Способ динамической балансировки роторов и колебательная система балансировочного станка для его осуществления
Использование: балансировочная техника. Сущность изобретения: Способ заключается в том, что ротор устанавливают на подвижной системе с двумя степенями свободы, настраивают систему так, что частоты собственных колебаний двух степеней свободы равны между собой, приводят ротор во вращение, измеряют параметры вынужденных колебаний системы и по ним определяют параметры дисбаланса ротора. Ротор на подвижной системе устанавливают при помощи упругих элементов, а настройку сиcтемы осуществляют путем продольной деформации упругих элементов так, что усилие деформации каждого из них равны между собой. За одни из параметров вынужденных колебаний системы принимают частоту вращения ротора и центробежную силу вращения ротора. Вращают ротор с переменной частотой, не равной и не кратной частоте настройки системы, измеряют текущее значение центробежной силы вращения ротора и фиксируют частоту вращения ротора, при определенном условии. Балансировочный станок содержит две подвижные стойки, закрепленную в них с помощью упругих элементов подвесную систему с опорами для установки балансируемого изделия, средство для измерения частоты вращения последнего и средство измерения усилий деформации в упругих элементах. Последние установлены с возможностью изменения линейных размеров внутри обводов подвижных стоек с равными угловыми промежутками относительно балансируемого изделия и шарнирно закреплены одним концом на внутреннем обводе стоек, другим - на опорах, которые расположены в плоскостях, перпендикулярных оси вращения балансируемого изделия. 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Изобретение относится к балансировочной технике, а именно к способам и устройствам динамической балансировки роторов как в составе изделия, так и индивидуально.
На фиг.1 изображена схема балансировочного станка для осуществления способа; на фиг. 2 общий вид стоек собранных; на фиг.3 блок-схема балансировочного станка. Способ динамической балансировки роторов осуществляют следующим образом. Балансируемый ротор 5 устанавливают на опорах 4 подвижной системы при помощи упругих элементов 3. Осуществляют настройку системы. Для этого ослабляют шарнирно закрепленные на внутреннем ободе стоек 2 крепления концов упругих элементов 3, регулируют путем продольной деформации нагружение упругих элементов 3 так, что усилия Рдеф. деформации каждого из них равных между собой. Величину усилия Pдеф. деформации в упругих элементах 3 измеряют силоизмерительными датчиками 6, например тензометрическими, расположенными в кинематической паре упругого элемента 3 со стойкой 2 или опорой 4. Нагружение каждого из упругих элементов 3 равными между собой усилиями Рдеф. деформации позволяет снизить влияние на измерения паразитных вибраций опор 4 за счет уменьшения инерционного воздействия невращающихся масс под действием неуравновешенности ротора 5, уменьшить влияние веса G системы ротор паразитная масса, отнести к упругим элементам 3 всю "нежесткость" системы в процессе настройки и измерений, создать такие условия, когда собственный вес балансируемого изделия 5 и инерционное воздействие невращающихся масс не оказывают существенного влияния на процесс балансировки. Равенство усилий Рдеф. деформации каждого из упругих элементов 3 обеспечивает равенство частот (жесткостей) собственных колебаний опор 4 как необходимого условия для совпадения масштабов при действии статических и моментных дисбалансов. Величину усилия Рдеф. деформации выбирают (в пределах действия закона Гука и условий первой Эйлеровой критической силы) равной или на 10 15% большей веса G системы ротор паразитная масса и равной или меньшей суммы веса G ротор паразитная масса и центробежной силы Fц.с. когда Fц.с. не равна нулю и записывают в виде условия G Pдеф. G + Fц.с., Fц.с. 0 Выбор этих параметров позволяет установить взаимосвязь параметров вибрационного движения (частоты вращения ) ротора 5, обусловленными жесткостью параметрами (Fц.с., Pдеф.) системы и величиной неуравновешенной массы mi. То есть, частоту w вращения ротора и центробежную силу Fц.с. принимают как основные параметры процесса осуществления способа. Вращают ротор 5 с переменной частотой, не равной и не кратной частоте настройки системы, что позволяет исключить нелинейность между амплитудой вынужденных колебаний и величиной неуравновешенности ротора, исключить случайный характер колебаний системы, обеспечить устойчивость последней. Фиксируют частоту w вращения ротора 5, при этом выполняют условие G Pдеф. G + Fц.с., Fц.с. 0 Измерение частоты w вращения ротора 5 осуществляют с помощью стабилизатора 17 частоты вращения таким образом, чтобы он вращался с частотой генератора 18 стабильной частоты, при этом блок 19 управления сравнивает частоту импульса с выхода усилителя 16, усиливающего сигнал с датчика 15 опорного сигнала, с частотой генератора 18 стабильной частоты и вырабатывает сигнал управления частотой w вращения привода ротора 5. Измерение частоты w вращения ротора 5 не исключает использование стробоскопа. При вращении неуравновешенной массы mi ротора 5 проявляет себя центробежная сила Fц.с., под действием которой опора 4 на упругих элементах 3 совершает пространственные колебания, изменяя тем самым усилия Рдеф. деформации упругих элементов на величину Pдеф равное величине возникающей центробежной силы Fц.