Главным источником вибрации агрегатов является неуравновешенность роторов , которая всегда имеет место, из-за того, что ось вращения и ось инерции, проходящая через центр масс, не совпадают. Неуравновешенность роторов подразделяют на следующие три вида.

Статическая неуравновешенность - это неуравновешенность, при которой ось ротора и его главная центральная ось инерции параллельны (см. рис.1).

Рис.1

Моментная неуравновешенность - это неуравновешенность, при которой ось ротора и его главная центральная ось инерции пересекаются в центре масс ротора (см. рис.2).

Рис.2

Динамическая неуравновешенность - это неуравновешенность, при которой ось ротора и его главная центральная ось инерции пересекаются не в центре масс или перекрещиваются (см. рис.3). Она состоит из статической и моментной неуравновешенности.

Примечание: Здесь и далее выделены курсивом термины и определения, установленные ГОСТом 19534 – 74. Балансировка вращающихся тел. Термины.

Рис.3

Частным случаем динамической неуравновешенности является квазистатическая неуравновешенность, при которой ось ротора и его главная центральная ось пересекаются не в центре масс ротора.

Вызываемая неуравновешенностью центробежная сила определяется по формуле:

Fцн = P/g w 2 r = P/g (?n/30) 2 r, (1)
где w = 2?f = ?n/30– угловая скорость,
f – число оборотов ротора в секунду,
n – число оборотов в минуту,
P – вес ротора, q = 9,81м/сек2 – ускорение свободного падения,
r – радиус неуравновешенной массы или модуль эксцентриситета.

На высоких оборотах неуравновешенные массы могут развить центробежные силы до недопустимых значений, которые приведут к разрушению машины. Для большинства машин достижение неуравновешенной центробежной силой значения ок. 30% веса ротора является предельно допустимой величиной.

Произведение неуравновешенной массы на её эксцентриситет называют дисбалансом. Дисбаланс - величина векторная. Чаще используется термин "значение дисбаланса", которое равно произведению неуравновешенной массы на модуль её эксцентриситета.

Дисбалансы роторов в процессе эксплуатации могут быть вызваны износом рабочих частей, изменением посадки дисков, ослаблением крепления элементов входящих в состав роторов, деформацией и другими факторами, приводящими к смещению масс относительно оси вращения.

Значение дисбаланса обычно указывается в гмм, гсм. 1гсм = 10гмм.

Иногда для задания допуска используют отношение значения дисбаланса к массе ротора, называемое удельным дисбалансом . Удельный дисбаланс соответствует эксцентриситету центра массы ротора.
е ст = D/m (2)

Дисбалансы устраняются балансировкой. Балансировка - это процесс определения значений и углов дисбалансов ротора, и уменьшения их корректировкой масс. На практике получили распространение два вида балансировки: статическая и динамическая.

2. Балансировка. Общие сведения

Статическая балансировка, как правило, проводится в одной плоскости коррекции и применяется, главным образом, к дисковым роторам. Её можно использовать, если отношение длины ротора к его диаметру не превышает 0,25. Плоскостью коррекции называют плоскость, перпендикулярную оси ротора, в которой расположен центр корректирующей массы (массы, используемой для уменьшения дисбалансов ротора).

При статической балансировке определяется и уменьшается главный вектор дисбалансов ротора, характеризующий его статическую неуравновешенность. Главный вектор дисбалансов равен сумме всех векторов дисбалансов, расположенных в различных плоскостях, перпендикулярных оси ротора (см. рис. 4).

Для роторов, у которых их длины соизмеримы с диаметрами или превосходят их, статическая балансировка неэффективна, а в некоторых случаях может оказаться вредной. Например, если плоскость коррекции окажется на значительном расстоянии от главного вектора дисбалансов, то, уменьшив статическую неуравновешенность, можно увеличить моментную неуравновешенность.

Динамическая балансировка - это такая балансировка, при которой определяются и уменьшаются дисбалансы ротора, характеризующие его динамическую неуравновешенность (см. рис.4). При динамической балансировке уменьшаются как моментная, так и статическая неуравновешенность ротора одновременно.

