3. СТАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА РОТОРОВ

Условие допустимости одной статической балансировки. Для роторов дискообразной формы, масса которых размещена приблизительно в одной плоскости, достаточной является статическая балансировка, состоящая в приведении центра масс ротора на ось вращеиня с помощью корректирующей массы, устанавливаемой в одной плоскости коррекции. Обычно это допустимо для роторов (табл. 7), у которых отношение длины к диаметру меньше

При статической балансировке на радиусе в плоскости коррекции устанавливают корректирующую массу

7. Роторы, допускающие только статическую балансировку

Если единственная плоскость коррекции проходит через центр масс ротора или корректирующие массы устанавливают в две симметричные относительно центра масс плоскости, то статическая балансировка не вызывает дополнительной моментной неуравновешенности. При одной плоскости коррекции, расположенной на расстоянии от центра масс ротора, после статической балансировки возникает момент и условием допустимости только статической балансировки будет

где расстояние между опорами ротора.

Рис. 6. Устройство для балансировки на призмах

Рис. 7. Схемы балансировки на двухдисковом (а) и однодисковом (б) устройствах

Если при этом и ротор имеет также моментную неуравновешенность то условие допустимости только статической балансировки будет иметь вид

Устройства для статической балансировки. В большинстве устройств для статической балансировки используется свойство центра масс ротора занимать при устойчивом равновесии наинизшее положение.

Простейшим устройством являются параллельные горизонтальные ножи или призмы. Ротор 1 (рис. 6) цапфами 2 устанавливают на две горизонтальные стальные лризмы 3. Отклонение плоских поверхностей призм от плоскостности не должно превышать на метр длины призмы. Ширина рабочей части призмы

где - масса ротора, диаметр цапфы, Момент инерции

поперечного сечения принимают из условия, чтобы прогиб в середине призм не превы величину

где I — расстояние между опорами призм.

Если дать возможность ротору перекатываться по призмам, то из-за наличия трения качения (коэффициент трения качения для стальных вала и призм ротор после нескольких качаний остановится в позиции, не совпадающей с наинизшим положением центра масс На рис. 6 показаны положения центра масс и в которых возможно равновесие ротора при вращении его в двух направлениях реакции). Среднее положение соответствует истинному положению центра масс С.

Наибольший остаточный эксцентриситет при балансировке на призмах Недостатком балансировки на призмах является необходимость точной установки их в горизонтальной плоскости. На них нельзя балансировать детали с разными диаметрами цапф из-за различия длин дорожек перекатывания. Этих недостатков лишен способ статической балансировки ротора 1 на двухдисковом устройстве (рис. 7), выполняемый аналогично балансировке на призмах, но с меньшей точностью из-за дополнительного трения в подшипниках дисков 3:

где радиусы цапфы 2, диска 3 и его подшипника; приведенный коэффициент трения (для шарикоподшипников угол между вертикалью и прямой, соединяющей центры цапфы и диска; В — расстояние между осями дисков.

Рис. 8. Схемы балансировки в центрах ротора с закрытыми (а) и открытыми (б) цапфами

Повысить точность балансировки можно, увеличив радиусы дисков 3, что одновременно уменьшает величины При этом диски 3 устанавливают так, что они перекрывают друг друга (рис. 7, а). Дальнейшее усовершенствование устройства заключается в применении одного опорного диска 3 увеличенного диаметра (рис. 7, б), на который устанавливают цапфу ротора, подпертую для устойчивости диском 4 малого диаметра, не несущим нагрузки; при этом

Известны устройства для статической балансировки в подшипниках качения (рис. 8). Точность балансировки в этом случае определяется моментом трения в подшипниках, для снижения которого применяют вибрацию основания устройства с помощью электромагнита или двигателя с эксцентриком, или принудительное вращательное или качательное движение наружных колец подшипников в противоположные стороны.

Для статической балансировки с повышенной точностью применяют балансировочные весы (рис. 9). Весы (рис. 9, а) имеют две стойки 1 с калеиыми клиновидными опорами, в которых установлена опорная призма коромысла 2. На коромысле укреплены шкала 3 и стрелка 4, а также могут передвигаться гири 5 и 6. Для обеспечения устойчивого равновесия центр масс коромысла с балансируемым ротором расположен ниже центра колебаний. Подъемом груза 7 эти центры можно сближать, повышая чувствительность весов. Коромысло уравновешивают гирей 5 при нулевом положении гири. 6. При установке ротора под влиянием момента от неуравновешенности коромысло наклонится. Поворотом ротора добиваются нулевого положения стрелки 4, при котором центр масс ротора и опора коромысла находятся на одной вертикали. Отметив положение плоскости дисбаланса, ротор поворачивают на 90°, так что неуравновешенность действует на наибольшем плече, уравновешивают весы гирей 6 и по шкале 3 определяют необходимою корректирующею массу,

Конструкция весов для ротора с собственными опорными шейками показана на рис. 9, б. Ротор 1 шейками помещают на подшипники рычага 2, поворачивающегося вокруг опоры 3. Груз 4 позволяет компенсировать массу ротора и ставить рычаг в горизонтальное положение, определяемое ипцикатором 5. Поворотом ротора находят положение, при котором центр масс С находится ближе всего к опоре 3 и создает наименьший момент компенсируемый с помощью груза 6. Отметив плоскость дисбаланса, ротор поворачивают на 180° и момент, равный снова компенсируют грузом 6. По длине перемещения груза 6 непосредственно определяют значение дисбаланса.

