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.
После сборки вращающейся сборочной единицы, в которую входят сбалансированные детали (например: валы, насадные шестерни, муфты и др.) и другие детали (шпонки, штифты, стопорные винты и др.), возникает необходимость в повторной их балансировке, так как смещение одной из деталей, даже в пределах зазоров, предусмотренных чертежом, вызывает значительную неуравновешенность.
Несовпадение центра тяжести детали с осью вращения принято называть статической неуравновешенностью, а неравенство нулю центробежных моментов инерции – динамической неуравновешенностью.
Статическая неуравновешенность легко обнаруживается при установке детали опорными шейками или на оправках на горизонтальные параллели (ножи, призмы, валики) или ролики, а динамическая – лишь при вращении детали. В связи с этим балансировка бывает статическая и динамическая.
Статическая балансировка. Существует несколько методов выполнения статической балансировки. Наиболее часто встречаются в станкостроении балансировки на призмах и на дисках. Ножи, призмы и ролики должны быть калеными и шлифованными и перед балансировкой выверены на горизонтальность.
При балансировке на горизонтальных параллелях (рис. 1) допускаемые овальность и конусность шеек оправки не должны превышать 0,01-0,015 мм, а диаметры их должны быть одинаковыми.
Рис. 1. а – на горизонтальных параллелях (1 – центр тяжести детали; 2 – корректирующий груз); б – на дисках (1 – деталь; 2 – корректирующий груз)
Для уменьшения коэффициента трения параллели и шейки оправки рекомендуется подвергать закалке и тщательно шлифовать. Рабочую длину параллелей можно определять по формуле:
где d – диаметр шейки оправки.
Ширина рабочей поверхности параллелей (ленточки) равна (см):
где G – усилие, действующее на параллель, в кГ; Е – модуль упругости материала оправки и параллелей, в кГ/см 2 ; σ – допускаемое сжимающее напряжение в местах контакта шейки и параллели, в кГ/см 2 (для закаленных поверхностей σ=2 10 4 ÷ 3 10 4 кГ/см 2).
Величина d в см назначается из конструктивных соображений с учетом удобства установки балансируемой детали на оправку.
Дисбаланс определяется пробным прикреплением корректирующих грузов на поверхности балансируемой детали. Устраняется дисбаланс удалением эквивалентного количества материала с диаметрально противоположной стороны или установкой и закреплением соответствующих противовесов (корректирующих грузов).
Статическая балансировка шкива может быть выполнена следующим образом. На ободе шкива предварительно наносят мелом черту и сообщают ему вращение. Вращение шкива повторяют 3-4 раза. Если меловая черта будет останавливаться в разных положениях, то это будет указывать на то, что шкив сбалансирован правильно. Если меловая черта каждый раз будет останавливаться в одном положении, то это значит, что часть шкива, находящаяся внизу, тяжелее противоположной. Чтобы устранить это, уменьшают массу тяжелой части высверливанием отверстий или увеличивают массу противоположной части обода шкива, высверлив отверстия, а затем заливают их свинцом.
Чувствительность балансировки деталей весом до 10 т на горизонтальных параллелях (рис. 1, а):
где F – чувствительность метода в Г см; f – коэффициент трения качения (f=0,001 ÷ 0,005 см); G – вес детали или сборочной единицы в кг.
Чувствительность балансировки деталей весом до 10 т на дисках (рис. 1, б):
где F – чувствительность метода в Г см; f – коэффициент трения качения (f=0,001 ÷ 0,005 см); G – вес детали или сборочной единицы в кг; – коэффициент трения качения в подшипниках дисков; r – радиус цапфы дисков в см; d – диаметр оправки в см; D – диаметр дисков в см; α – угол между осью оправки и осями дисков.
Точность балансировки на дисках больше, чем на горизонтальных призмах. Статическую балансировку чаще всего применяют для деталей типа дисков.
Балансировка деталей и сборочных единиц может быть выполнена на балансировочных весах в резонансном режиме колеблющейся системы, которая позволяет повысить точность балансировки.
