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...

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

Виды неуравновешенности

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

Q =mω 2 ρ,

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 4—5 % 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

М =mω 2 ρa,

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 S—S (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:

Р =m 1 ρ 1 ω 2 ;

Q= m 2 ρ 2 ω 2

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.

Статическая балансировка

Статической балансировкой достигается совмещение центра массы (центра тяжести объекта) с осью его вращения. Наличие неуравновешенности (дисбаланса) и место ее расположения определяют с помощью специальных устройств двух типов. На устройствах первого типа она определяется без сообщения вращения детали за счет уравновешивания ее дисбаланса, а на устройствах второго типа (балансировочных станках) — путем измерения центробежной силы, создаваемой неуравновешенной массой, поэтому вращение детали обязательно.

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 :

Q 0 = Q + q/2.

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

Q 0 = Q 1 R,

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 8—12 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:

Q 0 =Gp/r=(Q-g)/2.

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 = 20—80 мкм, на дисковых опорах (см. рис. 6.53, б) е 0 = 15—25 мкм, в аэростатических опорах (см. рис. 6.55) — е 0 = 3—8 мкм, на станке по рис. 6.57 — е 0 = 1—3 мкм. Международным стандартом МС 1940 предусмотрено 11 классов точности балансировки.

Динамическая балансировка

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.

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
7702.		БАЛАНСИРОВКА ДЕТАЛЕЙ (УЗЛОВ)	284.44 KB
	Приобретение технических навыков выполнения статистической балансировки ведомого диска сцепления и динамической балансировки коленчатого вала с маховиком и сцеплением в сборе. Содержание работы: ознакомление с технологией балансировки изучение оборудования и оснастки для статистической и динамической балансировки устранение статического дисбаланса ведомого диска сцепления двигателей ЗМЗ и ЗИЛ. Оборудование и оснастка рабочего места: балансировочный станок ЦКБ 2468 приспособление для статической балансировки ведомых дисков сцепления с...
9476.		РЕМОНТ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МАШИН. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ	8.91 MB
	Высокая экономическая значимость этого при ремонте машин обусловлена тем что восстановлению подвергаются их наиболее сложные и дорогие детали. Виды технологических процессов восстановления Технологический процесс восстановления детали представляет совокупность действий направленных на изменение ее состояния как ремонтной заготовки с целью восстановления эксплуатационных свойств. Единичный технологический процесс предназначен для восстановления конкретной детали независимо от типа производства Типовой технологический процесс разрабатывается...
9451.		ОЧИСТКА МАШИН, УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ	14.11 MB
	Эксплуатационные загрязнения образуются на наружных и внутренних поверхностях машин узлов и деталей. Осадки образуются из продуктов сгорания и физикохимического трансформирования топлива и масла механических примесей продуктов износа деталей и воды. Опыт и исследования показывают что благодаря качественной очистке деталей в процессе их восстановления повышается ресурс отремонтированных машин и возрастает производительность труда.
18894.		Пригонка и сборка отдельных деталей и узлов механизма баластного насоса	901.45 KB
	Основная часть: Пригонка и сборка отдельных деталей и узлов механизма баластного насоса. Приложения. Даже корректное расположение грузов не всегда может нормализовать и стабилизировать осадку судна в результате чего приходится наполнять его бесполезными с точки зрения реализации грузами. Водяной балласт является самым приемлемым корректирующим грузом на плавсредстве.
1951.		Неуравновешенность роторов и их балансировка	159.7 KB
	Если вращение ротора сопровождается появлением динамических реакций его подшипников что проявляется в виде вибрации станины то такой ротор называется неуравновешенным. Источником этих динамических реакций является главным образом несимметричное распределение массы ротора по его объему.1 б когда оси пересекаются в центре масс ротора S; Динамическую рис. Если масса ротора распределена относительно оси вращения равномерно то главная центральная ось инерции совпадает с осью вращения и ротор является уравновешенным или идеальным.
4640.		МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УЗЛОВ	568.49 KB
	На кристаллах современных БИС можно поместить множество функциональных блоков старых ЭВМ вместе с цепями межблочных соединений. Разработка и тестирование таких кристаллов возможно только методами математического моделирования с использованием мощных компьютеров.
15907.		НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СТАНЦИЙ И УЗЛОВ	667.65 KB
	Железнодорожные станции их классификация 2. Железнодорожные станции их классификация Все железнодорожные линии делятся на перегоны или блок-участки. К ним относятся: разъезды обгонные пункты станции узлы. Станции – обеспечивают движение поездов по графику; отправление всех поездов в строгом соответствии с планом формирования поездов; исправными в техническом и коммерческом отношениях; обеспечивают безопасность движения при выполнении операций по приему отправлению и пропуску поездов производству маневров размещению и креплению грузов...
9483.		Сборка узлов с подшипниками скольжения	10.89 MB
	Сборка цельных подшипников. Основными факторами влияющими на работу и долговечность подшипника являются точность размеров втулки и шейки вала а также соосность подшипников которая должна быть обеспечена при их сборке. Соосность подшипников проверяется при помощи оптического прибора или контрольного вала который пропускается через все отверстия в корпусе. Шейки контрольного вала должны плотно прилегать к поверхностям подшипников.
11069.		Расчет элементов и узлов аппаратуры связи	670.09 KB
	В качестве задающего генератора в работе используется схема на биполярном транзисторе с пассивной RC- цепью. Генератор задает колебания с частотой 12.25 кГц и с определенным напряжением 16 В. Нелинейный преобразователь искажает форму сигнала и в его спектре появляются кратные гармоники, интенсивность которых зависит от степени искажения сигнала.
11774.		процесс разборки узлов проточной части ТВД	1.24 MB
	Перед началом разборки ТВД снимается обшивка всей турбины. Перед вскрытием ТВД должна быть удалена изоляция турбины так как в процессе ремонта производится зачистка под контроль металла цилиндров. Воздушный компрессор и ротор турбины высокого давления в сборе образуют узел компрессора и ротора ТВД.