Есть много методов балансировки. Все они основаны на предположении линейности системы, то есть амплитуды колебаний считаются пропорциональными значению дисбаланса, а фазы независимы от его величины. Существует одноплоскостная и многоплоскостная балансировка. При одноплоскостной балансировке расчёт корректирующих масс производится последовательно для каждой плоскости коррекции, при многоплоскостной - одновременно.

Многоплоскостная балансировка с использованием метода одновременного измерения амплитуд и фаз колебаний наиболее распространена при балансировке роторов агрегатов типа ГТК 10-4. Точнее, наиболее распространена двухплоскостная балансировка, которая является частным случаем многоплоскостной. Для расчёта корректирующих масс при таком методе балансировки необходимо выполнить, как минимум, три пуска: один начальный (нулевой) и два пробных с единичными (пробными) массами m п1 , m п2 , установленными на расстояниях r п1 , r п2 от оси вращения (см. рис.5). Порядок и комбинации установок пробных грузов могут быть различными.

Рис.5.

При использовании этого метода балансировки считают, что система позволяет использовать принцип суперпозиции. Расчёт корректирующих масс и мест их установки в такой системе может производиться различными способами: графическим, аналитическим или графоаналитическим.

Графические и графоаналитические расчёты с построением достаточно сложных векторных диаграмм широко использовались до появления балансировочных средств с микропроцессорами. Приёмы выполнения таких расчётов можно найти в литературе . В настоящее время они практически не используются, так как современная техника обеспечивает решение таких задач проще, точнее и быстрее.

Современная микропроцессорная техника с помощью программных средств решает задачу расчёта чаще всего аналитически. Рассмотрим, в чём заключается суть решения этой задачи.

Колебания системы ротор - опорная конструкция могут быть описаны системой уравнений (при каждом пуске двумя уравнениями с шестью неизвестными).

А0 = ? а1 D I +? а2 D II

В0 = ? в1 D I + ? в2 D II
А1 = ? а1 (D I +r п1 m п1 ) + ? а2 DII
В1 = ? в1 (D I +r п1 m п1 ) + ? в2 D II (5)
А2 = ? а1 D I + ? а2 (D II +r п2 m п2 )
В2 = ? в1 D I + ? в2 (D II +r п2 m п2 )

Где, А 0 ,А 1 ,А 2 , В 0 ,В 1 ,В 2 – амплитуды колебаний опор "а", "в" при нулевом и пробных пусках, произведённых на одной частоте.
? а1 , ? а2 , ? в1 , ? в2 – коэффициенты влияния, представляющие векторы колебаний опор "а" и "в", вызванных единичными массами mп1, mп2.
D I , D II – исходные дисбалансы в выбранных плоскостях коррекции І и ІІ.
r п1 m п1 , r п2 m п2 – внесённые дисбалансы за счёт установки единичных (пробных) масс, в плоскостях коррекции І и ІІ.

В этих уравнениях неизвестны шесть векторных величин: D I , D II , ? а1 , ? а2 , ? в2 , ? в2 . Чтобы найти их, необходимо решить систему этих уравнений. Определение коэффициентов влияния и корректирующих масс для компенсации исходных дисбалансов является достаточно сложной задачей. Однако решение такой задачи с помощью современных средств, осуществляется автоматически в процессе пусков. Определённые из уравнений (5) коэффициенты влияния можно использовать для расчёта корректирующих масс при балансировке последующих однотипных роторов без выполнения двух пробных пусков.

В тех случаях, когда число плоскостей коррекции большее, чем 2 (например, если производится балансировка одного ротора с опорами более, чем 2-е или балансировка сцепленных роторов), количество пробных пусков определяется числом плоскостей коррекции, в каждую из которых последовательно устанавливаются пробные массы. Уравнения, описывающие колебания системы, составляются аналогично, как и при двухплоскостной балансировке. Система этих уравнений и её решение усложняются, так как количество коэффициентов влияния увеличивается за счёт увеличения количества плоскостей коррекции и увеличивается количество уравнений за счёт увеличения количества пусков.

