Установка для статической балансировки роторов методом прямого измерения статического момента

 В  механизмах с переменными массами  действуют, как известно, кроме  активных, реактивных и кориолисовых  сил, еще так называемые вариационные  силы, возникающие при нестационарном  относительном движении масс в системе, и импульсивные силы, возникающие при отделении или при добавлении масс в кинематической цепи механизма.

 Исследованию  динамики таких механизмов с  переменными массами посвящены  работы Артоболевского И. И. , Бессонова  А. П. И др. 

 IV 

 Важным  вопросом, имеющим принципиальное  значение для балансировочной  техники, является вопрос о  нормах точности урановешивания  роторов, от которых, как известно, зависят: уровень вибраций машин  и приборов; качество технологических  процессов; степень вредного вибрационного воздействия на обслуживающий персонал; ресурс подшипников и другие характеристики.

 Один  только перечень этих фактов  показывает, что разработка классов,  классов точности балансировки  роторов является чрезвычайно  важной задачей для всех отраслей народного хозяйства.

 Как  известно, в наше стране введен  ряд стандартов и отраслевых  нормалей, в которых регламентированы  остаточные дисбалансы ля некоторых  категорий роторов. Они учитывают:  допустимый уровень вибраций, действующий  на человека, силы возникающие в машине от сил упругости, электромагнитных и др., а также первичные ошибки деталей, зависящие от принятой системы допусков и посадок, дисбалансы, возникающие при монтаже и во время эксплуатации машин, и воздействие внешней среды. Учет приведенных выше факторов в конкретных условиях всегда связан с необходимостью проведения исследований.

 В  настоящее время Комитет Стандартов  Совета Министров РФ утвердил  Государственный стандарт № 19534-74 “Балансировка тел вращения. Термины”  с введением его с 1.1.1975 г.

 Этот  стандарт, отражающий достигнутый  уровень балансировочной техники  как в нашей стране так и  за рубежом, безусловно будет  способствовать дальнейшему повышению  технического уровня работ по  уравновешиванию машин и приборов.

ЛИТЕРАТУРНО-ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР. 

  2.1 Методы и средства балансировки.

 Для  удобства сопоставления [1] балансировочного оборудования для статической балансировки целесообразно разделить его, в зависимости от характера перемещения оси ротора во время балансировочного процесса, на пять основных групп (табл. 1).

 Таблица  1

Классификация оборудования для статической балансировки 

продолжение таблицы 1

Условимся также обозначать оборудование (станки, стенды,

и т.д.) для статической балансировки, работающие в режиме статики, буквами СБС, а  оборудование, работающее в режиме динамики, буквами СБД. Далее к  обозначению вида оборудования будем приписывать порядковый номер группы оборудования в соответствии с разбивкой, приведенной выше.

 Каждая  группа оборудования делится,  в зависимости от конструктивных  особенностей, на типы, которые обозначаются  малыми буквами алфавита и приписываются к шифру, обозначающему данную группу. При таком обозначении полный шифр оборудования будет отражать вид, группу и тип оборудования, т.е. характеризовать данное балансировочное устройство по его основным свойствам.

 Заметим,  что пятая группа балансировочных устройств, работающих в режиме статики, перспективна для поплавковых приборов, для которых определение статической неуравновешенности может быть основано на положении оси ротора в пространстве, если ротор находится во взвешенном состоянии в соответствующей жидкости.

 Оборудование  для статической балансировки  в динамическом режиме охватывает 4 системы балансировочных машин,  в которые входят семь известных  типов оборудования, перечисленных  в табл.1.

 Наибольшее  применение на практике нашли балансировочные станки типа СБД-1а, СБД-4а, СБД-4б, СБД-4в и СБД-5а.

 Следует  заметить, что балансировочное оборудование, работающее в режиме динамики, в зависимости от величины  отношения частоты балансировки w к собственной частоте подвижной системы балансировочного устройства w₀ может работать в трех режимах:

 в  дорезонансном режиме при w /w₀ < 1;

 в  резонансном режиме при w /w₀ =1;

 в  зарезонансном режиме при w /w₀ > 1. 

Однако  зависимость между статической  неуравновешенностью ротора и перемещением подвижной части балансировочной машины определяется общими для трех режимов математическими зависимостями, частные значения которых находятся путем подстановки числовых значений, свойственных конкретному режиму. Поэтому введение этого признака в классификацию не вносит чего-либо нового. Следует заметить, что наряду со станками, работающими в динамическом режиме при непрерывном вращении ротора, сюда надо отнести устройства, в которых ротор находится в режиме угловых колебаний.