Каусов М.А - сотрудник редакции

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?

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:

1) найти то самое «нужное место» - направление, на ко тором расположен центр тяжести;

2) определить, сколько «заветных грамм» противовеса необходимо и на каком радиусе их расположить;

3) 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 балансиро вочные 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 1Д1250 - 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

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 длят 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.

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.

Статическая балансировка (использ. в мелк.сер. и ед.пр-вах) сборочных единиц и деталей состоит в определении величины дисбаланса и его устранение путем перестановки отдельных элементов конструкции, удаления в нужных местах сверлением, шлифованием, растачиванием части металла или, наоборот, добавлением соответствующей его массы сваркой и пр.

Динамическая балансировка применяется для уравновешивания вращающихся сборочных единиц, имеющих большую сравнительно с диаметром длину (напр. шпиндель). При такой балансировке искусственно создается система сил, в которой равнодействующие, а также моменты равны нулю или постоянны по величине и направлению.

Колеблющиеся системы балансировочной машины: 1) с неподвижными опорами (рис А). 2) с фиксированной осью колебания оси балансируемого ротора (рис Б). 3) с фиксированной плоскостью колебания оси ротора (рис Г). 4) без жестких связей оси ротора с окружающей средой (рис Д).

Неуравновешенность механизмов мобильных машин увеличивает их вибрацию, что ухудшает управляемость, отрицательно влияет на прочность и вредно отражается на здоровье обслуживающего персонала.

Балансировку деталей обычно осуще­ствляют в механических цехах при их изготовлении. Однако после сборки сбо­рочных единиц, в которые входят отба­лансированные детали, возникает необхо­димость повторной их проверки, так как смещение одной из деталей, даже в преде­лах зазоров, предусмотренных чертежом, нередко может вызвать значительную неуравновешенность всей сборочной еди­ницы. В связи с этим в технологических процессах сборки многих изделий балан­сировка является обязательной опера­цией.

Балансировка окончательно собранных сборочных единиц на специальных установках или балансировочных станках пред­ставляет собой контрольно-пригоночную операцию, которая не­редко не включается в поток сборки, а выполняется на отдельном участке. Тем не менее балансировочные работы составляют важ­нейшую часть процесса сборки.

Точность уравновешивания, допустимые дисбалансы устанавли­ваются техническими требованиями, исходя из особенностей конструкции и назначения сборочных единиц и деталей, скорости их вращения, допустимых вибраций машины, необходимой на­дежности и долговечности, возможных физиологических ощуще­ний оператора, работающего на машине в условиях эксплуатации, и пр.

Например, статическую несбалансированность дисков ротора турбин назначают из условия, чтобы неуравновешенная сила не превышала 5% веса диска. Точность динамической баланси­ровки собранного ротора часто устанавливают такой, чтобы возмущающая сила на каждом подшипнике не превышала 1-2% массы ротора. В ряде случаев точность балансировки характери­зуют так называемым допускаемым остаточным эксцентриситетом.

Рис. . Схемы статической балансировки

В процессе сборки обычно производят статическую и динами­ческую балансировки сборочных единиц - роторов. Статическую балансировку производят на горизонтальных параллелях, на дисковых роликах, на сферической пяте, на весах и на специальных станках.

Статическая балансировка сборочных единиц и деталей состоит в определении величины дисбаланса и его устранении путем пере­становки отдельных элементов конструкции, удаления в нужных местах сверлением, шлифованием, растачиванием части металла или, наоборот, добавлением соответствующей его массы сваркой, приклепыванием и пр., а также комбинированием этих способов.

При статической балансировке можно обеспечить точность:

на параллелях или пяте - до 0,001 Gk гс*см;

В массовом производстве получают распространение автомати­зированные балансировочные машины, в которых процессы соеди­нения балансируемой детали (сборочной единицы) с приводом, определения неуравновешенности, передача этих результатов запоминающим устройствам, ориентация детали и режущего инструмента и операция устранения дисбаланса производятся автоматически. В некоторых таких автоматах процессы определе­ния неуравновешенности и ее устранения совмещены (однопозиционные автоматы); в двухпозиционных же автоматах эти про­цессы разделены.

В целях проведения динамической балансировки на повышен­ных скоростях и сокращения времени на операцию в настоящее время ведутся опыты по применению кратковременных (менее 1 м-с) импульсов лазера для устранения излишнего металла без остановки уравновешиваемой детали (сборочной единицы).

Как уже отмечалось, неуравновешенность различных враща­ющихся сборочных единиц вызывает при работе вибрацию ма­шины. В быстроходных машинах (например, в автомобилях, тракторах) это явление особенно ощутимо. Повышение точности балансировки деталей и сборочных единиц снижает вибрацию.

Ротор в целом может иметь неравномерное относительно оси вращения распределение металла по весу и его центр тяжести не будет расположен на этой оси, т.е. по весу ротор будет неуравновешен относительно оси вращения. Такая неуравновешенность ротора или его деталей называется небалансом .

При вращении ротора небаланс вызывает появление радиально направ­ленной возмущающей силы. Эта сила стремится вырвать вал вместе с укреп­ленной на нем деталью из подшипников. Возмущающая сила все время меняет свое направление, оставаясь радиальной, поэтому ее действие на подшипники переменно по направлению; такое действие неизбежно приводит к вибрации механизма.

Детали механизма при вибрации испытывают удары, толчки и перегруз­ку, что вызывает ускоренный общий износ, нарушение центрирования и креп­лений, а это в свою очередь еще более усиливает вибрацию.

Чтобы устранить возмущающую силу, ротор уравновешивают, т.е. устра­няют его небаланс. Операции по устранению небаланса называют балансиров­кой. Балансировать можно каждую деталь ротора в отдельности или весь ротор в целом; последний способ экономичнее и точнее.

Чтобы сбалансировать неуравновешенность ротора, нужно на том же рас­стоянии от оси (там где выявлен небаланс), но в диаметрально противополож­ном направлении наплавить (подвесить) груз необходимой для балансировки массы; после чего ротор окажется сбалансированным и никакой возмущаю­щей силы при его вращении возникать не будет.

Величину и расположение небаланса находят при выполнении различных видов балансировок.

Различают статическую и динамическую балансировки ротора:

1. Статической балансировка называется потому, что для выявления и устранения небаланса не требуется вращения ротора; уравновеши­вания достигают, когда ротор находится в состоянии покоя.

2. Динамическая неуравновешенность наблюдается тогда, когда не­уравновешенные массы ротора дают две возмущающие силы, оди­наковые по величине, но противоположно направленные и распо­ложенные на разных концах. При этом может оказаться, что общий центр тяжести ротора расположен на оси вращения, т.е. статически ротор уравновешен. Такую неуравновешенность можно выявить только при вращении ротора, так как общий центр тяжести ротора расположен на его оси, и только при вращении обе неуравновешен­ные массы образуют пару возмущающих сил переменного направ­ления. Следовательно, статически отбалансированный ротор в не­которых случаях может иметь динамическую неуравновешенность. Операция по выявлению и устранению динамического небаланса называется динамической балансировкой .

Монтаж дымососов

Дымососы (Д) предназначены для отсасывания дымовых газов из топки котла и выброса их под напором через дымовую трубу в атмосферу.

Дымососы бывают центробежного (1) и осевого (2) типа.

1. Для котлов паропроизводительностью 420-640 т/ч применяются дымо­сосы центробежного типа двухстороннего всасывания типа: Д-25х2Ш и Д 21,5x2.

Эти дымососы состоят из следующих основных узлов:

Подшипников

Направляющих аппаратов и их привода

Монтаж дымососа начинают с приемки фундамента и установки на него электродвигателя.

Значительные размеры Д двухстороннего всасывания предопределяют их поставку на монтаж в разобранном виде. Поэтому первоначальной операцией по монтажу является сборка на сборочной площадке опорных конструкций Д (рам) и корпусов улиток с всасывающими карманами.

Монтаж Д начинается с установки опорной рамы, которая крепится к фундаменту при помощи болтов. Рама устанавливается на металлических под­кладках, общая толщина которых может быть до 25-30 мм, при количестве подкладок в одном пакете не более трех.

Подкладки располагаются по обе стороны каждого фундаментного болта и регулируют высотные отметки, отклонение которых от проектных допускает­ся не более + - 6 мм.

