Балансировка деталей и сборочных единиц. Балансировка вращающихся деталей Статическая и динамическая балансировка деталей

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».

Ротор в целом может иметь неравномерное относительно оси вращения распределение металла по весу и его центр тяжести не будет расположен на этой оси, т.е. по весу ротор будет неуравновешен относительно оси вращения. Такая неуравновешенность ротора или его деталей называется небалансом .

При вращении ротора небаланс вызывает появление радиально направ­ленной возмущающей силы. Эта сила стремится вырвать вал вместе с укреп­ленной на нем деталью из подшипников. Возмущающая сила все время меняет свое направление, оставаясь радиальной, поэтому ее действие на подшипники переменно по направлению; такое действие неизбежно приводит к вибрации механизма.

Детали механизма при вибрации испытывают удары, толчки и перегруз­ку, что вызывает ускоренный общий износ, нарушение центрирования и креп­лений, а это в свою очередь еще более усиливает вибрацию.

Чтобы устранить возмущающую силу, ротор уравновешивают, т.е. устра­няют его небаланс. Операции по устранению небаланса называют балансиров­кой. Балансировать можно каждую деталь ротора в отдельности или весь ротор в целом; последний способ экономичнее и точнее.

Чтобы сбалансировать неуравновешенность ротора, нужно на том же рас­стоянии от оси (там где выявлен небаланс), но в диаметрально противополож­ном направлении наплавить (подвесить) груз необходимой для балансировки массы; после чего ротор окажется сбалансированным и никакой возмущаю­щей силы при его вращении возникать не будет.

Величину и расположение небаланса находят при выполнении различных видов балансировок.

Различают статическую и динамическую балансировки ротора:

1. Статической балансировка называется потому, что для выявления и устранения небаланса не требуется вращения ротора; уравновеши­вания достигают, когда ротор находится в состоянии покоя.

2. Динамическая неуравновешенность наблюдается тогда, когда не­уравновешенные массы ротора дают две возмущающие силы, оди­наковые по величине, но противоположно направленные и распо­ложенные на разных концах. При этом может оказаться, что общий центр тяжести ротора расположен на оси вращения, т.е. статически ротор уравновешен. Такую неуравновешенность можно выявить только при вращении ротора, так как общий центр тяжести ротора расположен на его оси, и только при вращении обе неуравновешен­ные массы образуют пару возмущающих сил переменного направ­ления. Следовательно, статически отбалансированный ротор в не­которых случаях может иметь динамическую неуравновешенность. Операция по выявлению и устранению динамического небаланса называется динамической балансировкой .

Монтаж дымососов

Дымососы (Д) предназначены для отсасывания дымовых газов из топки котла и выброса их под напором через дымовую трубу в атмосферу.

Дымососы бывают центробежного (1) и осевого (2) типа.

1. Для котлов паропроизводительностью 420-640 т/ч применяются дымо­сосы центробежного типа двухстороннего всасывания типа: Д-25х2Ш и Д 21,5x2.

Эти дымососы состоят из следующих основных узлов:

Подшипников

Направляющих аппаратов и их привода

Монтаж дымососа начинают с приемки фундамента и установки на него электродвигателя.

Значительные размеры Д двухстороннего всасывания предопределяют их поставку на монтаж в разобранном виде. Поэтому первоначальной операцией по монтажу является сборка на сборочной площадке опорных конструкций Д (рам) и корпусов улиток с всасывающими карманами.

Монтаж Д начинается с установки опорной рамы, которая крепится к фундаменту при помощи болтов. Рама устанавливается на металлических под­кладках, общая толщина которых может быть до 25-30 мм, при количестве подкладок в одном пакете не более трех.

Подкладки располагаются по обе стороны каждого фундаментного болта и регулируют высотные отметки, отклонение которых от проектных допускает­ся не более + - 6 мм.

На опорную раму устанавливаются подшипники Д, центровка которых производится по струне и отвесам.

После установки корпусов подшипников на фундамент устанавливается корпус Д, затем укладывается его ротор.

Вслед за установкой корпуса Д на его всасывающей стороне монтируют регулирующие шиберы. Предварительно шиберы проходят ревизию, в процессе которой проверяется плавность их открытия и закрытия.

Собранный Д опробуется на холостом ходу; при этом допускаются ради­альное и осевое биения рабочего колеса соответственно не более 3 и 6 мм.

