При технологической обработке вращающихся деталей (шкивов, зубчатых колес, валов, барабанов и т. д.) трудно получить их полную уравновешенность вследствие неоднородности металла (пустоты, раковины при отливке, некоторые неточности при механической обработке и сборке). Неуравновешенность вращающейся детали выражается в том, что центр тяжести не совпадает с осью вращения. Кроме того, эта ось вращения не является главной центральной осью инерции вращающейся детали. Самый процесс уравновешивания вращающейся детали называют балансировкой. Имеются два вида балансировки - статическая и динамическая .

Чтобы статически уравновесить вращающуюся деталь, надо центр ее тяжести перенести на геометрическую ось вращения. Такой вид уравновешивания называется статической балансировкой.

Рис. 110. Виды статической балансировки :

а - положение трех главных центральных осей; б - пример балансировки; в -установка для статической балансировки: 1, 3 - направляющие, 2 -уравновешиваемая деталь, г - профили направляющих

На рис. 110, а даны положения трех главных центральных осей XX, YY и ZZ. Если центр тяжести S вращающегося тела перенести в точку О пересечения главных центральных осей, то это тело будет находиться в равновесии.

Пусть центр тяжести S диска А удален от оси вращения YY на расстояние l 1 , тогда при вращении диска А появится центральная сила инерции Р и. Эта сила Р и при вращении диска А будет создавать дополнительное давление на вал и на подшипник. При этом давление от силы инерции намного превосходит задаваемые силы, особенно при больших числах оборотов вала.

Неуравновешенность центробежных сил приводит к упругим периодическим колебаниям вала. При больших скоростях эти колебания вала передаются через подшипники и станину на фундамент, который может подвергнуться преждевременному разрушению.

Чтобы уравновесить силу инерции Р и, надо центр тяжести перенести на ось вращения. Это можно осуществить, приложив с противоположной стороны в точке S" силу Р и " :

Объясним это на примерах.

На круглом вращающемся диске (рис. 110, б) закреплена масса m 1 , удаленная от оси вращения на расстояние r 1 . Требуется уравновесить массу m 1 другой массой m 2 , закрепленной с противоположной стороны на расстоянии r 2 . Полное уравновешивание диска произойдет тогда, когда развиваемые массами m 1 и m 2 силы инерции Р и1 и Р и2 будут равны между собой.

Самым простым устройством для статической балансировки являются параллельные стенды. Конструкция их ясна из рис. 110, в. Профили направляющих, по которым перекатывается уравновешиваемая деталь, показаны на рис. 110, г. Чтобы уменьшить коэффициент трения, рабочая часть направляющих должна быть закалена и тщательно отшлифована. Ширину b делают минимальной, чтобы не создавать вмятин на поверхности цапф.

Стенд для балансировки должен быть снабжен комплектом направляющих с различной шириной опорной части.

Направляющие круглого сечения, не имеющие плоской опорной поверхности, используются для деталей массой 40-50 кг. Преимущество круглых направляющих заключается в простоте обработки и в возможности путем поворота их на небольшой угол исключать из зоны контакта поврежденные места.

Для балансировки тяжелых деталей и узлов применяются направляющие квадратного или прямоугольного сечения.

Статическое уравновешивание обычно выполняют на специальных оправках. Для корректирования и уравновешивания массы применяют различные приспособления (рис. 111).

Рис. 111. Приспособление для устранения неуравновешенности подвешиванием к детали металлических грузов

Неуравновешенность устраняется подвешиванием к детали металлических грузов. Линейка 1 с передвижным грузом 2 с помощью струбцины 3 прикрепляется к уравновешиваемой детали 4, а противовес 5 закрепляется отдельно. Статическая балансировка может уравновесить деталь только относительно ее оси вращения, но не может устранить действия сил, стремящихся повернуть продольную ось. Это относится к деталям и узлам, имеющим длину больше диаметра (роторы крупных турбин, турбогенераторов, электродвигателей, быстровращающиеся шпиндели станков, коленчатые валы автомобильных и авиационных двигателей и т. д.).

Чтобы выполнить динамическую балансировку длинного вала, применяют специальные балансировочные машины, на которых определяют центробежную силу, величину эксцентриситета, вес груза для уравновешивающей пары моментов. Работу эту выполняют специалисты-балансировщики.

Неуравновешенность любой вращающейся детали тепловоза может возникнуть как в процессе эксплуатации вследствие неравномерного износа, изгиба, скопления загрязнений в каком-либо одном месте, при утере балансировочного груза, так и в процессе ремонта из-за неправильной обработки детали (смещения оси вращения) или неточной центровки валов. Для уравновешивания деталей их подвергают балансировке. Существуют два вида балансировки : статическая и динамическая .

Рис. 1. Схема статического уравновешивания деталей:

Т1 — масса неуравновешенной детали; Т2 — масса уравновешивающего груза;

L1, L2 — их расстояния от оси вращения.

Статическая балансировка . У неуравновешенной детали ее масса располагается несимметрично относительно оси вращения. Поэтому при статическом положении такой детали, т. е. когда она находится в покое, центр тяжести будет стремиться занять нижнее положение (рис.1). Для уравновешивания детали добавляют с диаметрально противоположной стороны груз массой Т2 с таким расчетом, чтобы его момент Т2L2 был равен моменту неуравновешенной массы Т1L1. При этом условии деталь будет находиться в равновесии при любом положении, так как центр тяжести ее будет лежать на оси вращения. Равновесие может быть достигнуто также путем удаления части металла детали высверловкой, спиливанием или фрезерованием со стороны неуравновешенной массы Т1. На чертежах деталей и в Правилах ремонта на балансировку деталей дается допуск, который называют дисбалансом (г/см).

Статической балансировке подвергают плоские детали, имеющие небольшое отношение длины к диаметру: зубчатое колесо тягового редуктора, крыльчатку вентилятора холодильника и т.п. Статическая балансировка ведется на горизонтально-параллельных призмах, цилиндрических стержнях или на роликовых опорах. Поверхности призм, стержней и роликов должны быть тщательно обработаны. Точность статической балансировки во многом зависит от состояния поверхностей этих деталей.

Динамическая балансировка . Динамической балансировке обычно подвергают детали, длина которых равна или больше их диаметра. На рис. 2 показан статически отбалансированный ротор, у которого масса Т уравновешена грузом массой М. Этот ротор при медленном вращении будет находиться в равновесии в любом положении. Однако при быстром его вращении возникнут две равные, но противоположно направленные центробежные силы F1 и F2. При этом образуется момент FJU который стремится повернуть ось ротора на некоторый угол вокруг его центра тяжести, т.е. наблюдается динамическое неравновесие ротора со всеми вытекающими отсюда последствиями (вибрация, неравномерный износ и т. п.). Момент этой пары сил может быть уравновешен только другой парой сил, действующей в той же плоскости и создающей равный противодействующий момент.

Для этого в нашем примере нужно приложить к ротору в той же плоскости (вертикальной) два груза массами Шх = т2 на равном расстоянии от оси вращения. Грузы и их расстояния от оси вращения подбирают так, чтобы центробежные силы от этих грузов создавали момент /уь противодействующий моменту FJi и уравновешивающий его. Чаще всего уравновешивающие грузы прикрепляют к торцовым плоскостям деталей или с этих плоскостей удаляют часть металла.

Рис. 2. Схема динамического уравновешивания деталей:

Т — масса ротора; М — масса уравновешивающего груза; F1,F2 — неуравновешенные, приведенные к плоскостям массы ротора; m1,m2 — уравновешенные, приведенные к плоскостям массы ротора; Р1 Р 2 — уравновешивающие центробежные силы;

При ремонте тепловозов динамической балансировке подвергают такие быстровращающиеся детали, как ротор турбокомпрессора, якорь тягового электродвигателя или другой электрической машины, рабочее колесо воздуходувки в сборе с приводной шестерней, вал водяного насоса в сборе с крыльчаткой и зубчатым колесом, карданные валы привода силовых механизмов.

Рис. 3. Схема балансировочного станка консольного типа:

1 — пружина; 2 — индикатор; 3 якорь; 4 — рама; 5 — опора станка; 6 — опора станины;

I, II — плоскости

Динамическое уравновешивание ведется на балансировочных станках. Принципиальная схема такого станка консольного типа показана на рис. 3. Балансировка, например, якоря тягового электродвигателя ведется в таком порядке. Якорь 3 укладывают на опоры качающейся рамы 4. Рама одной точкой упирается на опору станка 5, а другой на пружину 1. При вращении якоря неуравновешенная масса любого его участка (кроме масс, лежащих в плоскости II — II) вызывает качание рамы. Амплитуда колебания рамы фиксируется индикатором 2.