Чаще всего динамическая балансировка проводится на балансировочных станках. Обычно балансировка на станках проводится на более низких оборотах, чем рабочие обороты роторов. Это обусловлено техническими возможностями балансировочных станков. Высокооборотные балансировочные станки мало распространены из-за их дороговизны и большой энергоёмкости. Балансировка на низкооборотных станках достаточно эффективна и обеспечивает высокую точность в тех случаях, когда ротора относятся к классу жёстких роторов . Для гибких роторо в балансировка на низкооборотных станках не всегда эффективна.

Жёсткий ротор определяется как ротор, который сбалансирован на частоте вращения, меньшей первой критической в двух произвольных плоскостях коррекции и у которого значения остаточных дисбалансов не будут превышать допустимые на всех частотах вращения вплоть до наибольшей эксплуатационной. Динамическая балансировка жёсткого ротора производится, как правило, в двух плоскостях.

Гибкий ротор определяется, как ротор, который сбалансирован на частоте вращения, меньшей первой критической в двух произвольных плоскостях коррекции и у которого значения остаточных дисбалансов могут превышать допустимые на иных частотах вращения вплоть до наибольшей эксплуатационной . При балансировке гибких роторов используется, как правило, более двух плоскостей коррекции.

3. Выбор допуска и точности балансировки

Из практики известно, что виброскорость является наиболее объективным критерием для оценки вибрации. Исходя из этого, чаще всего оценка и нормирование вибрационного состояния производится по виброскорости. Поэтому допуск на балансировку принято устанавливать таким образом, чтобы в рабочем диапазоне оборотов иметь приемлемую виброскорость. Исходя из этих условий допустимый дисбаланс должен изменяться обратно пропорционально частоте вращения ротора. То есть чем выше рабочая частота вращения, тем меньше должен быть допустимый дисбаланс. Следовательно должна обеспечиваться следующая зависимость:
е ст w = Конст. , где е – удельный дисбаланс, w – угловая частота.
При этом предполагается, что ротор и опоры жёсткие. Величину естw приняли определяющей при классификации точности балансировки.

Классы точности балансировки жёстких роторов установлены ГОСТом 22061-76 в соответствии с международным стандартом ИСО 1949.

Согласно этой классификации каждый класс характеризуется постоянной величиной е ст w. Каждый последующий класс отличается от предыдущего в 2,5 раза. ГОСТ 22061-76 устанавливает 13 классов точности; с нулевого по двенадцатый, для различных групп жёстких роторов. Ротора газоперекачивающих агрегатов относятся к 3-ему классу точности. Значения допустимых дисбалансов рассчитываются и задаются разработчиком машин согласно ГОСТу 22061-76.

4. Особенности балансировки крупногабаритных роторов

Балансировка крупногабаритных типа ОК ТВД ГТК 10-4 роторов имеет свои особенности, хотя нет нормативных документов, устанавливающих какое - либо разделение роторов в зависимости от их габаритов. При больших длинах (более 4-х метров) и больших массах роторов (весом в несколько тонн) необходимо учитывать влияние термических деформаций на дисбалансы. При таких размерах температура роторов неодинакова в различных точках. Это обусловлено тем, что в производственных помещениях всегда имеются источники теплового излучения и конвекционных потоков. Да и сами балансировочные станки являются таковыми. Длинные ротора особенно чувствительны к малейшему перепаду температуры в радиальном направлении. Проведённые исследования влияния тепловых деформаций роторов (ОК ТВД агрегата ГТК 10-4) на дисбалансы показывают, что перепад температуры в радиальном направлении на 1єС (при длине ротора 4 и более метров) приводит к термическим дисбалансам, в 5-10 раз превышающим допуск. Для исключения ошибок при балансировке из-за тепловых деформаций необходимо обеспечить предварительную термостабилизацию балансируемых роторов. На практике это осуществляется следующим образом. Ротора, поступающие на балансировку, выдерживаются в помещении до выравнивания его температуры с температурой окружающей среды. Затем ротор устанавливается на станок и приводится во вращение. Ротора весом более 5т необходимо выдержать в режиме непрерывного вращения (или в режиме пуск – останов - пуск) в течение не менее 2-х часов и лишь после этого произвести его балансировку. В процессе вращения выравнивается температура в радиальном направлении. Если балансировка по каким - либо причинам была прервана (прекращение вращения около 1 часа и более), то её завершению вновь должна предшествовать операция вращения ротора для выравнивания температуры в радиальном направлении. При перерывах менее 2-х часов время вращения для выравнивания температуры требуется не более времени перерыва.

