Балансировка деталей и узлов реферат

Обновлено: 02.07.2024

Равновесие деталей и узлов должна быть статическим и динамическим.

При статическом равновесии центр тяжести находится на оси вращения детали или узла. При динамическом равновесии крайне важно , чтобы центр тяжести детали или узла также находился на оси вращения и при этом отсутствовали какие-либо моменты центробежных сил, действующих в плоскости, проходящей через ось вращения.

Статическая балансировка. В качестве примера рассмотрим балансировку детали, установленной на валу (или на специальной оправке), опирающемся на горизонтальные направляющие 3. Под действием неуравновешенной массы т эта деталь самопроизвольно повернется и займет положение, при котором неуравновешенная масса будет находиться в крайнем нижнем положении .

При вращении детали возникает неуравновешенная центробежная сила, которая, как было отмечено выше, создает дополнительную нагрузку на вал и на его опоры.

Для уравновешивания детали к ней нужно прикрепить уравновешивающий груз, расположив его с диаметрально противоположной стороны по отношению к неуравновешенной массе. При этом моменты сил тяжести неуравновешенной массы и уравновешивающего груза относительно оси вращения детали должны быть равны. Этим обеспечивается равновесие детали.

Равновесие должна быть достигнуто также путем удаления части металла детали со стороны неуравновешенной массы (спиливанием или высверливанием).

Статической балансировке подвергают обычно плоские детали и подгруппы — к примеру маховики, ведомые диски сцепления, вентиляторы, а также некоторые узлы — ступицы колес в сборе с тормозными барабанами, нажимной диск сцепления в сборе с кожухом.

Статическую балансировку производят с помощью приспособлений, устанавливая детали на горизонтальных призматических параллелях или на попарно установленных вращающихся дисковых роликах. Дисковые ролики в таких приспособлениях установлены на шариковых подшипниках, что сводит до минимума сопротивление вращению. По этой причине роликовые приспособления дают большую точность балансировки.

При балансировке очень трудно устранить дисбаланс полностью, в связи с этим техническими условиями предусматривается допустимый дисбаланс для какой-либо детали.

Динамическая балансировка. При вращении вала возникают две противоположно направленные центробежные силы. Эти силы находящиеся друг от друга на расстоянии, создают момент, который вызывает динамическое неравновесие вала. В результате вал и его опоры будут испытывать дополнительную нагрузку.

Момент этой пары сил должна быть уравновешен другой парой сил, приложенной к валу, действующей в той же плоскости и создающей равный противодействующий момент. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, динамическое неравновесие должна быть устранено только уравновешивающей его парой сил.

Для динамического уравновешивания детали к ней, в плоскости. действия момента крайне важно приложить две массы m₁=m_а на равном расстоянии от оси вращения, благодаря чему при вращении вала возникнут центробежные силы Р₁ и Р₂, которые создадут момент пары сил Р₁L, противодействующей моменту F₁L и уравновешивающий его. Такие уравновешивание принято называть динамической балансировкой.

Динамическую балансировку деталей и узлов производят на специальных балансировочных станках, в основу их работы положен метод разделений суммарного дисбаланса балансируемого узла для корректирования его в двух заданных плоскостях. В случае динамической неуравновешенности узла опоры будут колебаться; вместе с ними будут колебаться и катушки в магнитных полях постоянных магнитов и в их обмотках появится ЭДС.

Величина этих ЭДС будет пропорциональна амплитуде колебаний катушек. Напряжение электрического тока в цепи катушек усиливается трансформатором-усилителем и замеряется с помощью прибора , имеющего шкалу, градуированную в единицах дисбаланса. Одновременно с вращением балансируемого узла вращается ротор генератора.Статор этого генератора может поворачиваться и, вследствие особого расположения в нем катушек, изменять при этом показания прибора .

Балансировочный станок имеет две параллельные электрические схемы, что позволяет при включении с помощью переключателя 14 каждой схемы в отдельности определять неуравновешенность в двух плоскостях — I—I и II—II.

Плоскости, в которых крайне важно производить корректирование, устанавливаются заранее и зависят от конструкции балансируемого узла. В этих плоскостях для устранения дисбаланса узла производят снятие металла (высверливанием), установку шайб или приварку специальных металлических пластинок. Место установки шайб и приварки пластинок или место, где можно удалить металл, указывается в, технических условиях на балансировку того или иного узла. Таким образом добиваются, чтобы дисбаланс узла находился в пределах допусков, установленных техническими условиями. Электрические балансировочные станки дают возможность производить балансировку деталей и узлов с большой точностью.

На ремонтных предприятиях балансировке подвергают некоторые узлы, так как в результате замены отдельных деталей она должна быть нарушена. Вместе с тем, крайне важно балансировать коленчатые валы двигателей после восстановления их шеек наплавкой. Точность балансировки зависит от конструкции и назначения узлов и деталей, скорости их вращения и допустимой вибрации при работе/

Балансировка деталей и узлов - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Балансировка деталей и узлов" 2017, 2018.

БАЛАНСИРОВКА ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ

Описание: Цель балансировки состоит в устранении неуравновешенности детали сборочной единицы относительно оси ее вращения. Неуравновешенность вращающейся детали приводит к возникновению центробежных сил которые могут быть причиной вибрации узла и всей машины преждевременного выхода из строя подшипников и других деталей. Основными причинами неуравновешенности деталей и узлов могут быть: погрешность формы деталей например овальность; неоднородность и неравномерность распределения материала детали относительно оси ее вращения образованные при.