Балансировку деталей весом до 100 кг на балансировочных весах выполняют следующим образом (рис. 2): испытываемую конструкцию 1 уравновешивают грузами 3 и разгоняют вращающуюся часть 1 конструкции до частоты вращения, превышающей частоту колебаний системы. После разгона электродвигатель отсоединяют от испытываемой конструкции, подвижная часть которой продолжает свободно вращаться, постепенно снижая скорость. Это исключает влияние возмущений от двигателя привода на колеблющуюся систему. Амплитуда смещения контрольной точки измеряют прибором 2 в момент совпадения частоты вращения шпинделя с собственной частотой колеблющейся системы, т. е. при резонансе, где амплитуда достигает наибольшего значения. Величина остаточной неуравновешенности при данном методе измерения не должна превышать 1,5-2 Г см.
Рис. 2.
По ряду изделий в настоящее время на основании опыта уже установились нормы допустимого смещения центра тяжести вращающихся деталей (табл. 1).
Таблица 1. Допустимая величина смещения центра тяжести
| Группа деталей | Наименование | Смещение центра тяжести, мкм | Группа деталей | Наименование | Смещение центра тяжести, мкм |
| А | Круги, роторы, валы и шкивы точных шлифовальных станков | 0,2-1,0 | В | Жесткие небольшие роторы электродвигателей, генераторы | 2-10 |
| Б | Высокооборотные электродвигатели, приводы шлифовальных станков | 0,5-2,5 | Г | Нормальные электродвигатели, вентиляторы, детали машин и станков, быстроходные приводы и т. д. | 5-25 |
Чувствительность балансировки деталей весом до 100 кг на балансировочных весах (рис. 2): F=20 ÷ 30 Г см.
Величина дисбаланса:
где ω – разность показаний прибора 2.
Динамическая балансировка деталей и сборочных единиц применяется для более точного определения дисбаланса, возникающего при вращении под действием центробежных сил. Для проведения динамической балансировки деталей и комплектов типа тел вращения применяют балансировочные станки.
Детали и комплекты типа муфт, зубчатых колес, шкивов балансируют на оправках. Оправку с деталью или сборочной единицей для балансировки устанавливают на балансировочном станке и соединяют со шпинделем станка.
Величина дисбаланса и место его расположения определяются приборами, установленными на станке. Дисбаланс устраняют обычно сверлением отверстия в детали или направлением металла на противоположной от места дисбаланса стороне детали.
Требуемая техническими условиями точность балансировки зависит от конструкции и назначения деталей и узлов, скорости их вращения, допустимых вибраций машины, необходимой долговечности опор.
Статическая балансировка может уравновешивать деталь относительно ее оси вращения, но не может устранить действие сил, стремящихся повернуть деталь вдоль продольной ее оси.
Динамическая балансировка устраняет оба вида неуравновешенности. Динамической балансировке подвергают быстроходные детали со значительным отношением длины к диаметру (роторы турбин, генераторов, электродвигателей, быстровращающиеся шпиндели станков, коленчатые валы автомобильных и авиационных двигателей и т. д.).
Динамическую балансировку производят на специальных станках высококвалифицированные рабочие. При динамической балансировке определяют величину и положение массы, которые нужно приложить к детали или отнять от нее, чтобы деталь оказалась уравновешенной статически и динамически.
Центробежные силы и моменты инерции, вызванные вращением неуравновешенной детали, создают колебательные движения из-за упругой податливости опор. Причем колебания их пропорциональны величине неуравновешенных центробежных сил, действующих на опоры. На этом принципе основана балансировка деталей и сборочных единиц машин.
Динамическая балансировка, выполняемая на современных автоматизированных балансировочных станках, в интервале 1-2 мин выдает данные: глубину и диаметр сверления, массу грузов, размеры контргрузов и места, где необходимо закрепить и снять грузы, а также амплитуду колебаний опор.
Динамической балансировке подвергаются детали и узлы длиной больше диаметра (коленчатые валы, шпиндели, роторы лопаточных машин и т. п.). Динамическая неуравновешенность, возникающая при вращении детали вследствие образования пары центробежных сил Р (рис. 3, а), может быть устранена приложением корректирующего момента от сил Р 1. Выбор плоскостей коррекции определяется конструкцией детали и удобством удаления излишков металла. Наиболее общий случай неуравновешенности детали, встречающийся на практике, показан на рис. 3, б.
Рис. 3. Принципиальная схема динамической балансировки деталей: а – динамическая неуравновешенность детали; Р – центробежные силы от неуравновешенных масс m, расположенных на плече r; Pt – центробежные силы от корректирующих грузов; б – статическая и динамическая неуравновешенность детали; Р’ – центробежная сила от массы m’, раскладываемая на силы Р и Р”, вызывающие статическую неуравновешенность
Выявление неуравновешенности производится на балансировочных машинах. В условиях индивидуального производства динамическую балансировку выполняют при помощи простых средств, к числу которых можно отнести, например, устройство для установки опор уравновешиваемой детали на упругие балки или на упругие (резиновые) подкладки.
Деталь приводят во вращение до скорости, превышающей условия резонанса.
Отключают привод (например, сбросом ремня) и замеряют амплитуду максимальных колебаний одной из опор. Прикреплением пробного груза к детали добиваются прекращения колебания этой опоры. Аналогичную процедуру выполняют в отношении другой опоры. Балансировка заканчивается по прекращении колебаний опор.
с упругими опорами, применяемой для деталей и узлов весом до 100 т (роторы мощных турбин) – на рис. 4.
Рис. 4. 1 – балансируемый объект; 2 – электромагнитная муфта; 3 – электродвигатель; 4 – подшипники; 5 – поддерживающие упругие стойки (рессоры); 6 – упоры, поочередно запирающие подшипники; 7 – механический рычажный индикатор для определения плоскости дисбаланса по меткам 8, вычерчиваемым острием индикатора на окрашенной колеблющейся шейке объекта; 9 – компенсирующие пробные грузы, прикрепляемые к объекту
Балансировку ведут при поочередном закреплении опор. Угловое положение дисбаланса находят при помощи механических или электрических индикаторов. Величина дисбаланса в выбранных плоскостях коррекции определяется прикреплением пробных компенсирующих грузов. Чувствительность зависит от веса и размеров объекта.
Балансировка на машинах рамного типа с регулируемыми компенсаторами дисбаланса применяется преимущественно для деталей и сборок малых и средних размеров весом до 100 кг.
Уравновешивание дисбаланса осуществляется вручную и механически.
На рис. 5 приведена схема балансировочной машины с ручным перемещением компенсирующего груза 3 на шпинделе станка.
Рис. 5. 1 – рама; 2 – балансируемая деталь, сборка; 3 – компенсатор дисбаланса
Груз 3 перемещают в радиальном и окружном направлениях и вручную корректируют его вес. Так определяют эквивалентное количество материала для удаления с детали. Дисбаланс определяют только в плоскости коррекции 1–1. Поэтому для определения дисбаланса детали в другой плоскости 2–2 необходимо ее переустановить с поворотом на 180° для определения величины и местоположения компенсатора в этой плоскости. Машина требует предварительной настройки по эталонной детали; колебания рамы вокруг горизонтальной оси отмечаются механическим измерителем амплитуды; величина неуравновешенных моментов в выбранных плоскостях коррекции определяется с точностью 10 -15 Г см 2 .
Неуравновешенность вращающихся деталей (шкивов насосов и трансмиссий- агрегатов, шинко-пневматических муфт, зубчатых колес) получается при смещении их массы в одну сторону, в результате чего смещается центр тяжести относительно оси вращения, а также при смещении оси вращения относительно центра тяжести. Масса детали смещается из-за неоднородности материала, неточности механической обработки и в результате одностороннего износа в процессе эксплуатации. Ось вращения относительно центра тяжести смещается вследствие перекосов при сборке или неточности изготовления.
При больших оборотах вращения неуравновешенных деталей возникают неуравновешенные центробежные силы, приводящие к вибрации детали и агрегата в целом и преждевременному его износу. Поэтому вращающиеся детали должны быть тщательно сбалансированы.