Внимание! У Вас нет прав для просмотра скрытого текста.

Источники информации, принятые во внимание при составлении методического пособия по балансировке роторов.

ГОСТ 19534 – 74. Балансировка вращающихся тел. Термины.

ГОСТ 22061 – 76 Система классов точности балансировки и методические указания.

Руководящие указания по балансировке роторов ГТУ на балансировочном станке и в собственных подшипниках. "Оргэнергогаз" М., 1974год.

Вибрации в технике. Т.6. Защита от вибрации и ударов. Под ред. чл.-кор. АН СССР К.В. Фролова. М. "Машиностроение", 1981г.

Сидоренко М.К. Виброметрия газотурбинных двигателей.

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.

Статической балансировкой называют совмещение центра тяжести детали с её геометрической осью вращения. Это достигают снятием металла с тяжёлой части детали, или добавлением его путём наплавки на её лёгкую часть.
Статической балансировке подвергают маховики, крылатки насосов, зубчатые колёса и шестерни зубчатых передач дизельных установок и т.д.
Вращение деталей с неуравновешенной массой приводит к появлению центробежной силы или пары сил, которые и вызывают вибрацию механизма при его работе. Центробежная сила возникает при условии, что центр тяжести детали не совпадает с её осью вращения.
Схема действия центробежной силы при смещении центра тяжести:

Неуравновешенная центробежная сила создаёт на подшипниках дополнительные нагрузки, величина которых может быть определена по формулам:





где Р1,Р2 — дополнительные нагрузки на подшипниках;
а, в — расстояние от плоскости действия силы С соответственно до левого и правого подшипников, мм;
l — расстояние между осями подшипников, мм.
Величину центробежной силы можно определить через массу детали и величину смещения центра тяжести детали относительно оси её вращения по формуле:





где G — масса детали, кг;
q — ускорение силы тяжести (9,81 м/с2);
w — угловая скорость (w = п на n / 30, где n — частота вращения, мин - 1);
r — расстояние от центра тяжести до оси вращения детали, м.
Например, центр тяжести «0» вращающегося диска массой 30 кг с частотой вращения 3000 мин - 1 смещён от центра оси на величину r = 1 мм. Тогда неуравновешенную центробежную силу получаем:

то есть нагрузка на ось в 10 раз превышает массу самой детали. Из этого следует, что даже незначительное смещение центра тяжести может вызвать большие дополнительные нагрузки на подшипники.
Статическую балансировку производят на специальных стендах. Основными деталями стенда являются ножи (призмы), валики или подшипники качения, на которых устанавливают балансируемую деталь на оправке. Ножи, валики или подшипники размещают в одной горизонтальной плоскости.
Статическую балансировку деталей, работающих при частоте вращения до 1000 мин - 1, производят в один этап, а деталей, работающих при большей частоте вращения, — в два этапа.
На первом этапе деталь уравновешивают до безразличного её состояния, то есть такого состояния, при котором деталь останавливается в любом положении. Это достигают путём определения положения тяжелой точки, а затем с противоположной стороны подбирают и крепят уравновешивающий груз. В качестве уравновешивающего груза используют кусок пластилина, замазки, мастики и т.д.
После уравновешивания детали на её лёгкой стороне взамен временного груза крепят постоянный груз, или с тяжёлой стороны снимают соответствующее количество металла, схема установки временного и постоянного грузов представлена на рисунке:
Схема установки временного (Р1) и постоянного (Р2) грузов:





Б — тяжёлая точка.
Иногда место установки уравновешивающего временного груза меняют, что сопровождается изменением радиуса его установки и, как следствие, изменением его массы. Величину массы постоянного уравновешивающего груза определяют из уравновешивания моментов:





где Р1 — масса временного груза;
Р2 — масса постоянного груза;
R, r — радиусы установки соответственно временного и постоянного грузов.
Для деталей с частотой вращения до 1000 мин - 1 балансировку на этом заканчивают.
Второй этап балансировки заключается в устранении остаточной неуравновешенности (дисбаланса), оставшейся за счёт инерции детали и наличия трения между оправкой и опорами. Для этого поверхность торца детали делят на шесть-восемь равных частей, нумеруя их.
Диаграмма статической балансировки детали:





а — разметка окружности торца детали и места установки грузов; б — развёртка окружности и кривая балансировки.
Затем деталь с временным грузом устанавливают так, чтобы точка 1 оказалась в горизонтальной плоскости. В этой точке крепят груз, увеличивая его массу до тех пор, пока деталь не выйдет из состояния равновесия (покоя) и не начнёт медленно вращаться. Груз снимают и взвешивают на весах.
В такой же последовательности выполняют работу и для остальных точек детали. Полученные значения массы грузов заносят в таблицу:
Значения массы грузов в точках их установки на детали (r ):


По данным таблицы строят кривую, которая при точном выполнении балансировки должна иметь форму синусоиды. На этой кривой находят точки максимума (А макс) и минимума (А мин).
Точке максимума кривой соответствует легкое место детали, а точке минимума — тяжёлое место детали.
Массу уравновешивающего груза (дисбаланса) определяют по формуле:





Статическая балансировка считается удовлетворительной, если:





где К — масса дисбаланса детали, г;
R — радиус установки временного груза, мм;
G — масса балансируемой детали, кг;
l ст — предельно допустимое смещение центра тяжести детали от оси её вращения, мкм.
Предельно допустимое смещение центра тяжести детали находят по диаграмме предельно допустимых смещений центра тяжести у деталей при статической балансировке.
Диаграмма предельно допустимых смещений центра тяжести деталей при статической балансировке:





1 — для колёс зубчатых редукторов, дисков гидромуфт, гребных винтов с турбоприводом; 2 — гребные винты дизельных установок, маховики, крылатки центробежных насосов и вентиляторов.
Если соблюдается условие уравнения, то процесс балансировки на этом заканчивается и груз дисбаланса на деталь не устанавливают. Если условие уравнения не соблюдается, то полученную массу грузика «К» устанавливают в точке А макс (радиус 2) или снимают в точке А мин (радиус 6).
Качество балансировки деталей проверяют при работе дизеля по его вибрации.

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».

Как производится балансировка колёс (статическая, динамическая)

Шина представляет собой сложное технологическое изделие, состоящее из большого числа разнородных элементов из разных составов резиновой смеси, а также стали, текстиля, синтетических материалов. Поэтому создать равномерное распределение материалов, а следовательно и массы задача сложная и это неизбежно приводит к появлению «тяжелых» мест шины в протекторной части, а также в боковине.

Кроме того, колесо в сборе может быть установлено с нарушением центровки относительно ступицы автомобиля, диск имеет отверстие под вентиль и сам вентиль имеет некоторую массу.

При вращении колеса на элемент массы участвующий в круговом движении действует центробежная сила, величина которой зависит от массы участка, расстояния от оси вращения, а также от линейной скорости вращения. Причем зависимость от скорости квадратичная. Именно эта сила и будет при вращении колеса создавать переменную по направлению результирующую силу, а также переменный по направлению вращающий момент на оси, что ведет к возникновению вибраций колеса, вибраций элементов рулевого управления и подвески. Это воздействие равносильно применению на автомобиле деформированного колеса. В результате, снижается безопасность движения, а также существенно ухудшает комфортность и в конечном счете приводит к разрушению элементов подвески и преждевременному износу шины.

Как же бороться с этим явлением? Ответ прост - необходимо компенсировать неоднородность массы, используя так называемые балансировочные грузики.

Различают статический и динамический дисбаланс.

Статический дисбаланс -- это неравномерное распределение масс по оси вращения. При статическом дисбалансе колесо бьет в вертикальной плоскости. Для устранения этого явления к колесу необходимо приложить компенсирующую силу равную по величине, но противоположную по направлению центробежной силе. Это достигается прикреплением дополнительного грузика в диаметрально противоположной точке нахождения неуравновешенной массы. Такой процесс называется статической балансировкой . Без проведения статической балансировки невозможна и другая процедура: сход-развал -- установка правильного угла наклона колеса, от которого зависит управляемость автомобиля.

Динамический дисбаланс -- это неравномерное распределение масс в плоскостях параллельных направлению движения. При динамическом дисбалансе на колесо действует пара сил противоположно направленных, создающих переменный момент - «расскачивая» колесо из стороны в сторону. Такая балансировка предотвращает раскачивание колеса из стороны в сторону -- основного явления при возникновении динамического дисбаланса. Процедура исправления дефектов производится при быстро вращающемся колесе. Она позволяет более точно установить и устранить все дефекты. После этого выполняют развал схождение.Динамическая балансировка проводится на специальных балансировочных стендах.

В основном при балансировке колеса имеет случай комбинированного дисбаланса , сочетающий статическую и динамическую составляющую.

Сейчас, скорости перемещения возросли, для высокоскоростных автомобилей необходима весьма точная балансировка, сделать которую возможно только на оборудовании высокого класса и квалифицированным персоналом. Кроме того, дополнительную коррекцию неравномерности масс элементов подвески, участвующих во вращении и неточности центровки колеса на ступице возможно осуществить на автомобиле при проведении финишной балансировки.

Балансировочный станок APOLLO

Функциональные особенности:

Высокая производительность и точность балансировки колес за счет применения прогрессивных технологий:

AutoALU, S-Drive, Direct3D

Автоматическое определение параметров диска

Автоматическое определение типа диска (технология AutoALU)

Точное прямое измерение геометрии ALU-дисков (технология Direct3D)

Интеллектуальное управление 3-фазным двигателем - поворот к месту установки груза (технология S-Drive)

Точная установка липких грузов электронной линейкой

SPLIT - установка липких грузов за спицами

Минимизация статического дисбаланса

Настройка предела 0

Счётчик отбалансированных колёс

Синтезатор речи

Защита от повышенного напряжения в сети (технология PowerGuard)

Высокоточный шпиндельный узел, диаметр вала 40 мм.

В случае отсутствия специальных стендов статическую балансировку колеса можно выполнять на ступице переднего колеса автомобиля. Для этого надо приподнять переднюю часть автомобиля домкратом, ослабить затяжку подшипников ступицы переднего колеса, расшплинтовав и отвернув на 90...120° регулировочную гайку. После этого следует устанавливать колесо в различные положения и отпускать. Если при этом колесо не удерживается в установленном положении, а проворачивается в ту или другую сторону и останавливается только в одном положении, значит оно имеет дисбаланс.




Рис. 123.

а -- крепление балансировочного грузика на ободе колеса, б --определение самой легкой части колеса, в -- начальное положение балансировочных грузиков, г -- окончательное положение балансировочных грузиков (при равновесии колеса)

Для балансировки колес необходимо:

снизить давление в шине до 20...30 кПа и снять с обода колеса балансировочные грузики (рис. 123, а);

медленно повернуть колесо против часовой стрелки и отпустить, когда оно остановится; нанести вертикальной меловой чертой метку I (рис. 123,б), определяющую верхнюю точку колеса;

повернуть толчком колесо по часовой стрелке и после его остановки также отметить верхнюю точку меловой вертикальной линией II, разделить кратчайшее расстояние между метками I и III пополам и нанести метку III-- это и будет самое легкое место колеса (рис. 123, б);

установить по обе стороны метки III малые балансировочные грузики (рис. 123, в) массой 30 г, которые своей пружиной подходят под борт покрышки и удерживаются на ободе;

толчком руки повернуть колесо. Если после его остановки грузики займут нижнее положение, их масса для балансировки колеса достаточна; если грузики займут верхнее положение, нужно поставить более тяжелые (40 г) и, вращая колесо, убедиться, что оно останавливается при нижнем положении грузиков;

отодвигая грузики на равные расстояния (А и А) от метки III (рис. 123, г), следует добиться равновесия колеса, когда оно после толчка рукой будет останавливаться в разных положениях (в зависимости от приложенного усилия);

накачать шину до нормального давления и приступить к балансировке следующего колеса. Передние колеса балансируются каждое на своей ступице, а задние -- на одной из ступиц передних колес.