Дата добавления: 2015-02-09

Размер файла: 4.52 MB

Работу скачали: 354 чел.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

БАЛАНСИРОВКА ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ

Балансировка вращающихся частей машин важный этап технологического процесса сборки машин и оборудования. Цель балансировки состоит в устранении неуравновешенности детали (сборочной единицы) относительно оси ее вращения. Неуравновешенность вращающейся детали приводит к возникновению центробежных сил, которые могут быть причиной вибрации узла и всей машины, преждевременного выхода из строя подшипников и других деталей. Основными причинами неуравновешенности деталей и узлов могут быть: погрешность формы деталей (например, овальность); неоднородность и неравномерность распределения материала детали относительно оси ее вращения, образованные при получении заготовки литьем, сваркой или наплавкой; неравномерное изнашивание и деформация детали в процессе эксплуатации; смещение детали относительно оси вращения из-за погрешности сборки и др.

Неуравновешенность характеризуется дисбалансом величиной, равной произведению неуравновешенной массы детали или сборочной единицы на расстояние центра масс до оси вращения, а также углом дисбаланса, определяющим угловое расположение центра масс. Различают три вида неуравновешенности вращающихся деталей и узлов: статическую, динамическую и смешанную, как сочетание первых двух.

Статическая неуравновешенность имеет место, если массу тела можно рассматривать как приведенную к одной точке (центру масс), отстоящей на некотором расстоянии от оси вращения (рис. 6.52). Этот вид неуравновешенности характерен для деталей типа дисков, высота которых меньше диаметра (шкивы, зубчатые колеса, маховики, крыльчатки, рабочие колеса насосов и т.п.).

Образующаяся при вращении такой детали центробежная сила Q (Н) определяется по формуле

где m масса тела, кг; ω угловая скорость вращения тела, рад/с; ρ расстояние от оси вращения до центра массы, м.

На практике обычно принимается, что указанная центробежная сила не должна превышать 45 % веса детали.

Неуравновешенность рассматриваемого вида можно обнаружить, не приводя объект во вращение, поэтому она называется статической.

Рис. 6.52. Виды неуравновешенности вращающегося тела: а статическая; б динамическая; в общий случай неуравновешенности

Динамическая неуравновешенность возникает, когда при вращении детали образуются две равные противоположно направленные центробежные силы Q, лежащие в плоскости, проходящей через ось вращения (рис. 6.52, б). Создаваемый ими момент пары сил М (Н) определяется уравнением

где а расстояние между направлениями действия сил, м.

Динамическая неуравновешенность проявляется при вращении относительно длинных тел, например роторов электрических машин, валов с несколькими установленными зубчатыми колесами и т.п. Она может возникать даже при отсутствии статической неуравновешенности.

Общий случай неуравновешенности, также присущий длинным объектам, характеризуется тем, что на вращающийся объект одновременно действуют приведенная пара центробежных сил SS (рис. 6.52, в) и приведенная центробежная сила Т. Эти силы можно привести к двум действующим в различных плоскостях силам Р и Q, расположенных, например, для удобства измерения в его опорах. Значения этих сил определяются по формулам:

При вращении детали, кроме реакций от действующих на нее внешних сил, возникают также реакции от неуравновешенных сил Р и Q, что повышает нагрузку на подшипники и сокращает срок их службы.

Для уменьшения неуравновешенности до допустимых значений применяют балансировку вращающихся деталей и узлов, которая включает определение величины и угла дисбаланса и корректировку массы балансируемого изделия путем ее уменьшения или прибавления в определенных местах. В зависимости от вида неуравновешенности различают статическую или динамическую балансировку.

В машиностроении обычно применяются, как более простые, устройства первого типа: с двумя горизонтально установленными параллельными призмами (рис. 6.53, а) или двумя парами установленных на подшипниках качения дисков (рис. 6.53, 6), а также балансировочные весы (рис. 6.56). В первых двух случаях (см. рис. 6.53) балансируемую деталь 1 плотно насаживают на оправку 2 или закрепляют концентрично с ней, обычно с помощью раздвижных конусов. Оправку устанавливают на расположенные горизонтально призмы 3 или диски 4.

Метод выявления неуравновешенности зависит от величины дисбаланса. Если крутящий момент, создаваемый неуравновешенной массой относительно оси оправки, превышает момент сопротивления сил трения качению оправки по призмам (случай с явно выраженной неуравновешенностью), то деталь вместе с оправкой будет перекатываться по призмам, пока центр тяжести детали не займет нижнее положение. Закрепив груз массой m на диаметрально противоположной стороне детали, можно ее уравновесить. Для этого также в детали сверлят отверстия, которые заполняют более плотным материалом, например, свинцом. Обычно же уравновешивание обеспечивается удалением части металла с утяжеленной стороны детали (сверлением отверстий на определенную глубину, фрезерованием, спиливанием и т.п.).