Чтобы уравновесить якорь в плоскости I — I, к его торцу со стороны коллектора (к нажимному конусу) прикрепляют поочередно различные по массе пробные грузы и добиваются прекращения колебания рамы или его уменьшения до допускаемой величины. Затем якорь переворачивают так, чтобы плоскость I— I проходила через неподвижную опору станины 6, и повторяют те же операции для плоскости II— II. В этом случае балансировочный груз прикрепляют к задней нажимной шайбе якоря.

После окончания всех работ по комплектованию детали подобранных комплектов маркируют (буквами или цифрами) согласно требованиям чертежей

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

Неуравновешенность (дисбаланс ) вращающихся частей является одним из факторов, лимитирующих надежность автомобилей в эксплуатации. Неуравновешенность — состояние, характеризующееся таким распределением масс, которое вызывает переменные нагрузки на опоры, повышенные износ и вибрацию, способствует быстрой утомляемости водителя.

Дисбаланс изделия — векторная величина, равная произведению локальной неуравновешенной массы т на расстояние до оси изделия г или произведению веса изделия G на расстояние от оси изделия до центра масс е, т. е. D = mr = Ge.

Виды неуравновешенности

а - статическая, б - динамическая, смешанная.

Проводится при возникновении в процессе изготовления (восстановления) деталей, сборки узлов и агрегатов и изменяет свое количественное значение в процессе эксплуатации и текущего ремонта.

В зависимости от взаимного расположения оси изделия и его главной центральной оси инерции различают три вида неуравновешенности: статическую, моментную и динамическую.
При статической неуравновешенности ось ОВ вращения детали смещена на эксцентриситет е и параллельна главной центральной оси инерции. Данная неуравновешенность присуща дискообразным деталям (маховики, диски сцепления, шкивы, крыльчатки, сцепления в сборе и др.) и проявляется как в статическом, так и в динамическом состоянии. Статическая неуравновешенность определяется главным вектором дисбалансов (статический дисбаланс).
При моментной неуравновешенности ось изделия и его главная центральная ось инерции пересекаются в центре масс. Данная неуравновешенность определяется главным моментом дисбалансов М или двумя равными по значению антипараллельными векторами дисбалансов в двух произвольных плоскостях.
Моментная неуравновешенность является частным случаем более общей — динамической неуравновешенности, при которой ось изделия и его главная центральная ось пересекаются не в центре масс или перекрещиваются. Присуща она деталям и узлам типа валов, состоит из статической и моментной неуравновешенностей и определяется главным вектором дисбалансов и главным моментом дисбалансов или двумя приведенными векторами дисбалансов (в общем случае разных по значению и непараллельных), лежащих в двух выбранных плоскостях.

Дисбаланс изделия характеризуется числовым значением (в г - мм, г см, кг-см) и углом дисбаланса (в град.) в системе координат, связанных с осью изделия.

Главный вектор дисбалансов В„ может быть разложен на два параллельных DCTl и Дт2, приложенных в выбранных плоскостях, а главный момент дисбалансов М может быть заменен моментом пары равных антипараллельных дисбалансов Ц,1 и DM2 в тех же плоскостях. Геометрические суммы Дт! + Ai = Д и Дт2 + А2 = А образуют два приведенных дисбаланса А и А в выбранных плоскостях, которые полностью определяют динамическую неуравновешенность изделия.
При вращении неуравновешенного изделия возникает переменная по величине и направлению центробежная сила инерции. Приведение изделий, обладающих неуравновешенностью, в уравновешенное состояние осуществляется их балансировкой, т. е. определением дисбаланса изделия и устранением (уменьшением) его путем удаления или добавления корректирующих в определенных точках масс. В зависимости от вида неуравновешенности тела различают два вида балансировки: статическую и динамическую.

Статическая балансировка .

Статическая балансировка производится на стендах с призмами или роликами либо на специальных станках для статической балансировки в динамическом режиме (при вращении тела). Такая балансировка повышает точность балансировки и открывает возможность автоматизации процесса.

Динамическая балансировка вращающихся деталей

При такой балансировке определяются и устраняются (уменьшаются) два приведенных дисбаланса А и А в выбранных плоскостях коррекции путем удаления или добавления двух приведенных корректирующих масс, в общем случае разных по значению и расположенных под разными углами коррекции, в системе координат, связанной с осью детали. При динамической балансировке устраняется (уменьшается) как статическая, так и моментальная неуравновешенность, и изделие становится полностью сбалансированным.

Допустимый дисбаланс деталей: коленчатого вала , карданного вала и.др.