Практически наиболее распространенным режимом работы оборудования второго вида является зарезонансный режим, реже используется дорезонансный режим и в редких случаях резонансный режим. Область работы отдельных типов балансировочного оборудования второго вида показана на рис.1, где графически представлена зависимость амплитуды x колебаний подвижной системы станка от относительной скорости вращения ротора w /w₀.

Оборудование  первого вида, т.е. работающее в статическом  режиме, просто в эксплуатации, но требует  высокой квалификации оператора. Однако данный вид оборудования имеет ограниченную точность, так как оно должно удовлетворять двум противоречивым требованиям: опоры стенда должны воспринимать всю массу ротора и в то же время быть чувствительными к малым смещением центра массы ротора.

На стендах типа СБС-1 и СБС-4 при изменении неуравновешенности ротора обычно используют метод “обхода грузом” или метод “пробных грузов”, что не дает высокой производительности, а поэтому их применять в массовом производстве нецелесообразно. Измерение величины и угловой координаты неуравновешенности на балансировочных станках типа СБС-2 и СБС-3 выполняется более совершенным способом. В частности, на стендах типа СБС-2 величина и угловая координата неуравновешенности ротора прочитываются непосредственно по соответствующим шкалам. На стендах типа СБС-3 измерение параметров неуравновешенности ротора можно выполнять методом “обхода грузом”, но обычно предпочитают более прогрессивный метод “двух замеров”. Метод сводится к измерениям неуравновешенности ротора в двух взаимно перпендикулярных положениях непосредственно на стенде, с последующим определением суммарной неуравновешенности с помощью специального приспособления. Эти стенды иногда комплектуются устройством для удаления неуравновешенности, что значительно повышает производительность статической балансировки. Оборудование второго вида, т.е. работающего в динамическом режиме, используется в промышленности сравнительно недавно и является новым. Станки такого вида обладают повышенной точностью и производительностью. Часто процесс измерения и устранения неуравновешенности выполняется в одном агрегате. Измерение величины и угловой координаты статической неуравновешенности на балансировочных станках, работающих в динамическом режиме, осуществляется электрическим методом, путем измерения величины и фазы электрического сигнала, отражающего колебания подвижной системы станка при движении неуравновешенного ротора. Иногда величины и фазы электрических сигналов характеризуют реакции в опорах ротора при его движении на балансировочном станке. Для получения электрических сигналов пользуются электродинамическими или пьезоэлектрическими датчиками того или иного типа. В редких случаях для определения параметров неуравновешенности пользуются методами механики, т.е. измеряют амплитуды колебаний подвижной системы станка в момент резонанса.

 К  устройствам нашего вида относят  стенды, называемые балансировочными  весами типа СБС-3а и СБС-3б.  Стенды типа СБС-3 работают в  режиме статики, ось ротора  при балансировке перемещается  относительно неподвижной оси, поэтому они относятся к третьей группе первого вида балансировочных устройств для статического уравновновешивания. [1,т.2 с.511] Стенды типа СБС-3 получили в производстве довольно широкое распространение. В основном используются стенды типа СБС-3а, предназначенные для статической балансировки дискообразных роторов, имеющих посадочное базовое отверстие. Реже применяются стенды типа СБС-3б для роторов, имеющих собственные опорные шейки.

 В промышленности используются стенды типа СБС-3 различных конструкций, но в основе их лежит одна принципиальная схема - схема обычных неравноплечных рычажных весов, откуда и название стендов - балансировочные весы.

 Стенд  обычно снабжается приспособление  для арретирования подвижной  системы и жидкостным демпфером для ускорения гашения собственных колебаний подвижной системы.

 Демпфер  состоит из подвижной части  10, прикрепленной к вертикальному  валу коромысла, бака 11, залитого  маслом.

 Процесс  определения величины и положения  центра тяжести неуравновешенного  ротора на предварительно подготовленном стенде сводится к следующему.

 Устанавливают  на оправку балансируемый ротор  7, определяют величину неуравновешенности  ротора поворотом его на оправки  до максимального отклонения  левого плеча коромысла вниз  и уравновешивают грузом 8, добиваясь, чтобы Grs = G_y l, после этого отсчитывают величину неуравновешенности по шкале коромысла. Место противовеса при этом будет расположено в плоскости оси симметрии коромысла слева против неподвижного указателя. Отметив тяжелое место ротора и сняв его со станка, устраняют неуравновешенность. Если станок снабжен индикатором, то отсчет величины неуравновешенности производят тем же методом непосредственно по максимальному отклонению стрелки индикатора.

 Величину  и угловую координату неуравновешенности можно найти на основании измерения неуравновешенности по двум координатным осям x, y, т.е. Gr_x и Gr_y . Затем с помощью специального приспособления можно определить полную величину неуравновешенности, используя зависимость: