Что такое статическая и динамическая балансировка
Перейти к содержимому

Что такое статическая и динамическая балансировка

  • автор:

Статическая и динамическая балансировки двигателя

Одной из причин, вызывающих вибрацию судовых механизмов (турбомеханизмов, электромоторов), является неуравновешенность вращающихся деталей. При вращении неуравновешенных масс возникают возмущающие силы, которые стремятся нарушить состояние подвижного равновесия деталей механизма. Возмущающая сила равна центробежной силе неуравновешенной массы.

У вращающейся детали может быть одна или несколько неуравновешенных масс. В зависимости от их относительного расположения возможна статическая или динамическая неуравновешенность.

Статическая неуравновешенность возникает в том случае, если все неуравновешенные массы могут быть приведены к одной уравновешивающей. Статическую неуравновешенность можно определить статически, без вращения детали.

При динамической неуравновешенности все неуравновешенные массы детали (или узла) приводятся к двум статически уравновешенным массам, расположенным в одной осевой плоскости, но по разные стороны от оси вращения детали. Эти массы во время вращения вызывают равные центробежные силы, которые создают пару сил. Результатом ее действия является вибрация механизма. Динамическую неуравновешенность можно определить только по центробежным силам, возникающим при вращении детали с достаточной скоростью.

Статическую неуравновешенность выявляют и устраняют статической балансировкой, динамическую — динамической. Допустимая величина остаточной неуравновешенности в граммах указана (в зависимости от конструкции, массы и частоты вращения детали) в технических условиях на изготовление вращающейся детали (ротора турбины), ее используют при ремонте.

Статической балансировке обычно подвергают детали типа дисков (рабочие диски турбин, крылатки насосов и вентиляторов) и детали, работающие при небольшой частоте вращения (до 500 об/мин), динамической — детали, имеющие относительно большие осевые размеры и большую частоту вращения (роторы турбин).

Статическую балансировку производят на специальных станках. Основными деталями станков являются ножи (призмы), валики или подшипники качения, на которые устанавливают балансируемую деталь на оправке. Ножи (или валики) устанавливаются в одной горизонтальной плоскости параллельно друг другу.

Динамическую балансировку выполняют на специализированных станках, позволяющих определить величину и угол расположения дисбаланса посредством измерения амплитуды и фазы колебаний в результате вращения неуравновешенной детали.

При балансировке горизонтальные радиальные колебания подшипников (опор) детали с помощью связи и индукционных датчиков 4 превращаются в электрические напряжения, которые после усиления в усилителе поступают на счетчик дисбаланса. Счетчик дисбаланса представляет собой электродинамический ваттметр. Отсчет величины и угла дисбаланса ведут непосредственно по счетчику дисбаланса и угломеру. Угломер представляет собой диск, наружная цилиндрическая поверхность которого разбита на 360°.

Статическую балансировку деталей, работающих при частоте вращения до 1000 об/мин, производят в один этап, а деталей, работающих при большой частоте вращения, — в два этапа.

Pис. 1. Статическая баланси ровна деталей

Рис. 2. Схема станка для динамической балансировки

Рис. 3. Диаграмма для определения места и величины небаланса

На первом этапе деталь балансируют (уравновешивают) на ножах (или валиках) станка. Это достигают путем подбора и закрепления уравновешивающего груза к легкой стороне детали. В качестве уравновешивающего груза при балансировке обычно используют пластилин. Затем с тяжелой стороны детали снимают соответствующее по массе количество металла или на легкой стороне устанавливают постоянный уравновешивающий груз.

При выполнении второго этапа устраняют остаточную неуравновешенность, не выявленную из-за трения между рабочими поверхностями ножей и шеек оправки. Работы второго этапа выполняют в следующей последовательности.

Торцовую поверхность детали разбивают на 6—8 секторов. Деталь поворачивают так, чтобы радиус оказался в горизонтальном положении. На радиус навешивают груз такой массы q, под действием которого деталь поворачивается на угол 10—12°. После этого груз снимают и взвешивают. Далее деталь последовательно ставят в положение, при котором следующий радиус оказывается в горизонтальном положении. К нему навешивают груз, поворачивающий деталь на первоначальный угол. Каждый раз грузы взвешивают. По результатам взвешивания строят диаграмму, по которой определяют тяжелое и легкое места детали.

При построении диаграммы по оси абсцисс откладывают в любом масштабе длину окружности детали с отметкой точек закрепления грузов, по оси ординат— массу грузов. При правильно выполненных замерах диаграмма имеет вид синусоиды.

Можно сделать иначе — удалить в точке некоторое количество металла с детали, равное величине уравновешивающего груза.