2. В котельных установках паропроизводительностью 950 т/ч и более применяются осевые Д типа ДО - 31,5. Основными преимуществами этих Д (по сравнению с центробежными Д) является их компактность. Двухступенчатый осевой Д состоит из:

Всасывающего кармана

Корпуса

Направляющих аппаратов

Рабочих колес

Диффузора

Ходовой части

Маслонасосной станции с системой маслопроводов

Вентиляции для охлаждения

Всасывающий карман изготавливается их двух половин (верхней и ниж­ней), соединяемых на фланцах. Общая масса всасывающего кармана составля­ет около 7,5 т. Нижняя часть всасывающего кармана устанавливается на двух фундаментных опорах.

Корпус Д выполнен из трех частей, предназначенных для размещения:

i. направляющего аппарата и рабочего колеса I ступени;

ii. направляющего аппарата и рабочего колеса II ступени;

iii. спрямляющего аппарата.

Все части соединяются друг с другом на фланцах болтами.

Ходовая часть состоит из вала, двух подшипников и муфты, соединяю­щей вал Д с электродвигателем.

Подшипники Д - роликового типа, сферические, самоустанавливающие­ся, работающие на жидкой смазке, которая подается маслостанцией через сис­тему масляной смазки)(На два Д устанавливается одна маслостанция. Тепловая защита опорного подшипника, установленного в корпусе диффузора, осущест­вляется при помощи специального вентилятора и теплозвукоизоляционного по­крытия.

Монтаж Д начинают с установки опорных конструкций и приемки фун­дамента. Бетонная поверхность предварительно зачищается от неровностей и насекается в местах расположения фундаментных болтов и подкладок под опорные конструкции Д. Подкладки изготовляются из листовой стали шири­ной 100-200 мм и длиной, соответствующей ширине нижней плоскости опор­ной конструкции. Число подкладок не должно превышать трех в одном месте.

Технологическая последовательность монтажа ____ осевого дымососа ДО - 31,5

Оче­ред­ность	Узел	Основные работы
I	Нижняя часть корпуса	Установка на опорные конструкции. Уста­новка шпонок продольного упора. Выверка тепловых зазоров в узлах крепления опор.
	Опорно-упорный подшипник	Установка и закрепление на фундаментных опорных конструкциях опорно-упорного подшипника и ротора с соблюдением осе­вых зазоров.
	Электродвигатель	Установка на валы полумуфты. Установка рамы и электродвигателя.
	Узлы 1,2,3	Выверка главных осей и высотных отметок нижней части корпуса, ходовой части и электродвигателя.
	Ходовая часть	Прицентровка нижней части корпуса к ро­тору с соблюдением радиальных зазоров.
	Опоры корпуса дымососа	Заливка бетоном фундаментных болтов подставок корпуса.
	Помосты и лестницы	Установка на фундамент привода направ­ляющих аппаратов. Установка помостов и лестниц вокруг электродвигателя и корпуса дымососа.
		Снятие ротора дымососа. Установка под-
		ставок на фундамент. Смазка опорных по­верхностей подставок смесью солидола с графитом. Установка нижней части всасы­вающего кармана.
	Нижняя часть обтекателя (кока)	Установка нижней части обтекателя и нижней крышки защитного кожуха опорно­го подшипника. Установка ротора.
	Верхняя часть корпуса	Установка верхней части корпуса дымососа на асбестовых прокладках в горизонталь­ном разъеме. Установка верхней части об­текателя.
	Нижняя часть всасывающего кармана	Окончательная установка и крепление к корпусу нижней части всасывающего кар­мана.
	Защитные устройства	Монтаж защитного кожуха опорного под­шипника и сальникового уплотнения.
	Направляющие аппараты	Монтаж поворотных колец, рычагов, тяг и привода направляющих аппаратов.
	Диффузор	Установка трубы диффузора на временной опоре. Последовательный монтаж трех сек­ций диффузора. Установка распорных ре­бер между трубой и конусом диффузора.
	Вентилятор охлаждения	Монтаж вентилятора охлаждения и возду­хопровода.
	Верхняя часть всасывающего кармана	Монтаж верхней части всасывающего кар­мана, установка ограждения вала
	Валы дымососа и электродвигателя	Прицентровка и соединение валов дымосо­са и электродвигателя.

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 .

Неуравновешенность любой вращающейся детали тепловоза может возникнуть как в процессе эксплуатации вследствие неравномерного износа, изгиба, скопления загрязнений в каком-либо одном месте, при утере балансировочного груза, так и в процессе ремонта из-за неправильной обработки детали (смещения оси вращения) или неточной центровки валов. Для уравновешивания деталей их подвергают балансировке. Существуют два вида балансировки : статическая и динамическая .

Рис. 1. Схема статического уравновешивания деталей:

Т1 — масса неуравновешенной детали; Т2 — масса уравновешивающего груза;

L1, L2 — их расстояния от оси вращения.