Рис. 6.53. Схемы устройств для статической балансировки с призмами (а) и дисками (б); 1 балансируемый объект; 2 оправка; 3 призма; 4 диск

В обоих случаях для выполнения балансировки детали требуется знать удаляемую или добавляемую к ней массу металла. Для этого деталь с оправкой устанавливают на призмах так, чтобы центр их тяжести располагался и плоскости, проходящей через ось оправки. В диаметрально противоположной точке детали прикрепляют такой груз Q, при котором неуравновешенная масса m может повернуть диск на небольшой (около 10°) угол. Затем оправку с деталью поворачивают в том же направлении на 180° так, чтобы центры приложения груза Q и массы m находились снова в одной горизонтальной плоскости. Если отпустить диск в этом положении, то он повернется в обратном направлении на угол α. Возле груза Q прикрепляют такой добавочный груз q (магнитный или липкий), который воспрепятствовал бы указанному повороту оправки 2 и мог обеспечить ее поворот на такой же малый угол в противоположном направлении.

Зная массы Q и q, определяют искомую массу уравновешивающего груза Q 0 :

Для обеспечения балансировки такую массу металла следует добавить к детали в точке приложения груза Q или удалить с детали в диаметрально противоположной точке. Если требуется изменить расчетную массу уравновешивающего груза или точку ее приложения, то пользуются соотношением

где г радиус положения расчетного уравновешивающего груза Q 0 ; Q 1 масса постоянного уравновешивающего груза; R расстояние от оси оправки до точки его приложения.

Возможен также случай скрытой статической неуравновешенности, когда момент, создаваемый неуравновешенной массой детали, недостаточен для преодоления момента трения качения между оправкой и призмами, и оправка с деталью при установке на призмы или диски остаются неподвижными.

В этом случае для определения неуравновешенности деталь размечают по окружности на 812 равных частей, которые отмечают соответствующими точками, как показано на рис. 6.54. При сложности или невозможности разметки балансируемой детали применяют специальный диск с делениями, который закрепляют неподвижно на конце оправки.

Затем перекатывают оправку с деталью по призмам в направлении, указанном стрелкой, и поочередно совмещают размеченные точки с горизонтальной плоскостью, проходящей через ось вращения оправки. Для каждого из этих положений детали подбирают груз q, который устанавливают на расстоянии г от оси оправки. Под действием этого груза оправка с деталью должна поворачиваться примерно на одинаковый угол (около 10°) в направлении перекатывания по призмам. Положение, для которого величина этого груза минимальна, например 4, определяет плоскость расположения центра неуравновешенной массы G.

Рис. 6.54. Схема определения скрытой неуравновешенности на начальном (а) и завершающем (б) этапах

Затем груз q снимают, и оправку поворачивают на 180° в направлении, указанном на рис. 6.54 стрелкой. В точке 8 на том же расстоянии от оси вращения оправки закрепляют такой груз Q (рис. 6.54, б), который обеспечивает поворот в том же направлении и на такой же угол. Масса Q 0 материала, удаляемого в точке 4 или добавляемого в точке 8 для балансировки детали, определяется из условия ее равновесия:

При выборе типа устройства следует учитывать, что его чувствительность тем выше, чем меньше сила трения между оправкой и опорами, поэтому более точными являются устройства с балансировочными дисками (см. рис. 6.53, б). Преимуществом этих устройств являются также менее жесткие требования к точности их установки по сравнению с призмами и более удобные и безопасные условия труда, так как при расположении оправки между двумя парами дисков исключается возможность ее падения с балансируемой деталью. Для уменьшения трения в опорах с дисками применяют наложение на них вибраций. Соприкасающиеся поверхности оправки и призм или дисков должны быть точно изготовлены и содержаться в идеальном состоянии. На них не допускаются забоины, следы коррозии и др. дефекты, снижающие чувствительность устройства.

Для ее повышения применяют также балансировочные устройства с аэростатическими опорами (рис. 6.55). В этом случае оправка с изделием находятся во взвешенном состоянии за счет того, что в опору 1 по каналам 2 и 4 подается под определенным давлением сжатый воздух.

Высокую производительность и точность определения неуравновешенности некоторых деталей обеспечивают балансировочные весы (рис. 6.56). Для ряда типов деталей они являются более эффективными по сравнению с призматическими и роликовыми устройствами, так как позволяют непосредственно определять неуравновешенную массу и место ее расположения в детали.

Рис. 6.55. Схема стенда для статической балансировки на воздушной подушке: 1 опора стенда; 2, 4 каналы для подвода сжатого воздуха; 3 оправка

Рис. 6.56. Схема балансировочных весов для небольших (а) и крупногабаритных (6) деталей: 1 уравновешивающие грузы; 2 коромысло; 3 балансируемая деталь

Оправку с закрепленной на ней балансируемой деталью 3 (рис. 6.56, а) устанавливают на правом конце коромысла 2 весов. На левом конце коромысла подвешивают уравновешивающие грузы 1. Если центр тяжести проверяемой детали смещен относительно оси ее вращения, то при различных положениях детали показания весов будут неодинаковыми. Так, при положении центра тяжести детали в точках S1 или S3 (pиc. 6.56, а) весы покажут фактическую массу проверяемой детали. При положении центра тяжести в точке S2 их показания максимальны, а при положении центра тяжести в точке S4 минимальны. Для определения положения центра тяжести детали показания весов фиксируют, периодически поворачивая ее вокруг своей оси на определенный угол, например, равный 30°.

Дисбаланс изделий типа дисков большого диаметра удобно определять на специальных весах (рис. 6.56, б). Они имеют две расположенные во взаимно перпендикулярных направлениях стрелки и приводятся в уравновешенное (горизонтальное) состояние с помощью грузов, расположенных диаметрально противоположно стрелкам.

Балансируемую деталь устанавливают с помощью специального приспособления на весах так, чтобы ее ось проходила через вершину опоры весов, выполненной в виде конического острия и соответствующего углубления в основании. При наличии у детали дисбаланса весы с деталью отклоняются от горизонтального положения. Перемещая по детали уравновешивающий груз, весы приводят в исходное (горизонтально) положение, контролируя его с помощью стрелок. По массе и положению уравновешивающего груза определяют величину и место нахождения дисбаланса.

Устройства второго типа для статической балансировки основаны на принципе регистрации центробежной силы, возникающей при вращении неотбалансированной детали. Они представляют собой специальные балансировочные станки, схема одного из которых приведена на рис. 6.57. Станок позволяет не только устанавливать наличие дисбаланса, но и устранять его сверлением отверстий.

Балансируемая деталь 1 устанавливается концентрично и закрепляется на столе 9, снабженном угловой шкалой. Двигатель 7 сообщает столу с деталью вращение с угловой частотой ω, поэтому при наличии у детали дисбаланса а возникает центробежная сила, под действием которой и реакции пружин 8 система получает колебательные движения относительно опоры 6. Последние фиксируются измерительным преобразователем (ИП), связанным со счетно-логическим устройством (СЛУ).

В момент максимального отклонения системы вправо СЛУ включает стробоскопическую лампу 4, освещающую угловую шкалу на столе 9, и передает на индикаторное устройство 5 сигнал, пропорциональный дисбалансу. Устройство 5, которое может быть стрелочного или цифрового типа, показывает значение требуемой глубины сверления.

Оператор фиксирует высвечиваемое на экране 3 угловое расположение дисбаланса. После остановки стол поворачивают вручную на требуемый угол и сверлом 2 в детали 1 сверлят отверстие на расстоянии г от оси вращения на глубину, необходимую для обеспечения балансировки детали. Существуют также балансировочные станки, на которых поворот диска в требуемую точку (или несколько точек) для выполнения сверления и процесс сверления выполняются в автоматическом режиме.

Рис. 6.57. Схема станка для статической балансировки: 1 балансируемая деталь; 2 сверло; 3 экран; 4 стробоскопическая лампа; 5 индикаторное устройство; 6 шарнирная опора; 7 электродвигатель; 8 пружина; 9 стол; ИП измерительный преобразователь; СЛУ счетно-логическое устройство

Точность статической балансировки характеризуется величиной е 0 ω р , где е 0 остаточный удельный дисбаланс; ω р - максимальная рабочая частота вращения детали при эксплуатации.

Балансировка на призмах (см. рис. 6.53, а) обеспечивает е 0 = 2080 мкм, на дисковых опорах (см. рис. 6.53, б) е 0 = 1525 мкм, в аэростатических опорах (см. рис. 6.55) е 0 = 38 мкм, на станке по рис. 6.57 е 0 = 13 мкм. Международным стандартом МС 1940 предусмотрено 11 классов точности балансировки.

Статическая балансировка недостаточна для устранения дисбаланса у длинных объектов, когда неуравновешенная масса распределена вдоль оси вращения и не может быть приведена к одному центру. Такие тела подвергаются динамической балансировке.

У динамически отбалансированной детали сумма моментов центробежных сил масс, вращающихся относительно оси детали, равна нулю. Поэтому динамической балансировкой достигают совпадения оси вращения детали с главной осью инерции данной системы.

Если динамически неуравновешенное тело установить на податливые опоры, то при его вращении они совершают колебательные движения, амплитуда которых пропорциональна значению действующих на опоры неуравновешенных центробежных сил Р и Q (рис. 6.58). Способы динамической балансировки основаны на измерении колебаний опор.

Динамическую балансировку каждого конца детали обычно выполняют отдельно. Сначала, например, опору Ι (см. рис. 6.58) оставляют подвижной, а противоположную опору II закрепляют. Поэтому вращающийся объект в этом случае совершает колебательные движения в пределах угла α относительно опоры II только под действием силы Р.

Для повышения точности определения дисбаланса детали амплитуду колебаний опор измеряют при частоте ее вращения, совпадающей с частотой собственных колебаний балансировочной системы, т.е. в условиях резонанса. При динамической балансировке определяют массу и положение грузов, которые следует добавить к детали или удалить с нее. С этой целью применяют специальные балансировочные станки различных моделей в зависимости от массы уравновешиваемых деталей. Балансировка свободного конца детали заключается в определении значения и направления силы Р и устранения ее вредного влияния установкой в определенном месте уравновешивающего груза или удалением определенного количества материала. Затем закрепляют опору Ι, а опору II освобождают и аналогично выполняют балансировку детали со второго конца. Для упрощения конструкции станка подвижной делают обычно одну опору, а возможность балансировки детали с двух концов обеспечивается ее переустановкой на 180°.

Рис. 6.58. Схема колебаний детали при динамической балансировке

На этом принципе основана схема станка (рис. 6.59) для динамической балансировки, аналогичного рассмотренному выше (см. рис. 6.57).

Рис. 6.59. Схема станка для динамической балансировки: 1 балансируемая деталь; 2 угловая шкала; 3 экран; 4 стробоскопическая лампа; 5 индикаторное устройство; 6 пружина; 7 основание; 8 опора; 9 электродвигатель; 10 электромагнитная муфта; ИП измерительный преобразователь; СЛУ счетно-логическое устройство

Устройства ИП, СЛУ, 5,4,3 и угловая шкала 2 имеют то же назначение, что и аналогичные элементы в станке по рис. 6.57.

Балансируемую деталь 1 устанавливают на опоры основания 7, которое может совершать под действием пары сил инерции Q 1 Q 2 и реакции пружины 6 колебания относительно оси 8. Деталь приводится во вращение двигателем 9 через электромагнитную муфту 10, с угловой скоростью ω, несколько большей, чем резонансная частота собственных колебаний системы.

После проведения балансировки детали в плоскости bb ее поворачивают на 180° для проведения балансировки в плоскости аа. О качестве динамической балансировки судят по амплитуде вибрации, допускаемое значение которой указывается в технической документации. Оно зависит от частоты вращения отбалансированной детали и при частоте вращения 1000 мин -1 составляет 0,1 мм, а при 3000 мин -1 0,05 мм.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Министерство высшего образования российской федерации

Кузбасский государственный технический университет

Кафедра процессов, машин и аппаратов химических производств

Статическая балансировка вращающихся частей машины

Составитель В.А. Плотников

Статической балансировкой называют процесс устранения статической неуравновешенности вращающихся частей машин и аппаратов: маховиков; шкивов; зубчатых колёс; роторов и т.д.

Статическая неуравновешенность характеризуется тем, что ось вращения тела располагается параллельно его главной центральной оси инерции (см. рис. 1). При этом центр массы тела ( ц. м. ) совпадающий с центром тяжести ( ц. т. ) не лежит на оси вращения , а смещён относительно неё на некоторое расстояние - е.

При вращение статически неуравновешенного тела возникают неуравновешенные центробежные силы (далее именуемые центробежными), которые через опорные элементы (подшипники) воспринимаются и уравновешиваются внешней системой. Центробежная сила ( F_ц ) возникающая вследствие статической неуравновешенности ротора, приложена в точке расположения центра массы, действует по нормали к окружности, описываемой центром массы (следовательно вращается совместно с ротором)

где m_p – масса ротора

е – смещение центра массы ротора относительно оси вращения

? – угловая скорость вращения ротора

n – частота вращения ротора

Легко подсчитать, что на ротор массой m_o = 10 кг. вращающегося с частотой n = 50 c -1 и имеющего смещение e = 0.1 мм. будет действовать центробежная сила величиной F_ц= 99 Н = 9,9 кгс.

Из данного примера видно, какой большой величины может достигать центробежная сила даже при столь не значительном смещении центра массы ротора относительно оси вращения. Особенно большие центробежные силы наблюдаются у роторов, вращающихся с высокой скоростью ( n > 50 c -1 ), т. к. величина F_ц пропорциональна квадрату скорости вращения. Количественной оценкой статической неуравновешенности ротора принято считать либо величину смещения центра массы ротора относительно оси вращения, либо статический момент ротора ( М ст. ), либо коэффициент статической неуравновешенности ротора ( К ст. ). Последний параметр показывает, во сколько раз центробежная сила, вызванная статической неуравновешенностью, превышает вес ротора и определяется по соотношению:

где G_P – вес ротора

g – ускорение свободного падения

Из соотн6ошения ( 2 ) следует, что коэффициент статической неуравновешенности ротора можно рассматривать как отношение центробежного ускорения центра массы ротора ( а_ц = е? 2 ) к ускорению свободного падения.

Статический момент ротора представляет собой произведение величины смешения центра массы ротора относительно оси вращения на вес ротора.

Статический момент заставляет статически неуравновешенный ротор принимать такое положение в пространстве (при наличие поля тяжести и отсутствий трения в опорах), при котором его потенциальная энергия будет минимальна. В общих условиях это соответствует тому, что из всех возможных положений центр масс ротора займёт точку, наименее удалённую от центра Земли. Статический момент позволяет обнаружить статическую неуравновешенность ротора даже без его вращения. Поэтому данный вид неуравновешенности и называется статическим.

На практике статическая неуравновешенность вращающихся элементов оборудования может быть вызвана различными причинами: неточность изготовления ротора ( биение вала, несоосность рабочего органа и вала и т.д. ); наличие пустот или инородных включений в теле ротора ( шеек вала, рабочих органов ) и др. Центробежные силы от неуравновешенных масс является одной из основных причин вибрации оборудования и могут оказывать существенное влияние на его надёжность и качества функционирования. С целью устранения отрицательного воздействия центробежных сил на оборудование их вращающиеся детали и сборочные единицы подвергаются балансировке, статической или ( и ) динамической.

Статической балансировке подвергаются преимущественно роторы доскообразной формы не быстроходных машин. Условия применения статической балансировки предполагают выполнение трёх соотношений ( 4 ).

Вследствие того, что статическая балансировка не позволяет выявить динамическую и смешанную неуравновешенности, её не применяют для ответственных и быстроходных машин.

Сущность процесса статической балансировки заключается в том, что к лёгкой стороне ротора, диаметрально противоположно смещённому центру массы, прикрепляется уравновешивающий груз такой величины, при которой статическая неуравновешенность ротора либо устраняется полностью, либо снижается до предельно-допустимой величины. Уравновешивающий груз изменяет положение центра массы ротора и позволяет уменьшить его смещение от оси вращения до сколько угодно малой величины.