Динамическую балансировку производят слудуюшим образом. Деталь устанавливают рабочими шейками на предварительно подготовленные вкладыши подвижных опор и соединяют с приводным валом станка. Выбирают балансировочные плоскости. Если, например, балансируют ротор активной турбины, за первую балансировочную плоскость /-/ принимают носовой торец диска регулировочной ступени, а за вторую 11-11— кормовой торец диска последней ступени или диска турбины заднего хода.

Выбирают частоту вращения для балансировки. Станки имеют 3—4 варианта частоты вращения. Каждому из них соответствует определенный диапазон балансируемых деталей из расчета, что балансировка будет вестись на резонансной частоте вращения. Чем тяжелее деталь, тем на меньшей скорости ее балансируют. Роторы главных турбин, например, балансируют при частоте вращения 300—450 об/мин, вспомогательных турбин —600—800 об/мин.

Переключатель угла и величины дисбаланса устанавливают в положение «Величина» и разгоняют деталь до балансировочной скорости. Последовательно определяют величины неуравновешенности правого и левого концов детали, для чего с помощью переключателя датчиков 5 поочередно подключают к счетчику дисбаланса левую и правую стороны детали. Балансировку начинают со стороны, имеющей большую неуравновешенность.

При балансировке вначале определяют угол расположения дисбаланса, затем его величину. Для этого в составе балансировочного станка имеется генератор постоянного тока, синхронно вращающийся с балансируемой деталью. Статор генератора имеет две обмотки и может поворачиваться на 360° вместе с жестко соединенным с ним неподвижным угломером. Для поворота предусмотрен ручной привод. Напряжения обмоток сдвинуты по фазе на 90°. Одна обмотка служит для определения угла дисбаланса, другая — его величины. При балансировке подключают датчик балансируемой стороны и разгоняют деталь до выбранной частоты вращения. При этом стрелка счетчика дисбаланса отклонится на некоторую величину.

При вращении детали переключатель устанавливают в положение «Угол» и маховичком ручного привода начинают разворот статора генератора (вместе с неподвижным угломером) до момента совмещения стрелки счетчика дисбаланса с нулевым делением (когда напряжения двух катушек счетчика сдвигаются по фазе на 90°).

В этом положении показание шкалы неподвижного угломера будет соответствовать углу расположения дисбаланса в балансировочной плоскости того конца детали, который подвергают балансировке.

Не прекращая вращения детали, переключатель устанавливают в положение «Величина» и по отклонению стрелки счетчика определяют величину дисбаланса балансируемого конца детали.

Останавливают вращение детали и вручную поворачивают за приводной вал вращающийся угломер в положение, соответствующее положению неподвижного угломера. При этом деталь установится так, что место расположения дисбаланса балансировочной плоскости балансируемого конца детали будет находиться у стрелки указателя, закрепленной в горизонтальной плоскости на станине станка со стороны рабочего места.

Устанавливают уравновешивающий груз и проверяют качество балансировки. Таким же образом балансируют противоположный конец детали.

Снова проверяют качество балансировки первого конца ротора и исправляют величину и место расположения первого уравновешивающего груза из-за внесения уравновешивающего груза на вторую балансировочную плоскость. Проверяют и исправляют балансировку второго конца ротора. Устанавливают постоянные уравновешивающие грузы или снимают металл с тяжелых мест ротора.

Затем окончательно проверяют качество балансировки ротора.

Балансировка деталей.

приспособление для балансировки валов

Балансировка — это определение величины и места и устранение дисбаланса, то есть неуравновешенности быстровращающихся деталей и сборочных единиц, возникающей вследствие неоднородности материала, погрешностей изготовления и сборки и вызывающей дополнительные напряжения в деталях, вибрации, снижение точности и ресурса машины.

балансировочный стенд

Различают неуравновешенности статическую и динамическую. В первом случае центр тяжести детали или узла не совпадает с осью вращения, что характерно для деталей, у которых диаметр больше длины. Динамическая неуравновешенность характерна для деталей или узлов, длина которых значительно больше диаметра. При их вращении неуравновешенные массы будут находиться в разных плоскостях, перпендикулярных оси,- что приводит к возникновению пары центробежных сил, вызывающих вибрации и динамические нагрузки в машине. Статическая балансировка, обычно применяемая в ремонтном деле, выполняется на призмах или на дисках. При балансировке на призмах деталь плотно насаживают на оправку, концы которой укладывают на две горизонтально расположенные призмы. Затем деталь слегка вращают и при ее остановке отмечают мелом нижнее положение, соответствующее утяжеленной части детали. В результате многократного повторения операции находят неуравновешенное (утяжеленное место). При балансировке на дисках оправку укладывают между двумя парами смонтированных на шарикоподшипниках дисков с параллельными осями. Такая балансировка точнее, так как деталь при этом вращается, а не перекатывается. Рабочие поверхности призм или дисков должны иметь малую шероховатость и высокую твердость и должны быть установлены строго горизонтально по уровню (допускаемое отклонение 0,1 мм на длине 1 м).

Уравновешивание детали достигается либо удалением излишка материала с утяжеленной стороны путем высверливания, спиливания с нерабочей поверхности, либо закреплением груза на противоположной (облегченной) стороне детали (если это не мешает работе узла), что приводит к ее безразличному положению на стенде при нескольких повторных операциях балансировки.

Динамическая балансировка деталей и узлов выполняется на специальных балансировочных станках или, менее точно, в собственных подшипниках. В результате определяют массу и положение грузов, которые следует приложить (или отнять) к детали.

Смотрите также: Послеремонтная обкатка и испытание

Отличие статической и динамической балансировки деталей, их назначение. Технология балансировки якорей

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 Р2 — 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

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Статическая и динамическая балансировка деталей

При больших скоростях вращения даже незначительная неуравновешенная масса детали относительно оси вращения может явиться причиной появления значительной неуравновешенной центробежной силы, вызывающей дополнительную динамическую нагрузку на подшипники, что приводит к преждевременному износу деталей. Неуравновешенные центробежные силы являются одной из главных причин вибрации гидропередачи, которая представляет собой весьма вредное явление.

Статическая балансировка. Показателем статической уравновешенности детали является способность ее сохранять состояние покоя в любом положении на горизонтальных направляющих. Балансируемую деталь устанавливают таким образом, чтобы неуравновешенная масса Я (рис. 41) располагалась в горизонтальной плоскости, проходящей через ось балансируемой детали. На противоположной стороне детали прикрепляют груз п, при котором неуравновешенная масса Я могла бы сообщить балансируемой детали поворот на небольшой угол. Затем поворачивают балансируемую деталь в том же направлении на 180°, т. е. в такое положение, чтобы груз п и масса Я оказались бы снова в горизонтальной плоскости. В этом случае масса Я перевесит и изделие будет стремиться повернуться в обратном направлении. Далее подбирают добавочный груз Р к грузу так, чтобы балансируемое изделие оставалось в том положении, в какое его ставят.

Если статическая балансировка выполняется на призмах качения, то возникающие силы трения в точках опоры

Рис. 41. Схема статической балансировки детали препятствуют перекатыванию детали. Точность балансировки зависит от соотношения вращающего момента, создаваемого неуравновешенной массой, и момента сил трения в точках опоры.

Динамическая балансировка. Вращающиеся части гидропередачи, имеющие форму роторов, хотя и уравновешенные статически, могут иметь дисбаланс, который способствует износу шеек валов и подшипников, а также появлению вибраций, могущих привести к разрушению деталей. Неуравновешенные массы создают центробежные силы. Независимо от места расположения в роторе (например, вал в сборе с насосными колесами) неуравновешенных масс, их величины и количества суммарное действие сводится к двум силам, действующим на опоры, разным по величине и направлению. Эти силы вызывают колебания подшипников, а через них и корпусов гидропередачи.

Для динамической балансировки используют станки Минского станкостроительного завода. Устранение неуравновешенности осуществляется высверливанием или снятием металла в технологически предусмотренных местах (плоскостях исправления).

Задачами динамического уравновешивания являются выбор плоскости корректирования неуравновешенных масс и определение величины и положения приведенных неуравновешенных масс в этих плоскостях.

Простейшее устройство для динамического уравновешивания представляет собой две упругие подшипниковые опоры (рис. 42, а). Одну из опор с помощью соответствующих приспособлений при уравновешивании запирают, а другой дают возможность свободно колебаться в вертикальной плоскости, и при прохождении резонанса измеряют размах колебаний этой опоры. Разделив окружность одного из колес на восемь равных частей и пронумеровав их (рис. 42, б), устанавливают поочередно в каждом из пронумерованных мест (на одинаковом радиусе) пробный груз и измеряют размах резонансных колебаний при каждой установке пробного груза.

Результаты измерений записывают и наносят в системе прямоугольных координат кривую (рис. 42, в), по которой судят о положении и величине уравновешивающего груза. Наиболее низкая точка полученной кривой (точка К) определяет собой место расположения уравно-

Рис. 42, Схема динамического уравновешивания вешивакяцего груза. Путем нескольких попыток изменения груза в данной точке определяется масса уравновешивающего груза.

Уравновесив деталь в одной плоскости, аналогичным образом поступают при ее балансировке в другой плоскости. Установка уравновешивающего груза на другой стороне вызывает нарушение уравновешенности первой стороны. Поэтому производится повторная проверка с установкой необходимого дополнительного корректировочного груза, который бы компенсировал нарушение уравновешенности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *