Балансировка зубчатых колес. Отличие статической и динамической балансировки деталей, их назначение

Отремонтированный агрегат считается уравновешенным, если при его работе равнодействующая всех сил, действующих на опоры агрегата, остается постоянной по величине и направлению.

Динамические нагрузки на опоры работающего агрегата обусловлены силами инерции деталей, которые движутся поступательно или вращаются. Агрегат будет уравновешенным в том случае, если он собран из одноименных деталей, движущихся поступательно, одинаковой массы и вращающихся деталей, прошедших балансировку.

Движущиеся детали изменяют свою массу или становятся при эксплуатации неуравновешенными в результате накопления загрязнений на их поверхностях, неравномерного изнашивания и деформирования. Это приводит к дополнительным нагрузкам в кинематических парах и накоплению усталостных повреждений в шейках валов, что в свою очередь снижает долговечность агрегатов.

Детали балансируют во время их восстановления (коленчатые валы, маховики и др.), а сборочные единицы (сцепления, коленчатые валы в сборе с маховиками и сцеплениями и др.) - после узловой сборки.

Балансировка - это уравновешивание сил инерции частей вращающегося изделия совмещением его центра масс, осей инерции и вращения путем снятия лишнего металла или установки противовесов.

При балансировке вращающихся изделий добиваются, чтобы нагрузки на их опоры от сил инерции были равны нулю. Вращающееся изделие полностью уравновешено при условиях

где М - масса изделия, г; r s - расстояние от центра масс изделия до его оси вращения, см; J { - центробежный момент инерции изделия, г-см 2 ; m jy г - и l j - масса (г) элемента изделия, расстояние (см) от центра его масс до оси вращения изделия и плечо (см) действия силы инерции элемента относительно оси, проходящей через центр масс изделия, соответственно; i = = 1... к - число элементов изделия.

Считают, что изделие уравновешено статически, если выполняется первое условие, и уравновешено динамически, если выполняется второе условие. В реальных условиях различают статическую, динамическую и смешанную неуравновешенность вращающихся деталей или сборочных единиц.

Статическая неуравновешенность (рис. 2.57, а) наблюдается у деталей типа дисков с малой длиной (маховиков, нажимных и ведомых дисков сцеплений, чугунных шкивов и др.), у которых возможна неуравновешенная сила инерции. Мерой статической неуравновешенности служит дисбаланс, направление которого совпадает с неуравновешенной силой инерции, а значение равно произведению Mr s (г-см). Способы статической балансировки состоят в совмещении центра масс детали с осью ее вращения путем снятия излишнего металла или установки противовеса. При этом определяют направление дисбаланса, затем на этом направлении на

Рис. 2.57. а - статическая; б - динамическая; в - смешанная

поверхности изделия снимают излишний металл по одну сторону с неуравновешенной массой от оси вращения или добавляют металл, если неуравновешенная масса находится по другую сторону от оси вращения детали. Массу т (г) снимаемого (добавляемого) металла определяют по формуле

где R - расстояние от оси вращения до центра массы снимаемого (добавляемого) металла, см.

Поверхность, с которой снимают металл или закрепляют противовес, должна быть наибольшего радиуса, поскольку в этом случае масса снимаемого (добавляемого) материала минимальная.

Балансировку ведут на роликах, горизонтальных призмах, качающихся дисках и на станках.

Устройства для статической балансировки деталей на роликах и горизонтальных призмах приведены на рис. 2.58, а, б. Деталь 1 устанавливают без зазора на оправку 2, которую в свою очередь устанавливают на ролики или призмы. Неуравновешенная деталь под действием силы тяжести провернется вокруг своей оси, при этом ее «тяжелая» часть окажется внизу. Балансировка на призмах дает более точные результаты, однако в этом случае требуется, чтобы их рабочие поверхности располагались горизонтально. Эти устройства показывают только направления дисбаланса, определение его значения затруднено и требует практического навыка.

Рис. 2.58. а - на роликах: 1 - деталь; 2 - оправка; 3 - ролики; б- на призмах: 1 - деталь; 2 - оправка; 3 - призмы; в - на качающемся диске: 1 - стрелка; 2 - деталь; 3 - острие; 4 - опора

Устройство для статической балансировки деталей на качающемся диске (рис. 2.58, в) лишено приведенного недостатка. Его статически отбалансированный диск имеет опоры (цилиндрическую поверхность и плоскость) для балансируемой детали. Соосно цилиндрической поверхности установлено острие 3, которое соприкасается с ответным коническим углублением опоры 4. Две стрелки 1 диска расположены во взаимно перпендикулярных направлениях. Деталь устанавливают на диск и ориентируют центрирующим пояском. Если диск с деталью под действием силы тяжести наклонились, то их приводят в горизонтальное положение путем перемещения по поверхности детали компенсирующего груза. Место нахождения груза и его масса показывают направление и величину дисбаланса.