Существуют два способа балансировки: статический и динамический. При статической "балансировке деталь уравновешивают относительно оси вращения за счет уменьшения ее массы на той стороне, куда смещен центр тяжести, или увеличения массы на диаметрально противоположной стороне. При этом способе деталь находится в статическом состоянии и в случае ее балансировки (уравновешивания) деталь будет оставаться в любом положении, в которое она поворачивается относительно оси вращения. Схема уравновешивания деталей разной длины (А, А 1) показана на рис. 130.
Рис. 130. Схема балансировки деталей разной длины: 1 - неуравновешенная масса; 2 - уравновешенная масса
Статическое уравновешивание производят на горизонтальных призмах, валиках или роликах. Наиболее простое устройство для статической балансировки - параллельные стенды, представляющие собой две закрепленные да основаниях направляющие в виде ножей, по которым- может перекатываться уравновешиваемая деталь.
Ножи выверяют при помощи уровня в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для балансировки массивных деталей (шкивы насосов) применяют роликовые или дисковые стенды, у которых вместо ножей имеются шарикоподшипники или ролики.
Статическую балансировку производят следующим образом. Уравновешиваемую деталь устанавливают на стенд «и поворотом на некоторый угол определяют ее уравновешенность. При неуравновешенности тяжелая часть детали возвращается вниз, а при уравновешенности она остается в том положении, в которое поворачивается. Неуравновешенную массу детали удаляют сверлением по отметке с обеих ее сторон. Если при сверлении ослабнет конструкция детали, то в этом случае на диаметрально противоположной стороже при помощи винтов устанавливают уравновешивающую массу (груз) в виде отдельных пластинок.
Для дискообразной детали, имеющей малую длину по сравнению с ее диаметром, способ статической балансировки будет достаточным, так как неуравновешенная и уравновешенная массы находятся на поперечной оси детали или близко к ней. В этом случае при вращении детали центробежные силы масс будут находиться в одной или близких плоскостях и не окажут дополнительного влияния на вал и подшипники.
Для цилиндрической детали, имеющей сравнительно большую длину (шкивы трансмиссий клиноременных передач), одного способа статической балансировки будет недостаточно, так как неуравновешенная и уравновешенная массы при балансировке могут быть удалены от поперечной оси детали на рас стояние а. При вращении детали центробежные силы этих масс, "находящихся в разных плоскостях, создают пару сил, которые будут поворачивать деталь относительно оси вращения и создавать дополнительные нагрузки на вал и подшипники. В этом случае ликвидировать -влияние пары сил можно только динамической балансировкой, при которой положение и величину уравновешивающей массы определяют в динамическом состоянии детали - во время ее вращения.
Процесс динамической балансировки осуществляют на специальных станках или же непосредственно в машинах и механизмах на собственных подшипниках при помощи специальных приборов: виброметров, виброскопов.
Контрольные вопросы к главе X
1. Какие виды слесарных работ выполняют при сооружении буровых?
2. На какие типы подразделяются болты?
3. В каких случаях применяют болты, шпильки, винты?
4. Для чего предназначены шайбы?
5. Какие применяют способы стопорения резьбовых соединений?
6. Какие по конструкции используют гаечные ключи?
7. Какие применяют шпонки для напряженных и ненапряженных соединений?
8. В чем преимущество шлицевых соединений перед шпоночными?
9. Какие применяют профили шлицов?
10. Какими способами выполняют прессовые соединения?
11. Какие существуют муфтовые соединения?
12. Как центрируют валы, соединяемые шинно-пневматическими муфтами?
13. Из каких элементов состоит карданная передача?
14. Какие существуют зубчатые передачи?
15. Какими способами проверяют зазоры зубчатых зацеплений?
16. Из каких элементов состоит приводная роликовая цепь?
17. Для чего служат вкладыши подшипников скольжения?
18. Какие существуют конструкции подшипников качения?
19. Какими способами выполняют запрессовку подшипников?
20. Каким образом регулируют зазор в упорных и конических подшипниках?
21. В чем заключается балансировка вращающихся деталей?
22. Как и когда выполняют статическую и динамическую балансировку?
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ТРУДА, ЭКОНОМИКА И ПЛАНИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЯ БУРОВЫХ
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.
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.