Рис. 9. Бачансировочные весы

Для роторов без собственных шеек применяют весы, показанные на рис. 9, в. Ротор 1 посадочным местом центрируют на платформе 2, которая может поворачиваться в вертикальной плоскости вокруг опоры 3. По указателю 5 путем перемещения груза 4 по шкале 6 платформу устанавливают в горизонтальное положение. Дисбаланс определяют при повороте ротора вокруг оси.

Удельные остаточные дисбалансы, получаемые при статической балансировке на различных устройствах, приведены в табл. 8.

8. Точность Статической балансировки без вращения ротора

(см. скан)

Недостаток рассмотренных приспособлений состоит в необходимости удовлетворения трудносовместимых требований — получения наименьшего момента трения при большой нагрузке. Значительного повышения точности и производительности определения дисбаланса ротора достигают при балансировке вращающегося ротора в динамическом режиме на станках для динамической балансировки.

Методы статической балансировки характеризуются способом определения величины корректирующей массы; положение центра масс во всех случаях определяют одинаково.

Наиболее простым является метод подбора корректирующей массы, устанавливаемой диаметрально противоположно положению центра масс, для получения равновесного состояния ротора в любых положениях.

Рис. 10. Схема и номограмма для определения корректирующей массы с помощью пробной массы

Рис. 11. Номограмма для определения корректирующей массы по периодам колебаний

При применении пробной массы корректирующую массу тк можно определить расчетом. Для этого фиксируют два равновесных положения ротора: без (рис. 10, а) и с установленной под углом 90° к «легкому месту» ротора (рис. 10, б). Из рис. 10, б следует откуда где неуравновешенная масса, угол поворота ротора при установке пробной массы. На рис. 10, в дана номограмма для определения тк.

При методе расчета корректирующей массы по колебаниям измеряют периоды колебаний ротора, отклоненного от положения равновесия на угол а без и с пробной массой, установленной в «тяжелом месте». Корректирующая масса

Величину можно определить по номограмме (рис. 11). Для этого через точки, соответствующие времени 10 двойных качаний на шкалах и Та, проводят прямую I и параллельно ей через точку, соответствующую величине пробной массы на шкале прямую Точка пересечения прямой II со шкалой тк определяет необходимую корректирующую массу,

При статической балансировке серии одинаковых роторов достаточно по измерениям для первого ротора определить коэффициент и последующие Роторы серии балансировать по измерениям только перехода вычисляя корректирующую массу по формуле

Дифференциальный метод удобен для статической балансировки тяжелых роторов, которые из-за большого сопротивления не могут самоустановиться в

положение равновесия. Для приведенных к поверхности ротора сил (рис. 12) это означает, что где неуравновешенный груз, эквивалентная сила сопротивления, угол дисбаланса относительно горизонтальной плоскости для данного положения ротора. Наружную поверхность ротора делят на несколько равных частей, например 12, и обвивают гибкой лентой, один конец которой закреплен, а к другому, свободно свисающему, крепят пробные массы Ротор устанавливают так, что прямая принимает горизонтальное положение (рис. 12, а) и на ленту вешают такую пробную массу чтобы ротор начал движение.

Рис. 12. Схема и круговая диаграмма дифференциального метода балансироаки

Для этих условий действительно равенство Аналогично для точки 7 (рис. 12,б) получают Этим влияние сопротивлений исключается, что является преимуществом дифференциального метода. Подобную операцию повторяют для всех точек и данные измерений наносят на круговую диаграмму (рис. 12, в). Для этого произвольную окружность делят на 12 равных частей. Из отдельных точек на соответствующих диаметрах в масштабе откладывают отрезки, равные найденным разностям для противолежащих точек:

Рис. 13. Криаая зависимости та от точек приложения при методе кругового обхода

Положительные значения а откладывают снаружи, а отрицательные — внутри окружности Соединив отложенные точки, получают кривую подобную кардиоиде. Из центра О проводят окружность касающуюся кривой в точке Прямая соответствует плоскости дисбаланса, а отрезок его величине в выбранном масштабе.

Метод кругового обхода аналогичен дифференциальному, только пробную массу крепят на поверхности ротора. Зависимость от точек приложения наносят на рис. 13, получая кривую, подобную синусоиде. Максимум кривой соответствует «легкому месту», в которое следует установить корректирующую массу