Статическую балансировку изделий (маховиков, нажимных и ведомых дисков сцеплений, сцеплений в сборе и др.) в динамическом режиме (при их принудительном вращении) выполняют на станке модели 9765. Этот вид балансировки более точный, чем ранее рассмотренные.

Динамическая б) у статически уравновешенного изделия (центр масс находится на оси вращения) возникает в том случае, если имеются две неуравновешенные массы т, которые расположены по разные стороны от оси вращения на расстоянии г. Во время вращения изделия возникает момент S от двух равных сил инерции Р на плече /. Момент S вызывает переменные по направлению нагрузки на опоры изделия при его вращении. Динамическую неуравновешенность устраняют снятием или добавлением двух равных масс в плоскости действия момента S, чтобы появился новый момент, уравновешивающий начальный. Этот вид неуравновешенности выявляют при принудительном вращении изделия. Динамическая неуравновешенность измеряется в ньютон-квадратный метр (Н м 2).

Смешанная неуравновешенность (см. рис. 2.57, в) наиболее часто встречается в реальных условиях, когда имеются неуравновешенные сила инерции и момент от двух равных сил инерции. Этот вид неуравновешенности характерен для длинных деталей или сборочных единиц типа валов (Н м).

Система любого числа неуравновешенных сил инерции сводится к двум силам, которые расположены в двух произвольно выбранных перпендикулярно оси детали плоскостях, удобных для уравновешивания. Такие плоскости называют плоскостями коррекции. Например, у коленчатого вала эти плоскости проходят через крайние противовесы.

Пусть имеется ряд сил, в том числе Р 1 и Р 2 от неуравновешенных масс и т 2 - Заменим центробежные силы Р х и Р 2 их составляющими Р и Р" и Р" 2 и Р 2 в плоскостях коррекции, расположенных друг от друга на расстоянии /. Сложим эти составляющие в каждой плоскости по правилу параллелограмма и получим равнодействующие и Т 2 . В точке приложения силы Т { приложим две равные между собой, но противоположно направленные силы Т 2 . В результате получаем две неуравновешенные силы Т 2 и Q в плоскостях коррекции. Сила Q является векторной суммой сил Т { и Т 2 . Момент Т 2 1 определяет динамическую неуравновешенность, а сила Q - статическую. Полное уравновешивание изделия достигается установкой противовесов т ъ и т 4 в плоскостях коррекции на линиях действия сил Т 2 и Ту

Направление (угол) и значение дисбаланса в каждой плоскости коррекции вала определяют на балансировочных станках моделей, например, БМ-4У, КИ-4274, МС-9716 или фирмы Schenk (Германия). На станках балансируют сборочные единицы (коленчатые валы с маховиками, карданные валы и др.), вращающиеся при работе агрегата в двух и более опорах.

Принцип действия балансировочного станка (рис. 2.59) заключается в следующем. Изделие устанавливают на упругие опоры (люльки) 1 и приводят во вращение с частотой 720... 1100 мин -1 от электродвигателя 6. Под действием центробежных сил инерции опоры с изделием будут колебаться вдоль горизонтальной оси. С перемещающимися опорами заодно движутся и обмотки датчиков перемещений 2, находящиеся

Рис. 2.59.

1 - опоры (люльки); 2 - датчик перемещений; 3 - блок усиления; 4 - миллиамперметр; 5 - лампа стробоскопа; 6 - электродвигатель; 7 - лимб стробоскопа; 8 - маховик

в магнитном поле постоянных магнитов. В каждой обмотке наводится ЭДС, значение которой пропорционально амплитуде колебаний. Сигнал от датчика поступает в блок усиления 3 и в измененном виде фиксируется миллиамперметром 4, шкала которого составлена в единицах дисбаланса (г см). Сигнал об угле поворота шпинделя, при котором опора переместилась на максимальное расстояние, поступает на малоинерционную лампу 5 стробоскопа, вспышка которой освещает небольшой участок обода вращающегося лимба 7 с угловыми делениями от 0 до 360°. Рабочий воспринимает лимб остановленным с неподвижными цифрами. Значение и направление дисбаланса изделия поочередно определяют на каждой из двух опор станка.

После каждого определения направления и значения дисбаланса останавливают станок. При отключенном электродвигателе люльки запираются электромагнитами. Затем вращением изделия рукой за маховик 8 устанавливают его в нужное угловое положение. С помощью радиально-сверлильного станка или электрической дрели высверливают лишний металл необходимой массы в плоскости коррекции. Длина сверления пропорциональна показаниям миллиамперметра.

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.

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.

Для уравновешивания любой вращающейся детали необходимо, чтобы ее центр тяжести лежал на оси вращения, а центробежные моменты инерции были равны нулю. Несовпадение центра тяжести детали с осью вращения принято называть статической неурав­новешенностью, а неравенство нулю центробежных моментов инерции - динамической неуравновешенностью.

4.1 Статическая балансировка деталей

Статическая неуравновешенность легко обнаруживается при ус­тановке детали опорными шейками на параллели или ролики. Обычно статической балансировке подвергаются детали, у которых диаметральные размеры намного превышают длину по оси враще­ния (маховики, диски, шкивы, рабочие колеса и т.п.), так как в этом случае динамической составляющей можно пренебречь.

При статической балансировке установкой пробных грузиков определяют места и величину дисбаланса. Неуравновешенность устраняют удалением эквивалентного количества материала с де­тали или установкой корректирующих грузов. Излишний материал у массивных деталей (маховики) удаляют сверлением или фрезеро­ванием, а у тонкостенных (шкивы, диски, роторы) - эксцентриче­ским точением или шлифованием.

После устранения дисбаланса производят повторную (контроль­ную) балансировку. При превышении остаточного дисбаланса до­пустимой по техническим требованиям величины балансировку повторяют

4.2 Динамическая балансировка деталей

Динамической балансировке подвергают работающие при высоких скоростях вращающиеся детали или узлы в сборе, у кото­рых длина по оси вращения превышает диаметральные размеры (например, бильные барабаны зерноуборочных комбайнов или ко­ ленчатые валы двигателей).

Даже в статически уравновешенной детали может быть неравномерное распределение массы по длине относительно оси, что при значительной частоте вращения создает момент центробежных сил на плече L (см. рисунок 1) и, следовательно, дополнительные на­грузки на опоры и вибрацию.

Неуравновешенность выявляют на специальных балансировоч­ных машинах при вращении детали на рабочих скоростях и устра­няют, как и при статической балансировке, только в двух или более плоскостях коррекции, выбираемых в зависимости от конструкции детали.

Динамическая балансировка исключает необходимость выпол­нения балансировки статической.

Для выполнения динамической балансировки необходимы ус­тановки, обеспечивающие вращение детали, контроль действую­щих при этом на опоры центробежных сил неуравновешенных масс или моментов этих сил, а также выявление плоскости расположе­ния неуравновешенных масс.

Рисунок 1 Приведение действующих на ротор ротор, к двум плоскостям коррекции сил

Этим обстоятельством как раз и пользуются при динамиче­ской балансировке деталей. Для балансировки выбирают на детали две плоскости, перпендикулярные к оси вращения и удобные для установки уравновешивающих грузов или удаления части материа­ла детали - так называемые плоскости коррекции. Станок на­страивают так, чтобы можно было определить место и величину грузов, которые следует добавить (или удалить) в каждой из плос­костей для полного уравновешивания детали.

Динамическую неуравновешенность выявляют на баланси­ровочных машинах. В ремонтном производстве наибольшее рас­пространение получили электрические балансировочные машины с упругими опорами (см. рисунок 2).

Неуравновешенные массы детали вызывают механические колебания подвижных опор (1). С помощью датчиков (2) эти меха­нические колебания преобразуются в электрические. Причем на­пряжение электрического тока в датчике прямо пропорционально величине механического колебания опоры, т.е. неуравновешенно­сти. В измерительном устройстве (3) ток усиливается и прочитыва­ется на миллиамперметре (4) в виде показаний дисбаланса.

Рисунок 2 Схема машины для динамической балансировки коленчатых валов:

1 - подвижные опоры (люльки); 2 - датчик колебаний; 3 ­блок усиления и измерения; 4 - миллиамперметр; 5 - лампа стробо­скопа; 6 - электродвигатель; 7 - лимб стробоскопа; 8 - лимб отсчета угла поворота вала.