Условие достаточности статического уравновешивания в аналитическом виде может быть представлено любым из следующих соотношений:

В данных соотношениях e * , M * _ст , K * _ст – предельно-допустимые величины, соответственно, смещения центра массы ротора относительно оси вращения, коэффициенты статической неуравновешенности ротора. Статический момент ротора после установки уравновешивающего груза должен соответствовать соотношению (6)

где m_y и R_y – масса уравновешивающего груза и расстояние от центра массы уравновешивающего груза до оси вращения ротора.

Решая неравенство ( 8 ) относительно m_y, получим

Полагая М * _СТ = 0 , получим значение массы уравновешивающего груза, когда статический момент ротора устраняется полностью

Выражение ( 10 ) позволяет определить массу уравновешивающего груза ( при заданных m_P и R_Y ), если известно смещение центра массы ротора относительно оси вращения. В реальных условиях величина e является неизвестной и определяется экспериментальным путём по величине максимального статического момента ротора.

Существуют различные способы и устройства для осуществления статической балансировки вращающихся тел. Наиболее практическое применение получили устройства с линейными опорами и горизонтальным расположением оси балансирующего ротора. Устройства этого вида просты в изготовлении и обеспечивают наилучшее качество балансировки. Схема типового балансировочного устройства с линейными опорами показана на рис. 2. Устройство включает массивную станину, выполненную, как правило, способом литья и состоящую из основания 1 и двух стоек 2. С целью исключения вибрации и микроперемещения устройства его станину устанавливается на фундамент. В устройствах, предназначенных для балансировки крупногабаритных роторов, станина может отсутствовать. Её роль выполняют две независимых стойки, установленные на единый фундамент. При любом исполнение в верхней части стоек имеются горизонтальные поверхности, к которым крепятся линейные опорные элементы 3: ножи ( рис.2, 1-а ); призмы ( рис.2. 1-б ); скалки ( рис.2. 1-в ). Непременным требованием для всех балансировочных устройств данного вида является расположение рабочих поверхностей линейных опор строго в единой горизонтальной плоскости.

Длина ( L ) линейных опор назначается такой, чтобы ротор при перекатывании мог сделать 1,5-2 оборота в обе стороны от центра опор:

где d – диаметр шейки вала ротора.

Опорные элементы изготавливаются из закалённой углеродистой качественной стали ( сталь 40; сталь 50; сталь 40ХН; сталь 50 Г и др. ), рабочие поверхности тщательно отшлифовываются до значения параметра шероховатости R_a = 0,08 – 0,16 мкм. Ширина ( b ) рабочей поверхности линейной опоры устанавливается в зависимости от веса балансируемого ротора. При этом исходя из следующих соображений линейные опоры должны оказывать минимальное сопротивление перекатывания ротора; контактные напряжения в зоне взаимодействия вала ротора и опоры не должны превышать предельно допустимые величины.

Второе требование представляет собой условие контактной прочности взаимодействующих элементов и может быть представлено в виде соотношения

где ?_к – наибольшее контактное напряжение, возникающее при взаимодействии вала ротора с линейной опорой.

?_к * – предельно-допустимая величина контактных напряжений.

Наибольшее контактное напряжение возникает в центре пятна контакта вала ротора и опоры. Их величина рассчитывается по формуле ( 2 ).

где P_мах – максимальное усилие, приходящиеся на единицу ширины рабочей поверхности линейной опоры

?₀, ?_В – коэффициенты Пуассона для конструкционных материалов опоры и вала

E₀, E_В – модули упругости конструкционных материалов опоры и вала

Максимальное усилие определяется по части веса ротора, воспринимаемого наиболее нагруженной опорой:

где G₁, G₂ – часть веса ротора, приходящиеся, соответственно, на первую и вторую опоры

В большинстве практических случаев можно принять ?_В = ?₀ = 0,3 и E_В = E₀ = 2?10 5 МПа. С учётом данного обстоятельства уравнение ( 13 ) примет вид:

Предельно-допустимая величина контактных напряжений назначается из условия отсутствия пластических деформации вала и опоры в зоне контакта ( с учётом запаса прочности ) и зависит от марки конструкционного материала взаимодействующих элементов. Для их определения можно воспользоваться данными приведёнными в учебном пособие [ 2 ]. При отсутствии сведений о прочностных свойствах конструкционного материала рекомендуется принимать ? * _к = 800 МПа.

Приравнивая в выражении ( 15 ) контактные напряжения предельно-допустимым напряжениям, найдём максимальную нагрузку ( G_max ) на одну из опор:

Выражение (16) позволяет так же рассчитывать по известной максимальной нагрузке опоры необходимую ширину её поверхности:

Ориентировочно ширина рабочей поверхности линейной опоры назначается в зависимости от массы ротора [ 4 ]:

Масса ротора, кг

Ширина рабочей поверхности опоры, мм

ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ БАЛАНСИРОВКИ

На практике процесс статической балансировки роторов при помощи устройств с линейными опорами выполняют в пять стадий:

выбор расположения и величины рабочих уравновешивающих грузов;

установка и крепление рабочих уравновешивающих грузов;

контроль качества балансировки;

Грубая балансировка выполняется с целью устранения явной неуравновешенности ротора без учёта сил сопротивления, препятствующих его обкатыванию на опорах. Грубая балансировка производится следующим образом. Ротор помещают на устройство так, чтобы его ось вращения располагалась горизонтально и перпендикулярно линейным опорам. Желательно чтобы ротор был надет на собственный рабочий вал. В случае невозможности выполнение этого требования ротор крепится на специально изготовленную оправку. Если вал ротора имеет разные диаметры опорных шеек, то на меньшую из них вытачивают выравнивающую втулку. В исходном состоянии ротор располагают в средней части устройства и предоставляют возможность свободно перекатываться по линейным опорам. Под действием статического момента ротор будет совершать колебательные перекатывающие движения до тех пор, пока не займёт положение, близкое к равновесию.

В том случае если ротор, перемещённый на балансировочное устройство, не перекатывается по линейным опорам, его необходимо повернуть (в любую сторону) на 90 0 или сообщить лёгкий толчок для преодоления сил трения покоя.

Если бы отсутствовали силы сопротивления, препятствующие перекатыванию ротора на опорах, его смещенный центр тяжести расположился бы в самой нижней точке траектории движения, т.е. в нижней части вертикали, пересекающейся с осью вращения. В реальных условиях центр тяжести ротора будет находиться вблизи точки равновесия. Для установления положения смещенного центра тяжести на торцевой поверхности ротора, после того как он займет положение равновесия, наносится меловая метка I (см.рис. 3), которая должна совпадать с вертикальной линией, опущенной из центра вращения. Затем ротор поворачивают в любую сторону на 90° (при этом метка I займёт горизонтальное положение слева или справа от оси вращения) и предоставляют ему возможность свободного перекатывания на опорах. Новое положение равновесия отмечают меткой 2. Операцию повторяют еще раз, при этом ротор располагает на опорах таким образом, чтобы исходная метка I находилась в горизонтальной плоскости с другой стороны от оси вращения. После затухания колебательных движений ротора положение равновесия отмечают меткой 3. Далее полагают, что смещенный центр тяжести лежит на линии, являющейся биссектрисой угла, заключенного методу метками 2 и 3. Эту линию обозначают меткой 4. Сторона ротора, обозначенная меткой 4 (где расположен смещенный центр тяжести), называется тяжелой.

Противоположная от оси вращения сторона ротора называется легкой. Затем приступают к устранению явной статической неуравновешенности ротора. Для этого ротор ориентируют на балансировочном устройстве таким образом, чтобы метка 4 находилась в горизонтальной плоскости. К легкой стороне ротора в удобном месте (как правило, па боковой поверхности) прикрепляют уравновешивающий груз такой величины, при котором на ротор перестает действовать статический момент. При этом ротор должен находиться в состоянии равновесия при любом его положении на опорах. Величина уравновешивающего груза подбирается опытным путем.

Признаком правильности подбора величины уравновешивающего груза является отсутствие движения ротора в любую сторону при расположении метки 4 в горизонтальной плоскости как справа, так и слева от оси вращения. Для уравновешивания удобно пользоваться либо небольшими магнитами массой 1-3 г (если ротор изготовлен из магнитопроводного материала), либо пластилином, прилепляемым мелкими порциями к выбранному месту на поверхности ротора.

Выполняя грубую балансировку следует придерживаться следующих правил:

плоскость коррекции (плоскость, перпендикулярная оси вращения, в которой располагается центр массы уравновешивающего груза) должна либо преходить через центр массы ротора, либо располагаться на незначительном удалении от него;

уравновешивающий груз желательно помещать в такой месте, чтобы было известно или было удобно замерять расстояние от оси вращения до центра массы груза;

место расположения уравновешивающего груза по возможности должно совпадать с местом расположения рабочего уравновешивающего груза,

Если последнее требование выполняется, то спадает необходимость пересчета массы уравновешивающего груза при изменении радиуса его расположения относительно оси вращения.

После устранения неуравновешенности ротора приступают к выполнению второй стадии - точной балансировки. Точная балансировка осуществляется с целью устранения скрытой неуравновешенности ротора, которая из-за наличия сил, препятствующих свободному перекатыванию ротора на опорах, не приводит к его вращению. Силы сопротивления перекатыванию ротора могут быть обусловлены различными причинами: негоризонтальность к непараллельность линейных опор; недостаточная твердость и плохое качество обработки рабочих поверхностей опор и шеек вала; наличие дефектов (царапин, вмятин) и загрязнений (пыли, липких веществ) на опорах и шейках вала; прогиб опор и вала и т.д. Точная балансировка выполняется следующим образом. Торцевая поверхность ротора (см.рис. 4) делится на 8, 12 или 16 равных секторов. Линии, делящие торцевую поверхность на сектора, нумеруются по порядку. Направление нумерации линий может быть произвольным: по часовой стрелке или против. Ротор с прикрепленным к нему уравновешивающим грузом поворачивают таким образом, чтобы линия под номером 1 оказалась в горизонтальной плоскости. К боковой поверхности ротора напротив линии 1 прикрепляют пробный груз такой величины, масса которого достаточна (без избытка) для вывода ротора из состояния равновесия. Величину пробного груза, приводящего к разбалансировке ротора, определяют опытным путем, посредством последовательного прикрепления к ротору мелких порций пластилина до тех пор, пока он не придёт в движение. Затем груз снимают и взвешивают на весах с точностью до десятых долей грамма. Аналогичные операции поочередно выполняют для всех других положений ротора, обозначенных номерами. По данным о величине пробных грузов, вызывающих разбаланс ротора в его различных положениях, строят диаграмму (см. рис. 4). По диаграмме определяют максимальную (m_max) и минимальную (m_min) массу пробного груза, необходимого для вывода ротора из равновесия. Там, где располагался груз наибольшей величины, находится легкая сторона ротора, а в том месте, где устанавливался груз наименьшей величины, находится тяжелая сторона ротора. Следует подчеркнуть, что грузы m_max и m_min должны находиться в диаметрально противоположных точках. Для устранения скрытой неуравновешенности ротора к его легкой стороне прикрепляют корректирующий груз, масса которого определяется по формуле

