4) Задача анализа неуравновешенных сил, действующих в многоцилиндровых машинах, и их уравновешивания решена в настоящее время наиболее полно. Но и здесь существует целый комплекс различных задач, требующих дополнительного исследования. Например, практический интерес представляют особенности балансировки коленчатых валов с технологическими втулками или без них; явление стационарного изгиба коленчатого вала, возникающее при некоторых условиях в многоцилиндровых машинах даже в том случае, когда выполнены условия внешнего уравновешивания сил первого, второго и более высоких порядков; требуют разрешения некоторые задачи по уравновешиванию многоцилиндровых машин с неодинаковыми шатунно-поршневыми группами и ряд других задач.
5) Уравновешивание механизмов с переменными массами звеньев представляет интерес для многих отраслей промышленности, сельского хозяйства и транспорта.
Переменную массу могут иметь не только роторы, но и звенья механизмов. Примером ротора с переменной массой является барабан, с которого сматывается или наматывается стальная, текстильная, бумажная или какая-либо другая лента. Примерами механизмов с переменной массой могут служить различные грохоты, качающиеся конвейеры, виброзагрузочные устройства, вагоноопрокидыватели и др.
Точное уравновешивание механизмов с переменными массами достигается противовесами с переменными дисбалансами. На практике часто применяется приближенное уравновешивание таких механизмов простыми противовесами.
В механизмах с переменными массами действуют, как известно, кроме активных, реактивных и кориолисовых сил, еще так называемые вариационные силы, возникающие при нестационарном относительном движении масс в системе, и импульсивные силы, возникающие при отделении или при добавлении масс в кинематической цепи механизма.
Исследованию динамики таких механизмов с переменными массами посвящены работы Артоболевского И. И. , Бессонова А. П. И др.
IV
Важным вопросом, имеющим принципиальное значение для балансировочной техники, является вопрос о нормах точности урановешивания роторов, от которых, как известно, зависят: уровень вибраций машин и приборов; качество технологических процессов; степень вредного вибрационного воздействия на обслуживающий персонал; ресурс подшипников и другие характеристики.
Один только перечень этих фактов показывает, что разработка классов, классов точности балансировки роторов является чрезвычайно важной задачей для всех отраслей народного хозяйства.
Как известно, в наше стране введен ряд стандартов и отраслевых нормалей, в которых регламентированы остаточные дисбалансы ля некоторых категорий роторов. Они учитывают: допустимый уровень вибраций, действующий на человека, силы возникающие в машине от сил упругости, электромагнитных и др., а также первичные ошибки деталей, зависящие от принятой системы допусков и посадок, дисбалансы, возникающие при монтаже и во время эксплуатации машин, и воздействие внешней среды. Учет приведенных выше факторов в конкретных условиях всегда связан с необходимостью проведения исследований.
В настоящее время Комитет Стандартов Совета Министров РФ утвердил Государственный стандарт № 19534-74 “Балансировка тел вращения. Термины” с введением его с 1.1.1975 г.
Этот стандарт, отражающий достигнутый уровень балансировочной техники как в нашей стране так и за рубежом, безусловно будет способствовать дальнейшему повышению технического уровня работ по уравновешиванию машин и приборов.
ЛИТЕРАТУРНО-ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР.
2.1 Методы и средства балансировки.
Для удобства сопоставления [1] балансировочного оборудования для статической балансировки целесообразно разделить его, в зависимости от характера перемещения оси ротора во время балансировочного процесса, на пять основных групп (табл. 1).
Таблица 1
Классификация оборудования для статической балансировки
| N гр. | Характер перемещения оси ротора | Тип стенда(статический режим) | Условное обозначение | Тип стенда(динамический режим) | Условное обозначение |
| 1 | Не перемещается | РоликовыйДисковый | СБС-1аСБС-1б | С неподвижными опорами | СБД-1а |
| 2 | Перемещается относительн. неподвижной точки | Со сферической опорнойС подвесной опорой | СБС-2аСБС-2б | - | - |
| 3 | Перемещается относит. неподвижной точки | Весы с вертикальн. осьюВесы с горизонтальной осью | СБС-3аСБС-3б | С горизонтальной осью колебанияС вертикальной осью колебания | СБД-3аСБД-3д |
продолжение таблицы 1
| N гр. | Характер перемещения оси ротора | Тип стенда(статический режим) | Условное обозначение | Тип стенда(динамический режим) | Условное обозначение |
| 4 | Перемещается в неподвижной плоскости | Плоскопорал-лельный | СБС-4а | На маятниковых опорахНа астатических маятниковых опорахНа горизонтальных маятниковых опорах | СБД-4аСБД-4бСБД-4в |
| 5 | Перемещается в пространстве | - | - | Без жестких связей | СБД-5а |
Условимся также обозначать оборудование (станки, стенды,
и т.д.) для статической балансировки, работающие в режиме статики, буквами СБС, а оборудование, работающее в режиме динамики, буквами СБД. Далее к обозначению вида оборудования будем приписывать порядковый номер группы оборудования в соответствии с разбивкой, приведенной выше.