Угловое расположение неуравновешенных масс определяет­ся стробоскопическим устройством. Стробоскопическая лампа управляется напряжением датчика колебаний, причем каждый раз, когда вектор неуравновешенных масс проходит горизонтальную плоскость с лицевой стороны станка, лампа (5) вспыхивает и от­свечивает определенную цифру на лимбе стробоскопа (8). Из-за стробоскопического эффекта цифры на лимбе кажутся неподвиж­ными.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статическая балансировка рабоч их колес вращающихся механизмов

Каусов М.А.

Аннотация

Надежная и исправная работа вращающихся механизмов зависит от большого числа факторов, таких как: соосность валов агрегата; состояние подшипников, их смазка, посадка на валу и в корпусе; износ корпусов и уплотнений; зазоры в проточной части; выработка сальниковых втулок; радиальный бой и прогиб вала; дисбаланс рабочего колеса и ротора; подвеска трубопроводов; исправность обратных клапанов; состояние рам, фундаментов, анкерных болтов и многое другое. Очень часто упущенный небольшой дефект, как снежный ком тянет за собой другие, а в результате выход оборудования из строя. Только учитывая все факторы, точно своевременно диагностируя их, и соблюдая требования ТУ на ремонт вращающихся механизмов, можно добиться безотказной работы агрегатов, обеспечить заданные рабочие параметры, увеличить межремонтный ресурс, снизить уровень вибрации и шума. Планируется посвятить теме ремонта вращающихся механизмов ряд статей, в которых будут рассмотрены вопросы диагностики, технологии ремонта, модернизации конструкции, требованиям к отремонтированному оборудованию и рационализаторским предложениям по повышению качества и снижению трудоемкости ремонта.

В ремонте насосов, дымососов и вентиляторов трудно переоценить значение точной балансировки механизма. Как удивительно и радостно видеть некогда грохочущую и трясущуюся машину, которую усмирили и успокоили несколько граммов противовеса, заботливо установленные в "нужное место" умелыми руками и светлой головой. Невольно задумываешься о том, что значат граммы металла на радиусе колеса вентилятора и тысячах оборотов в минуту.

Так в чем же причина такой резкой перемены в поведении агрегата?

Дисбаланс

Попробуем представить себе, что вся масса ротора вместе с рабочим колесом сосредоточена в одной точке - центре масс (центре тяжести), но из-за неточности изготовления и неравномерности плотности материала (особенно для чугунных отливок) эта точка смещена на некоторое расстояние от оси вращения (Рисунок №1).

При работе агрегата возникают силы инерции - F, действующие на смещенный центр масс, пропорциональные массе ротора, смещению и квадрату угловой скорости. Они-то и создают переменные нагрузки на опоры R, прогиб ротора и вибрации, приводящие к преждевременному выходу агрегата из строя. Величина равная произведению расстояния от оси до центра масс на массу самого ротора - называется статическим дисбалансом и имеет размерность [г x см].

Статическая балансировка

Задачей статической балансировки является приведение центра масс ротора на ось вращения путем изменения распределения массы.

Наука о балансировке роторов объемна и разнообразна. Существуют способы статической балансировки, динамической балансировки роторов на станках и в собственных подшипниках. Балансируют самые различные ротора от гироскопов и шлифовальных кругов, до роторов турбин и судовых коленчатых валов. Создано множество приспособлений, станков и приборов с применением новейших разработок в области приборостроения и электроники для балансировки разных агрегатов. Что касается агрегатов, работающих в теплоэнергетике, то нормативной документацией по насосам, дымососам и вентиляторам предъявляются требования по статической балансировке рабочих колес и динамической балансировке роторов. Для рабочих колес применима статическая балансировка, т. к. при превышении диаметром колеса его ширины более чем в пять раз, остальные составляющие (моментная и динамическая) малы, и ими можно пренебречь.

Чтобы сбалансировать колесо нужно решить три задачи:

найти то самое "нужное место" - направление, на ко тором расположен центр тяжести;

определить, сколько "заветных грамм" противовеса необходимо и на каком радиусе их расположить;

уравновесить дисбаланс корректировкой массы рабочего колеса.

Приспособления для статической балансировки

Найти место дисбаланса помогают приспособления для статической балансировки. Их возможно изготовить самостоятельно они просты и недороги. Рассмотрим некоторые конструкции.

Простейшим устройством для статической балансировки являются ножи или призмы (Рисунок №2), установленные строго горизонтально и параллельно. Отклонение от горизонта в плоскостях параллельной и перпендикулярной оси колеса, не должно превышать 0,1 мм на 1 м. Средством проверки может служить уровень "Геологоразведка 0,01" или уровень соответствующей точности. Колесо одевается на оправку, имеющую опорные шлифованные шейки (в качестве оправки, можно использовать вал, заранее проверив его точность). Параметры призм из условий прочности и жесткости для колеса массой 100 кг и диаметром шейки оправки d = 80 мм составят: рабочая длинна L = p X d = 250 мм; ширина около 5 мм; высота 50 - 70 мм.

Шейки оправки и рабочие поверхности призм должны быть шлифованными для снижения трения. Призмы необходимо зафиксировать на жестком основании.

Если дать колесу возможность свободно перекатываться по ножам, то после остановки центр масс колеса займет положение не совпадающее с нижней точкой, из-за трения качения. При вращении колеса в противоположную сторону, после остановки оно займет другое положение. Среднее положение нижней точки соответствует истинному положению центра масс устройства (Рисунок №3) для статической балансировки. Они не требуют точной горизонтальной установки как ножи и на диски (ролики) можно устанавливать ротора с разными диаметрами цапф. Точность определения центра масс меньше из-за дополнительного трения в подшипниках качения роликов.

Применяются устройства для статической балансировки роторов в собственных подшипниках. Для снижения трения в них, которое определяет точность балансировки, применяют вибрацию основания или вращение наружных колец опорных подшипников в разные стороны.

Балансировочные весы.

Самым точным и в то же время сложным устройством статической балансировки являются балансировочные весы (Рисунок №4).

Конструкция весов для рабочих колес приведена на рисунке. Колесо устанавливают на оправку по оси шарнира, который может качаться в одной плоскости. При повороте колеса вокруг оси, в различных положениях его уравновешивают противовесом, по величине которого находят место и дисбаланс колеса.

Методы балансировки

Величину дисбаланса или количество граммов корректирующей массы определяют следующими способами:

методом подбора, когда установкой противовеса в точке противоположной центру масс добиваются равновесия колеса в любых положениях;

методом пробной массы - Мп, которую устанавливают под прямым углом к "тяжелой точке", при этом ротор совершит поворот на угол j. Корректирующую массу вычисляют по формуле

Мк = Мп ctg j

или определят по номограмме (Рисунок №5): через точку, соответствующую пробной массе на шкале Мп, и точку, соответствующую углу отклонения от вертикали j, проводят прямую, пересечение которой с осью Мк дает величину корректирующей массы.

В качестве пробной массы можно использовать магниты или пластилин.

Метод кругового обхода

Самым подробным и наиболее точным, но и наиболее трудоемким является метод кругового обхода. Он применим и для тяжелых колес, где большое трение мешает точно определить место дисбаланса. Поверхность ротора делят на двенадцать или более равных частей и последовательно в каждой точке подбирают пробную массу Мп, которая приводит ротор в движение. По полученным данным строят диаграмму (Рисунок №6) зависимости Мп от положения ротора. Максимум кривой соответствует "легкому" месту, куда необходимо установить корректирующую массу

Мк = (Мп max + Мп min)/2.

Способы устранения дисбаланса

После определения места и величины дисбаланса его необходимо устранить. Для вентиляторов и дымососов дисбаланс компенсируется противовесом, который устанавливается на внешней стороне диска рабочего колеса. Чаще всего для крепления груза используют электросварку. Этот же эффект достигается снятием металла в "тяжелом" месте на рабочих колесах насосов (по требованиям ТУ допускается снятие металла на глубину не более 1 мм в секторе не более 1800). При этом корректировку дисбаланса стараются проводить на максимальном радиусе, т. к. с увеличением расстояния от оси, возрастает влияние массы корректируемого металла на равновесие колеса.

Остаточный дисбаланс

После балансировки рабочего колеса из-за погрешностей измерений и неточности устройств сохраняется смещение центра масс, которое называется остаточным статическим дисбалансом. Для рабочих колес вращающихся механизмов нормативная документация задает допустимый остаточный дисбаланс. Например, для колеса сетевого насоса 1Д 1250 - 125 задается остаточный дисбаланс 175 г х см (ТУ 34 - 38 - 20289 - 85).

Сравнение методов балансировки на различных устройствах

Критерием сравнения точности балансировки может служить удельный остаточный дисбаланс. Он равен отношению остаточного дисбаланса к массе ротора (колеса) и измеряется в [мкм]. Удельные остаточные дисбалансы для различных методов статической и динамической балансировки сведены в таблицу №1.

Из всех устройств статической балансировки, весы дают самый точный результат, однако, это устройство самое сложное. Роликовое устройство, хотя и сложнее параллельных призм в изготовлении, но проще в эксплуатации и дает результат не многим хуже.

Основным недостатком статической балансировки является необходимость получения низкого коэффициента трения при больших нагрузках от веса рабочих колес. Повышение точности и эффективности балансировки насосов, дымососов и вентиляторов можно достичь методами динамической балансировки роторов на станках и в собственных подшипниках.

Применение статической балансировки

балансировка вибрация подшипник электродвигатель

Статическая балансировка рабочих колес эффективное средство снижения вибрации, нагрузки на подшипники и повышения долговечности машины. Но она не панацея от всех бед. В насосах типа "К" можно ограничиться статической балансировкой, а для роторов моноблочных насосов "КМ" требуется динамическая, т. к. там возникает взаимное влияние небалансов колеса и ротора электродвигателя. Необходима динамическая балансировка и для роторов электродвигателей, где масса распределена по длине ротора. Для роторов с двумя и более колесами, имеющих массивную соединительную полумуфту (например СЭ 1250 - 140), колеса и муфта балансируются отдельно, а затем ротор в сборе балансируют динамически. В отдельных случаях для обеспечения нормальной работы механизма необходима динамическая балансировка всего агрегата в собственных подшипниках.

Точная статическая балансировка - это необходимая, но иногда не достаточная основа надежной и долговечной работы агрегата.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Причины вибрации центробежных машин. Приспособления для проведения статической балансировки. Устранение неуравновешенности ротора (дисбаланса) относительно оси вращения. Определение и устранение скрытого дисбаланса. Расчет момента силы трения качения.

лабораторная работа , добавлен 12.12.2013


Балансировка ротора машин и балансировка гибких роторов как задача оценивания дисбалансов. Условие допустимости одной статической балансировки. Оценивание методом наименьших квадратов. Целевая функция метода наименьших квадратов и численные эксперименты.

дипломная работа , добавлен 18.07.2011


Анализ технологического процесса балансировки, обзор применяемого оборудования и выявление недостатков в работе. Разработка технологического процесса и устройства набора грузиков. Построение структурной и силовой схемы системы управления, выбор датчиков.

дипломная работа , добавлен 14.06.2011


Виды повреждений зубчатых колес и причины их возникновения. Типы поверхностных макроразрушений материала зубьев. Зависимость между твердостью рабочих поверхностей зубьев и характером их повреждений. Расчет нагрузочной способности зубчатых колес.

реферат , добавлен 17.01.2012


Расширение технологических возможностей методов обработки зубчатых колес. Методы обработки лезвийным инструментом. Преимущества зубчатых передач - точность параметров, качество рабочих поверхностей зубьев и механических свойств материала зубчатых колес.

курсовая работа , добавлен 23.02.2009


Характеристика и химический состав низколегированных и углеродистых сталей, применяемых для повышения долговечности рабочих органов машин. Свойства электродных материалов для наплавки. Технология электрошлаковой наплавки зубьев ковшей экскаваторов.

курсовая работа , добавлен 07.05.2014


Понятие и применение фрикционной передачи, ее конструкция, основные преимущества и недостатки, расчетная схема. Определение максимальной величины механического изнашивания на рабочих поверхностях колес открытой фрикционной цилиндрической передачи.

курсовая работа , добавлен 17.11.2010


Сведения о частотных характеристиках деталей. Расчет форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток ГТД, методы и средства их измерения. Конструкция и принцип работы устройств для их зажима при контроле ЧСК. Способы снижения вибрационных напряжений.

курсовая работа , добавлен 31.01.2011


Требования предъявляемые зубьям шестерен. Термическая обработка заготовок. Контроль качества цементованных деталей. Деформация зубчатых колес при термической обработке. Методы и средства контроля зубчатых колес. Поточная толкательная печь для цементации.

курсовая работа , добавлен 10.01.2016


Материал для изготовления зубчатых колес, их конструктивные и технологические особенности. Сущность химико-термической обработки зубчатых колес. Погрешности изготовления зубчатых колес. Технологический маршрут обработки цементируемого зубчатого колеса.