Статическая балансировка . У неуравновешенной детали ее масса располагается несимметрично относительно оси вращения. Поэтому при статическом положении такой детали, т. е. когда она находится в покое, центр тяжести будет стремиться занять нижнее положение (рис.1). Для уравновешивания детали добавляют с диаметрально противоположной стороны груз массой Т2 с таким расчетом, чтобы его момент Т2L2 был равен моменту неуравновешенной массы Т1L1. При этом условии деталь будет находиться в равновесии при любом положении, так как центр тяжести ее будет лежать на оси вращения. Равновесие может быть достигнуто также путем удаления части металла детали высверловкой, спиливанием или фрезерованием со стороны неуравновешенной массы Т1. На чертежах деталей и в Правилах ремонта на балансировку деталей дается допуск, который называют дисбалансом (г/см).

Статической балансировке подвергают плоские детали, имеющие небольшое отношение длины к диаметру: зубчатое колесо тягового редуктора, крыльчатку вентилятора холодильника и т.п. Статическая балансировка ведется на горизонтально-параллельных призмах, цилиндрических стержнях или на роликовых опорах. Поверхности призм, стержней и роликов должны быть тщательно обработаны. Точность статической балансировки во многом зависит от состояния поверхностей этих деталей.

Динамическая балансировка . Динамической балансировке обычно подвергают детали, длина которых равна или больше их диаметра. На рис. 2 показан статически отбалансированный ротор, у которого масса Т уравновешена грузом массой М. Этот ротор при медленном вращении будет находиться в равновесии в любом положении. Однако при быстром его вращении возникнут две равные, но противоположно направленные центробежные силы F1 и F2. При этом образуется момент FJU который стремится повернуть ось ротора на некоторый угол вокруг его центра тяжести, т.е. наблюдается динамическое неравновесие ротора со всеми вытекающими отсюда последствиями (вибрация, неравномерный износ и т. п.). Момент этой пары сил может быть уравновешен только другой парой сил, действующей в той же плоскости и создающей равный противодействующий момент.

Для этого в нашем примере нужно приложить к ротору в той же плоскости (вертикальной) два груза массами Шх = т2 на равном расстоянии от оси вращения. Грузы и их расстояния от оси вращения подбирают так, чтобы центробежные силы от этих грузов создавали момент /уь противодействующий моменту FJi и уравновешивающий его. Чаще всего уравновешивающие грузы прикрепляют к торцовым плоскостям деталей или с этих плоскостей удаляют часть металла.

Рис. 2. Схема динамического уравновешивания деталей:

Т — масса ротора; М — масса уравновешивающего груза; F1,F2 — неуравновешенные, приведенные к плоскостям массы ротора; m1,m2 — уравновешенные, приведенные к плоскостям массы ротора; Р1 Р 2 — уравновешивающие центробежные силы;

При ремонте тепловозов динамической балансировке подвергают такие быстровращающиеся детали, как ротор турбокомпрессора, якорь тягового электродвигателя или другой электрической машины, рабочее колесо воздуходувки в сборе с приводной шестерней, вал водяного насоса в сборе с крыльчаткой и зубчатым колесом, карданные валы привода силовых механизмов.

Рис. 3. Схема балансировочного станка консольного типа:

1 — пружина; 2 — индикатор; 3 якорь; 4 — рама; 5 — опора станка; 6 — опора станины;

I, II — плоскости

Динамическое уравновешивание ведется на балансировочных станках. Принципиальная схема такого станка консольного типа показана на рис. 3. Балансировка, например, якоря тягового электродвигателя ведется в таком порядке. Якорь 3 укладывают на опоры качающейся рамы 4. Рама одной точкой упирается на опору станка 5, а другой на пружину 1. При вращении якоря неуравновешенная масса любого его участка (кроме масс, лежащих в плоскости II — II) вызывает качание рамы. Амплитуда колебания рамы фиксируется индикатором 2.

Чтобы уравновесить якорь в плоскости I — I, к его торцу со стороны коллектора (к нажимному конусу) прикрепляют поочередно различные по массе пробные грузы и добиваются прекращения колебания рамы или его уменьшения до допускаемой величины. Затем якорь переворачивают так, чтобы плоскость I— I проходила через неподвижную опору станины 6, и повторяют те же операции для плоскости II— II. В этом случае балансировочный груз прикрепляют к задней нажимной шайбе якоря.

После окончания всех работ по комплектованию детали подобранных комплектов маркируют (буквами или цифрами) согласно требованиям чертежей