешивающий груз, весы приводят в исходное (горизонтально) положение, контролируя его с помощью стрелок. По массе и положению уравновешивающего груза определяют величину и место нахождения дисбаланса.

Устройства второго типа для статической балансировки основаны на принципе регистрации центробежной силы, возникающей при вращении неотбалансированной детали. Они представляют собой специальные балансировочные станки, схема одного из которых приведена на рис. 6.57. Станок позволяет не только устанавливать наличие дисбаланса, но и устранять его сверлением отверстий.

Балансируемая деталь 1 устанавливается концентрично и закрепляется на столе 9, снабженном угловой шкалой. Двигатель 7 сообщает столу с деталью вращение с угловой частотой ω, поэтому при наличии у детали дисбаланса а возникает центробежная сила, под действием которой и реакции пружин 8 система получает колебательные движения относительно опоры 6. Последние фиксируются измерительным преобразователем (ИП), связанным со счетно-логическим устройством (СЛУ).

В момент максимального отклонения системы вправо СЛУ включает стробоскопическую лампу 4, освещающую угловую шкалу на столе 9, и передает на индикаторное устройство 5 сигнал, пропорциональный дисбалансу. Устройство 5, которое может быть стрелочного или цифрового типа, показывает значение требуемой глубины сверления.

Оператор фиксирует высвечиваемое на экране 3 угловое расположение дисбаланса. После остановки стол поворачивают вручную на требуемый угол и сверлом 2 в детали 1 сверлят отверстие на расстоянии г от оси вращения на глубину, необходимую для обеспечения балансировки детали. Существуют также балансировочные станки, на которых поворот диска в требуемую точку (или несколько точек) для выполнения сверления и процесс сверления выполняются в автоматическом режиме.

Рис. 6.57. Схема станка для статической балансировки: 1 — балансируемая деталь; 2 — сверло; 3 — экран; 4 — стробоскопическая лампа; 5 — индикаторное устройство; 6 — шарнирная опора; 7 — электродвигатель; 8 — пружина; 9 — стол; ИП — измерительный преобразователь; СЛУ — счетно-логическое устройство

Точность статической балансировки характеризуется величиной е 0 ω р , где е 0 — остаточный удельный дисбаланс; ω р - максимальная рабочая частота вращения детали при эксплуатации.

Балансировка на призмах (см. рис. 6.53, а) обеспечивает е 0 = 20—80 мкм, на дисковых опорах (см. рис. 6.53, б) е 0 = 15—25 мкм, в аэростатических опорах (см. рис. 6.55) — е 0 = 3—8 мкм, на станке по рис. 6.57 — е 0 = 1—3 мкм. Международным стандартом МС 1940 предусмотрено 11 классов точности балансировки.

Динамическая балансировка

Статическая балансировка недостаточна для устранения дисбаланса у длинных объектов, когда неуравновешенная масса распределена вдоль оси вращения и не может быть приведена к одному центру. Такие тела подвергаются динамической балансировке.

У динамически отбалансированной детали сумма моментов центробежных сил масс, вращающихся относительно оси детали, равна нулю. Поэтому динамической балансировкой достигают совпадения оси вращения детали с главной осью инерции данной системы.

Если динамически неуравновешенное тело установить на податливые опоры, то при его вращении они совершают колебательные движения, амплитуда которых пропорциональна значению действующих на опоры неуравновешенных центробежных сил Р и Q (рис. 6.58). Способы динамической балансировки основаны на измерении колебаний опор.

Динамическую балансировку каждого конца детали обычно выполняют отдельно. Сначала, например, опору Ι (см. рис. 6.58) оставляют подвижной, а противоположную опору II закрепляют. Поэтому вращающийся объект в этом случае совершает колебательные движения в пределах угла α относительно опоры II только под действием силы Р.

Для повышения точности определения дисбаланса детали амплитуду колебаний опор измеряют при частоте ее вращения, совпадающей с частотой собственных колебаний балансировочной системы, т.е. в условиях резонанса. При динамической балансировке определяют массу и положение грузов, которые следует добавить к детали или удалить с нее. С этой целью применяют специальные балансировочные станки различных моделей в зависимости от массы уравновешиваемых деталей. Балансировка свободного конца детали заключается в определении значения и направления силы Р и устранения ее вредного влияния установкой в определенном месте уравновешивающего груза или удалением определенного количества материала. Затем закрепляют опору Ι, а опору II освобождают и аналогично выполняют балансировку детали со второго конца. Для упрощения конструкции станка подвижной делают обычно одну опору, а возможность балансировки детали с двух концов обеспечивается ее переустановкой на 180°.

Рис. 6.58. Схема колебаний детали при динамической балансировке

На этом принципе основана схема станка (рис. 6.59) для динамической балансировки, аналогичного рассмотренному выше (см. рис. 6.57).

Рис. 6.59. Схема станка для динамической балансировки: 1 — балансируемая деталь; 2 — угловая шкала; 3 — экран; 4 — стробоскопическая лампа; 5 — индикаторное устройство; 6 — пружина; 7 — основание; 8 — опора; 9 — электродвигатель; 10 — электромагнитная муфта; ИП — измерительный преобразователь; СЛУ — счетно-логическое устройство

Устройства ИП, СЛУ, 5,4,3 и угловая шкала 2 имеют то же назначение, что и аналогичные элементы в станке по рис. 6.57.

Балансируемую деталь 1 устанавливают на опоры основания 7, которое может совершать под действием пары сил инерции Q 1 Q 2 и реакции пружины 6 колебания относительно оси 8. Деталь приводится во вращение двигателем 9 через электромагнитную муфту 10, с угловой скоростью ω, несколько большей, чем резонансная частота собственных колебаний системы.

После проведения балансировки детали в плоскости bb ее поворачивают на 180° для проведения балансировки в плоскости аа. О качестве динамической балансировки судят по амплитуде вибрации, допускаемое значение которой указывается в технической документации. Оно зависит от частоты вращения отбалансированной детали и при частоте вращения 1000 мин -1 составляет 0,1 мм, а при 3000 мин -1 — 0,05 мм.

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».