На опорную раму устанавливаются подшипники Д, центровка которых производится по струне и отвесам.

После установки корпусов подшипников на фундамент устанавливается корпус Д, затем укладывается его ротор.

Вслед за установкой корпуса Д на его всасывающей стороне монтируют регулирующие шиберы. Предварительно шиберы проходят ревизию, в процессе которой проверяется плавность их открытия и закрытия.

Собранный Д опробуется на холостом ходу; при этом допускаются ради­альное и осевое биения рабочего колеса соответственно не более 3 и 6 мм.

2. В котельных установках паропроизводительностью 950 т/ч и более применяются осевые Д типа ДО - 31,5. Основными преимуществами этих Д (по сравнению с центробежными Д) является их компактность. Двухступенчатый осевой Д состоит из:

Всасывающего кармана

Корпуса

Направляющих аппаратов

Рабочих колес

Диффузора

Ходовой части

Маслонасосной станции с системой маслопроводов

Вентиляции для охлаждения

Всасывающий карман изготавливается их двух половин (верхней и ниж­ней), соединяемых на фланцах. Общая масса всасывающего кармана составля­ет около 7,5 т. Нижняя часть всасывающего кармана устанавливается на двух фундаментных опорах.

Корпус Д выполнен из трех частей, предназначенных для размещения:

i. направляющего аппарата и рабочего колеса I ступени;

ii. направляющего аппарата и рабочего колеса II ступени;

iii. спрямляющего аппарата.

Все части соединяются друг с другом на фланцах болтами.

Ходовая часть состоит из вала, двух подшипников и муфты, соединяю­щей вал Д с электродвигателем.

Подшипники Д - роликового типа, сферические, самоустанавливающие­ся, работающие на жидкой смазке, которая подается маслостанцией через сис­тему масляной смазки)(На два Д устанавливается одна маслостанция. Тепловая защита опорного подшипника, установленного в корпусе диффузора, осущест­вляется при помощи специального вентилятора и теплозвукоизоляционного по­крытия.

Монтаж Д начинают с установки опорных конструкций и приемки фун­дамента. Бетонная поверхность предварительно зачищается от неровностей и насекается в местах расположения фундаментных болтов и подкладок под опорные конструкции Д. Подкладки изготовляются из листовой стали шири­ной 100-200 мм и длиной, соответствующей ширине нижней плоскости опор­ной конструкции. Число подкладок не должно превышать трех в одном месте.

Технологическая последовательность монтажа ____ осевого дымососа ДО - 31,5

Оче­ред­ность	Узел	Основные работы
I	Нижняя часть корпуса	Установка на опорные конструкции. Уста­новка шпонок продольного упора. Выверка тепловых зазоров в узлах крепления опор.
	Опорно-упорный подшипник	Установка и закрепление на фундаментных опорных конструкциях опорно-упорного подшипника и ротора с соблюдением осе­вых зазоров.
	Электродвигатель	Установка на валы полумуфты. Установка рамы и электродвигателя.
	Узлы 1,2,3	Выверка главных осей и высотных отметок нижней части корпуса, ходовой части и электродвигателя.
	Ходовая часть	Прицентровка нижней части корпуса к ро­тору с соблюдением радиальных зазоров.
	Опоры корпуса дымососа	Заливка бетоном фундаментных болтов подставок корпуса.
	Помосты и лестницы	Установка на фундамент привода направ­ляющих аппаратов. Установка помостов и лестниц вокруг электродвигателя и корпуса дымососа.
		Снятие ротора дымососа. Установка под-
		ставок на фундамент. Смазка опорных по­верхностей подставок смесью солидола с графитом. Установка нижней части всасы­вающего кармана.
	Нижняя часть обтекателя (кока)	Установка нижней части обтекателя и нижней крышки защитного кожуха опорно­го подшипника. Установка ротора.
	Верхняя часть корпуса	Установка верхней части корпуса дымососа на асбестовых прокладках в горизонталь­ном разъеме. Установка верхней части об­текателя.
	Нижняя часть всасывающего кармана	Окончательная установка и крепление к корпусу нижней части всасывающего кар­мана.
	Защитные устройства	Монтаж защитного кожуха опорного под­шипника и сальникового уплотнения.
	Направляющие аппараты	Монтаж поворотных колец, рычагов, тяг и привода направляющих аппаратов.
	Диффузор	Установка трубы диффузора на временной опоре. Последовательный монтаж трех сек­ций диффузора. Установка распорных ре­бер между трубой и конусом диффузора.
	Вентилятор охлаждения	Монтаж вентилятора охлаждения и возду­хопровода.
	Верхняя часть всасывающего кармана	Монтаж верхней части всасывающего кар­мана, установка ограждения вала
	Валы дымососа и электродвигателя	Прицентровка и соединение валов дымосо­са и электродвигателя.