Каждая группа оборудования делится, в зависимости от конструктивных особенностей, на типы, которые обозначаются малыми буквами алфавита и приписываются к шифру, обозначающему данную группу. При таком обозначении полный шифр оборудования будет отражать вид, группу и тип оборудования, т.е. характеризовать данное балансировочное устройство по его основным свойствам.
Заметим, что пятая группа балансировочных устройств, работающих в режиме статики, перспективна для поплавковых приборов, для которых определение статической неуравновешенности может быть основано на положении оси ротора в пространстве, если ротор находится во взвешенном состоянии в соответствующей жидкости.
Оборудование для статической балансировки в динамическом режиме охватывает 4 системы балансировочных машин, в которые входят семь известных типов оборудования, перечисленных в табл.1.
Наибольшее применение на практике нашли балансировочные станки типа СБД-1а, СБД-4а, СБД-4б, СБД-4в и СБД-5а.
Следует заметить, что балансировочное оборудование, работающее в режиме динамики, в зависимости от величины отношения частоты балансировки w к собственной частоте подвижной системы балансировочного устройства w0 может работать в трех режимах:
в дорезонансном режиме при w /w0< 1;
в резонансном режиме при w /w0 =1;
в зарезонансном режиме при w /w0> 1.
Однако зависимость между статической неуравновешенностью ротора и перемещением подвижной части балансировочной машины определяется общими для трех режимов математическими зависимостями, частные значения которых находятся путем подстановки числовых значений, свойственных конкретному режиму. Поэтому введение этого признака в классификацию не вносит чего-либо нового. Следует заметить, что наряду со станками, работающими в динамическом режиме при непрерывном вращении ротора, сюда надо отнести устройства, в которых ротор находится в режиме угловых колебаний.
Практически наиболее распространенным режимом работы оборудования второго вида является зарезонансный режим, реже используется дорезонансный режим и в редких случаях резонансный режим. Область работы отдельных типов балансировочного оборудования второго вида показана на рис.1, где графически представлена зависимость амплитуды x колебаний подвижной системы станка от относительной скорости вращения ротора w /w0.
Оборудование первого вида, т.е. работающее в статическом режиме, просто в эксплуатации, но требует высокой квалификации оператора. Однако данный вид оборудования имеет ограниченную точность, так как оно должно удовлетворять двум противоречивым требованиям: опоры стенда должны воспринимать всю массу ротора и в то же время быть чувствительными к малым смещением центра массы ротора.
На стендах типа СБС-1 и СБС-4 при изменении неуравновешенности ротора обычно используют метод “обхода грузом” или метод “пробных грузов”, что не дает высокой производительности, а поэтому их применять в массовом производстве нецелесообразно. Измерение величины и угловой координаты неуравновешенности на балансировочных станках типа СБС-2 и СБС-3 выполняется более совершенным способом. В частности, на стендах типа СБС-2 величина и угловая координата неуравновешенности ротора прочитываются непосредственно по соответствующим шкалам. На стендах типа СБС-3 измерение параметров неуравновешенности ротора можно выполнять методом “обхода грузом”, но обычно предпочитают более прогрессивный метод “двух замеров”. Метод сводится к измерениям неуравновешенности ротора в двух взаимно перпендикулярных положениях непосредственно на стенде, с последующим определением суммарной неуравновешенности с помощью специального приспособления. Эти стенды иногда комплектуются устройством для удаления неуравновешенности, что значительно повышает производительность статической балансировки. Оборудование второго вида, т.е. работающего в динамическом режиме, используется в промышленности сравнительно недавно и является новым. Станки такого вида обладают повышенной точностью и производительностью. Часто процесс измерения и устранения неуравновешенности выполняется в одном агрегате. Измерение величины и угловой координаты статической неуравновешенности на балансировочных станках, работающих в динамическом режиме, осуществляется электрическим методом, путем измерения величины и фазы электрического сигнала, отражающего колебания подвижной системы станка при движении неуравновешенного ротора. Иногда величины и фазы электрических сигналов характеризуют реакции в опорах ротора при его движении на балансировочном станке. Для получения электрических сигналов пользуются электродинамическими или пьезоэлектрическими датчиками того или иного типа. В редких случаях для определения параметров неуравновешенности пользуются методами механики, т.е. измеряют амплитуды колебаний подвижной системы станка в момент резонанса.