Момент сопротивления (трения), обусловленный силами, препятствующими свободному перекатыванию ротора на операх, составит

Второй и третий виды неуравновешенности характерны для деталей, имеющих значительную длину по сравнению с диаметром (роторы) и устраняются динамической (двухплоскостной) балансировкой. Динамическую балансировку выполняют на машиностроительных заводах, так как в условиях монтажа и ремонта в мастерских предприятий молочной промышленности ее трудно осуществить. Неуравновешенность, при которой силы… Читать ещё >

технологическое оборудование молочной отрасли. монтаж
наладка
ремонт и сервис

Балансировка вращающихся деталей ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Такие крупные детали, как шкивы, маховики, роторы и воздуходувы, вращающиеся с большими скоростями, должны быть хорошо уравновешены во избежание биения, вибрации, нарушения центровки и повышения нагрузки на опорные детали. Различают три вида неуравновешенности:

— неуравновешенность, вызываемая смещением центра тяжести детали относительно оси вращения, при которой сила инерции приводится к одной равнодействующей центробежной силе. Такая неуравновешенность характерна для деталей с незначительной осевой длиной по сравнению с диаметром (маховики, шкивы, зубчатые колеса) и устраняется статической (одноплоскостной) балансировкой;
— неуравновешенность, при которой силы инерции приводятся к равнодействующей паре сил, создающей центробежный момент инерции относительно оси вращения;
— неуравновешенность, при которой силы инерции приводятся к равнодействующей силе и к паре сил.

Считают, что допустимое смещение центра тяжести равно частному от деления 2 • 10 8 на квадрат частоты вращения детали.

Статическая или силовая балансировка основана на использовании статического неуравновешенного момента, под действием которого деталь поворачивается до тех пор, пока наиболее тяжелая часть окажется вертикально под осью вращения детали и появится возможность осуществить балансировку путем установки дополнительных грузов на диаметрально противоположной стороне детали или путем облегчения наиболее тяжелой части детали. Статическую балансировку выполняют путем установки детали на призмах, вращающихся опорах, весах или непосредственно на месте установки детали. Иногда деталь предварительно закрепляют на оправке. Балансировочные призмы, изготовленные с большой точностью из закаленной стали, устанавливают на балансировочном устройстве параллельно и горизонтально с точностью до 0,02 мм/м. Процесс балансировки состоит из двух операций (12, "https://referat.bookap.info").

Первая операция заключается в устранении основного дисбаланса. Для этого окружность торца балансируемой детали делят на 6—8 частей и, поворачивая деталь на призмах на 45°, каждый раз находят и отмечают нижнюю точку, т. е. наиболее тяжелую часть. Если при этом нижнее положение будет занимать одна и та же точка, то через нее проводят диаметр и, подбирая груз на его противоположном конце, компенсируют дисбаланс, т. е. достигают безразличного равновесия. Грузом может служить замазка или небольшие кусочки металла, приклеиваемые к детали. Затем временные грузы заменяют постоянными, прочно закрепляя их к детали в нужном месте, и контролируют правильность балансировки. Иногда, наоборот, утяжеленные части детали облегчают, высверливая небольшие углубления.

Вторая операция заключается в определении остаточного дисбаланса вследствие наличия сил трения между призмами и оправкой или устранении так называемой невыявленной неуравновешенности. При этом на каждом из размеченных делений поочередно в горизонтальной плоскости фиксируют грузики в точках, одинаково удаленных от центра, пока деталь не начнет вращаться на призмах. Массы пробных грузиков заносят в таблицу, и на ее основании строят кривую, фиксирующую крайние точки, которые соответствуют наибольшей разности грузов (рис. 7.16). Низшая точка кривой соответствует наиболее тяжелому месту детали. Окончательно уравновешивающий груз необходимо установить в диаметрально противоположном месте. Величину груза определяют по формуле.

где Q — величина груза; А_макс и А_мин — соответственно максимальная и минимальная масса грузов, расположенных на одном диаметре.

Дополнительный груз закрепляют на детали в месте, соответствующем высшей точке кривой, и делают окончательную проверку, определяя остаточную неуравновешенность. Допустимая величина статической неуравновешенности зависит от конструкции машины и режима ее работы. Точность статической балансировки на призмах позволяет обнаружить остаточное смещение центра тяжести детали от оси вращения на 0,03—0,05 мм, а на балансировочных весах до 5 мкм.

Рис 7.16. Диаграмма контроля балансировки.

Динамическую балансировку выполняют на машиностроительных заводах, так как в условиях монтажа и ремонта в мастерских предприятий молочной промышленности ее трудно осуществить.

Читайте также: