МЕТОДЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
«Саратовский государственный технический университет
Имени Гагарина Ю.А.»
Динамическая балансировка
Роторных систем
В машино- и приборостроении
Методические указания
к лабораторной и практической работам по курсам
"Автоматизированный контроль и диагностика"
"Технические средства автоматизации"
и "Автоматизированные испытания технологических систем"
для студентов направлений 15.03.02, 15.03.04
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов 2019
Цель данной работы – ознакомление с распространёнными вариантами методик динамической балансировки, а также принципом действия и конструкцией современных балансировочных машин.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Балансировка роторов и уравновешивание механизмов имеет в современном машино- и приборостроении исключительное по важности значение. Это объясняется тем, что от качества балансировки зависит не только общий уровень вибраций, шума и точность работы машин и приборов, но также их ресурс, надежность, качество технологических процессов, а во многих случаях и производительность. Балансировочная техника, если ее умело использовать, может способствовать экономии крупных материальных и трудовых ресурсов.
|
|
|
Балансировка роторов различных изделий требует комплексного решения ряда задач, по-разному влияющих на эффективность балансировки. При уравновешивании роторов, особенно изделий в сборе, возникают принципиальные трудности в их точной балансировке многообразия источников помех, нарушающих нормальную работу измерительных устройств. Существенной помехой, искажающей информацию о дисбалансе, является непостоянство частоты вращения ротора.
Современная техника предъявляет всё возрастающие требования к точности балансировки и определению массоцентровочных и инерционных характеристик жёстких межопорных роторов, в частности, главных моментов инерции, смещения центра масс, угла отклонения главной продольной центральной оси инерции ротора от оси вращения и других.
Мерой неуравновешенности тела является дисбаланс – векторная величина, равная произведению неуравновешенной массы на ее эксцентриситет. Дисбаланс полностью определяется значением и углом в системе координат, связанной с осью ротора. Процесс определения значения и угла дисбаланса ротора и уменьшения их величин корректировкой масс называют балансировкой ротора.
Роторы электрических машин разделяются на жёсткие и гибкие в зависимости от соотношения рабочей и критических частот вращения. Чёткой границы между ними нет, однако условно её принимают следующим образом: если 
, ротор относят к классу жёстких, в противном случае – к классу гибких роторов.
|
|
|
При вращении неуравновешенного вала возникающие центробежные силы оказывают переменные давления на опоры. Поскольку жесткость опор у реальных машин не бывает бесконечной, эти давления вызывают их вибрации.
Задача балансировки ротора состоит в том, чтобы достичь такого распределения корректирующих масс на роторе, при котором вибрации опор не будут превышать допускаемых норм во всем диапазоне частот вращения ротора (от нуля до рабочей частоты вращения).
Для жестких роторов сбалансированность, достигнутая при одной частоте вращения, сохраняется и для других частот вращения.
Иначе ведет себя гибкий ротор. Пусть, например, в его середине находится дисбаланс Mn. Если сбалансировать этот ротор при низкой частоте вращения, когда он ведет себя как жесткий (например, на балансировочном станке), а затем повысить его частоту вращения, то упругая линия вала будет иметь форму дуги. С корректирующими массами, установленными при низкой частоте вращения, ротор опять окажется несбалансированным. Из рассмотренного примера видно, что, размещая корректирующие массы в двух плоскостях, гибкий ротор можно сбалансировать только для одной частоты вращения. При иных частотах вращения он опять может оказаться неуравновешенным. В данной работе рассматриваются только жёсткие роторы, для которых скорость вращения при балансировке не имеет большого значения.
|
|
|
Типы балансировки
Балансировку разделяют на статическую и динамическую. Статическая балансировка производится без вращения ротора; с ее помощью уменьшается только статическая составляющая неуравновешенности.
Статическая балансировка осуществляется на параллельных стальных призмах (параллелях), закаленные поверхности которых должны быть тщательно отшлифованы. Установка на специальных подставках должна практически исключать прогиб нагруженных параллелей.
Ротор, установленный шейками на параллели, выводится из равновесия и предоставляется самому себе.
После нескольких колебаний он устанавливается "легким местом" вверху, которое отмечается (точка а) на вертикали, проходящей через ось ротора.
|
|
|
После этого подбирается такая корректирующая масса, установка которой в "легком месте" приводит к безразличному состоянию ротора в любом положении на параллелях.
Рис. 1. Статическая балансировка:
Рнб – сила веса неуравновешенной массы;
Рпр – сила веса пробной корректирующей массы
При наличии в роторе неуравновешенности двух видов статическая балансировка лишь облегчает последующую динамическую балансировку, которая является обязательной операцией. Динамическая балансировка производится при вращении ротора и позволяет уменьшить неуравновешенность всех видов.
При статической балансировке определяют и уменьшают главный вектор дисбалансов обычно в одной плоскости. Статическую неуравновешенность можно определить без вращения ротора с помощью силы тяжести. При этом статическая балансировка не позволяет выявить и устранить динамическую неуравновешенность ротора.
Однако в процессе эксплуатации для функционирования ротора с заданной точностью его ось вращения должна совпадать с его главной продольной центральной осью инерции. Решение этой задачи может быть выполнено только методом моментного уравновешивания ротора после его сборки. Динамическая балансировка уменьшает как главный вектор, так и момент дисбалансов ротора. Она требует вращения ротора и обязательно двух плоскостей коррекции. Для устранения действия нагрузок от массы тела балансировку ротора желательно выполнять при вертикальном положении оси вращения. Использование газостатических подшипников обеспечивает отсутствие механического контакта между поверхностью ротора и поверхностями подшипников и исключает износ поверхности ротора в процессе его балансировки (что может быть полезно, например, при балансировке роторов летательных аппаратов и в ряде других ответственных приложений).
Объект балансировки
Объект представляет собой тело вращения (жёсткий ротор) с двумя плоскостями коррекции. Например, шпиндель высокоточного металлорежущего станка, ротор (якорь) электродвигателя, турбина турбокомпрессора и элементы и узлы других роторных систем. В каждой плоскости имеются равномерно расположенные по окружности пазы либо резьбовые отверстия, угловые положения которых известны и связаны с системой координат ротора, для установки пробных (Mp) и балансировочных грузов (Md). В зависимости от типа ротора, балансировка может производиться путём крепления наборных грузов в специальной канавке либо стачиванием или высверливанием из корпуса ротора материала (противоположно "лёгкому месту").
МЕТОДЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ
Для проведения динамической балансировки ротора необходимо располагать не только аппаратурой, но и определенной методикой. Нельзя начинать балансировку машины, не имея заранее четкого представления о последовательности предстоящих операций или рассчитывая на то, что место установки нужной корректирующей массы удастся "нащупать" с помощью обхода. В настоящее время существует несколько различных методов балансировки, в которых вектор требуемой корректирующей массы находится расчетным путем на основании приращений вибраций от установки на ротор пробных корректирующих масс. Каждый из этих методов позволяет достигнуть требуемой сбалансированности ротора машины, однако между ними имеются существенные различия как в последовательности операций процесса балансировки, так и в объеме необходимых расчетов.
Существует много различных способов измерения значения и угла дисбаланса при динамической балансировке. Некоторые из них показаны на рис.2, где используются следующие измерительные устройства:
а) избирательный усилитель и стробоскоп;
б) избирательный усилитель или ваттметр и бесконтактный датчик опорного сигнала (фотодатчик);
в) ваттметр и генератор опорного сигнала;
г) токовихревые бесконтактные датчики.
а б
в г
Рис. 2. Способы измерения значения и угла дисбаланса
В измерительных устройствах, содержащих избирательный усилитель и стробоскоп (рис. 2 а), механические колебания преобразуются в электрические сигналы. В цепи разделения плоскостей коррекции из них выделяются сигналы, пропорциональные дисбалансам в каждой плоскости, которые поступают в избирательный усилитель. Отфильтрованные и усиленные сигналы поочередно поступают на индикатор дисбаланса и формирователь импульсов. По шкале индикатора находят значение дисбаланса ротора в данной плоскости коррекции.
Работа измерительного устройства с бесконтактным датчиком опорного сигнала показана на рис. 2 б. Отсчет значений и углов дисбалансов проводят непосредственно по шкалам индикаторов.
При ваттметрическом способе измерения значений и углов дисбалансов (рис. 2 в) на катушки ваттметра поступают сигналы из цепи разделения плоскостей коррекции и генератора опорного сигнала. Для определения значения дисбаланса поворачивают лимб, связанный со статором генератора, добиваясь максимальных показаний ваттметра. Это происходит при совпадении фаз опорного и измеряемого сигналов. На шкале индикатора дисбаланса указывается его значение.
Способ измерения значений и углов дисбалансов с помощью токовихревых датчиков применяют при высокочастотной балансировке. Предварительно отфильтрованные и усиленные сигналы с датчиков (рис. 2 г) поступают в запоминающее устройство. После проведения необходимого числа пусков ротора в цепи разделения плоскостей коррекции с помощью ЭВМ вычисляются значения и углы дисбалансов.
Балансировка методом обхода
Для ее осуществления сначала измеряют вибрацию при исходном пуске ротора. Затем при одной и той же балансировочной частоте вращения производят пуски ротора с установкой одной и той же пробной корректирующей массы в нескольких точках окружности на плоскости коррекции. Обычно при этом пробную корректирующую массу (Mp) переставляют через равные угловые промежутки (рис. 3 а), хотя принципиально последние могут быть и неодинаковы.
Рис. 3. Балансировка методом обхода пробной корректирующей массой:
а - разметка окружности на плоскости коррекции;
б - вибрация подшипника в зависимости
от положения пробной корректирующей массы: 1, 2, 3, ...- места установки
По результатам измерений строится график зависимости вибраций от углового положения корректирующей массы на роторе 
. Эта кривая имеет различную форму, зависящую от соотношения пробной корректирующей массы и исходного дисбаланса (рис. 3 б). На графике проводится прямая, параллельная оси абсцисс, соответствующая исходной вибрации 
.
Для определения массы дисбаланса используется приращение 
, равное разности наибольшего и исходного значений вибраций.
Требуемая корректирующая масса Md рассчитывается по формуле:
,
где Mp – пробная масса.
Угол установки этой корректирующей массы в плоскости коррекции 
соответствует наименьшей вибрации на графике.
Число точек при обходе плоскости коррекции может быть любым; чем их больше, тем точнее будет определен вектор Md, но придется делать больше пусков. Не следует принимать число пусков с пробной массой меньше шести.
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 561; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!