с., при этом меняются жесткость и частота вынужденных колебаний упругих элементов 3. Текущее значение центробежной Fц.с. силы измеряют с помощью силоизмерительных датчиков 6, например тензометрических. Сигнал от датчика 6 после усиления в тензометрическом усилителе 8 преобразуют в электрический сигнал, который затем подают на вход многоканального осциллографа 9, где выделяют сигнал величины Fц.с. в каждом обороте ротора 5. Блок коммутации 21, управляемый от микроЭВМ 23, подключает аналого-цифровой преобразователь 22 к выходам осциллографа 9 и блока 19 управления. Аналого-цифровой преобразователь 22 преобразует аналоговые сигналы осциллографа 9 и блока 19 управления в цифровые коды микроЭВМ 23. Последняя обрабатывает сигналы по алгоритму где g ускорение свободного падения тела; r радиус ротора, и в зависимости от результата расчета выдает численное значение неуравновешенной массы mi. Балансировочный станок для осуществления способа содержит две подвижные стойки 2, установленные на основании 1, закрепленную в стойках 2 с помощью упругих элементов 3 подвесную систему с опорами 4. Конструктивно упругие элементы 3 выполняют в виде стержней (прутков, проволоки, струн, тросов, торсионов), плоских лент, пружин. Материалами для упругих элементов 3 могут быть различные металлы и сплавы, ферромагнитные материалы с электроакустическим эффектом, магнитная жидкость, материалы с термомеханическим эффектом памяти. Упругие элементы 3 установлены с возможностью изменения линейных размеров внутри обводов подвижных стоек 2 с равными угловыми промежутками относительно балансируемого изделия 5 и шарнирно закреплены одним концом на внутреннем обводе стоек 2, другим на опорах 4, а последние расположены в плоскостях, перпендикулярных оси вращения балансируемого изделия 5. Для измерения усилия Рдеф. деформации в упругих элементах 3 станок содержит силоизмерительные датчики 6, например, тензометрические, установленные на упругих элементах 3. В общем случае силоизмерительные датчики 6 устанавливают в кинематические пары упругий элемент 3 опора 4 или упругий элемент 3 внутренний обвод стойки 2. Функцию силоизмерительных датчиков могут выполнять непосредственно и сами упругие элементы 3. Силоизмерительные датчики 6 соединены параллельно с магазином 7 сопротивлений и тензометрическим усилителем 8, выход которого соединен с входом многоканального осциллографа 9, выходы которого соединены с входами решающего устройства 10 и блока 21 коммутации. Станок содержит также первый переключатель 11, соединенный первым входом с выходом решающего устройства 10, селективный усилитель 12, вход которого соединен с выходом первого переключателя 11, а выход с фазовращателем 13, электронно-лучевую трубку 14, отклоняющие пластины которой соединены с выходом фазовращателя 13, датчик 15 опорного сигнала, соединенный с усилителем 16, стабилизатор 17 частоты вращения, состоящий из генератора 18 стабильной частоты и блока 19 управления, и второй переключатель 20. Первый выход генератора 18 стабильной частоты соединен с первым входом второго переключателя 20, а второй с вторым выходом первого переключателя 11. Вторые входы блока 19 управления и второго переключателя 20 соединены с усилителем 16. Выход блока 19 управления соединен с приводом балансируемого изделия 5 и входом блока 21 коммутации, с выходом которого соединен аналого-цифровой преобразователь 22. Последний соединен с микроЭВМ 23. Место и величину дисбаланса от выделенного в многоканальном осциллографе 9 сигнала величины Fц.с. в каждом обороте ротора 5 могут определять с выводом информации на электронно-лучевую трубку 14 согласно схеме прототипа. Для этого на вход решающего устройства 10 с выхода осциллографа 9 подают электрический сигнал величины Fц.с. в каждом обороте ротора 5. С выхода решающего устройства 10 сигнал дисбаланса через переключатель 11 поступает на вход селективного усилителя 12, где усиливается и с помощью фазовращателя 13 разделяется на 2 сигнала, сдвинутых по фазе на 90 o относительно друг друга. Эти сигналы подаются на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки 14, на экране которой образуется окружность с диаметром, пропорциональным величине дисбаланса. Одновременно на модулятор электронно-лучевой трубки 14 через переключатель 20 подается импульс с выхода усилителя 16, который формирует на окружности метку, соответствующую месту дисбаланса на роторе 5. Пример. Измерение усилий деформации, например растяжения упругих элементов, осуществляют тензометрическим методом. В качестве силоизмерительных датчиков используют, например, тензометры типа КТД2А, КТД2Б или КТЭ2А, соответствующим образом подвергнутые тренировке и закрепляемые на поверхности упругих элементов. В качестве измерительных приборов, соединенных по соответствующей электрической схеме, используют тензометрический усилитель "Топаз-3" или "Топаз-4", осциллограф светолучевой типа К-124 ТУ 23-04-308-73, блок питания до 30 В, например, Б5-47, магазин сопротивлений измерительный типа Р 4830/1-0,05/2,5 105 ГОСТ 7003-74 или аналогичные с характеристиками не хуже приведенных. Измерение и запись изменения деформирующих усилий осуществляют минимум за один из периодов вращения ротора, затем выполняют обработку результатов. Исходные данные: Масса ротора 80 гДопустимый остаточный дисбаланс по каждой из плоскостей коррекции D 0,12 мм
Допустимая величина неуравновешенной массы mi 0,08 г
Радиус ротора r 12,5 мм
Усилие деформации Pдеф. 105 гь
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4