1. Εισαγωγή

(Γιατί υπήρχε ανάγκη να γραφτεί αυτό το έργο;)

Μια ανάλυση της δομής κατανάλωσης των συσκευών εξισορρόπησης που κατασκευάζονται από την LLC "Kinematics" (Vibromera) αποκαλύπτει ότι περίπου 30% από αυτές αγοράζονται για χρήση ως σταθερά συστήματα μέτρησης και υπολογισμού για μηχανές εξισορρόπησης ή/και βάσεις. Είναι δυνατόν να εντοπιστούν δύο ομάδες καταναλωτών (πελατών) του εξοπλισμού μας.

Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει επιχειρήσεις που ειδικεύονται στη μαζική παραγωγή μηχανών εξισορρόπησης και την πώλησή τους σε εξωτερικούς πελάτες. Οι επιχειρήσεις αυτές απασχολούν ειδικούς με υψηλά προσόντα, με βαθιά γνώση και εκτεταμένη εμπειρία στο σχεδιασμό, την κατασκευή και τη λειτουργία διαφόρων τύπων μηχανών εξισορρόπησης. Οι προκλήσεις που προκύπτουν κατά την αλληλεπίδραση με αυτή την ομάδα καταναλωτών σχετίζονται τις περισσότερες φορές με την προσαρμογή των συστημάτων μέτρησης και του λογισμικού μας σε υπάρχουσες ή νεοαναπτυχθείσες μηχανές, χωρίς να αντιμετωπίζονται θέματα δομικής τους εκτέλεσης.

Η δεύτερη ομάδα αποτελείται από καταναλωτές που αναπτύσσουν και κατασκευάζουν μηχανές (σταντ) για τις δικές τους ανάγκες. Η προσέγγιση αυτή εξηγείται κυρίως από την επιθυμία των ανεξάρτητων κατασκευαστών να μειώσουν το δικό τους κόστος παραγωγής, το οποίο σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να μειωθεί κατά δύο έως τρεις φορές ή και περισσότερο. Αυτή η ομάδα καταναλωτών συχνά δεν διαθέτει την κατάλληλη εμπειρία στη δημιουργία μηχανών και συνήθως βασίζεται στη χρήση της κοινής λογικής, σε πληροφορίες από το διαδίκτυο και σε τυχόν διαθέσιμα ανάλογα στην εργασία τους.

Η αλληλεπίδραση μαζί τους εγείρει πολλά ερωτήματα, τα οποία, εκτός από πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με τα συστήματα μέτρησης των μηχανών εξισορρόπησης, καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα θεμάτων που σχετίζονται με τη δομική εκτέλεση των μηχανών, τις μεθόδους εγκατάστασής τους στα θεμέλια, την επιλογή των κινητήρων και την επίτευξη της κατάλληλης ακρίβειας εξισορρόπησης, κ.λπ.

Λαμβάνοντας υπόψη το σημαντικό ενδιαφέρον που δείχνει μια μεγάλη ομάδα καταναλωτών μας στα ζητήματα της ανεξάρτητης κατασκευής μηχανών εξισορρόπησης, οι ειδικοί της LLC "Kinematics" (Vibromera) έχουν ετοιμάσει μια συλλογή με σχόλια και συστάσεις σχετικά με τις πιο συχνές ερωτήσεις.

2. Τύποι μηχανών εξισορρόπησης (βάσεις) και τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού τους

Μια μηχανή εξισορρόπησης είναι μια τεχνολογική συσκευή που έχει σχεδιαστεί για την εξάλειψη της στατικής ή δυναμικής ανισορροπίας των ρότορων για διάφορους σκοπούς. Ενσωματώνει έναν μηχανισμό που επιταχύνει τον εξισορροπημένο ρότορα σε μια καθορισμένη συχνότητα περιστροφής και ένα εξειδικευμένο σύστημα μέτρησης και υπολογισμού που καθορίζει τις μάζες και την τοποθέτηση των διορθωτικών βαρών που απαιτούνται για την αντιστάθμιση της ανισορροπίας του ρότορα.

Η κατασκευή του μηχανικού μέρους της μηχανής αποτελείται συνήθως από ένα πλαίσιο βάσης στο οποίο είναι εγκατεστημένοι στύλοι στήριξης (ρουλεμάν). Αυτοί χρησιμοποιούνται για την τοποθέτηση του ισορροπημένου προϊόντος (ρότορα) και περιλαμβάνουν μια κίνηση που προορίζεται για την περιστροφή του ρότορα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ισορροπημένου βάρους, η οποία εκτελείται ενώ το προϊόν περιστρέφεται, οι αισθητήρες του συστήματος μέτρησης (ο τύπος των οποίων εξαρτάται από τον σχεδιασμό της μηχανής) είτε καταγράφουν κραδασμούς στα ρουλεμάν είτε δυνάμεις στα ρουλεμάν.

Τα δεδομένα που λαμβάνονται με αυτόν τον τρόπο επιτρέπουν τον προσδιορισμό των μαζών και των θέσεων εγκατάστασης των διορθωτικών βαρών που απαιτούνται για την αντιστάθμιση της ανισορροπίας.

Επί του παρόντος, επικρατούν δύο τύποι σχεδίων μηχανών εξισορρόπησης (σταντ):

• Μηχανές μαλακής έδρασης (με εύκαμπτα στηρίγματα),
• Σκληρές μηχανές ρουλεμάν (με άκαμπτα στηρίγματα).

2.1. Μαλακά μηχανήματα και βάσεις έδρασης

Το θεμελιώδες χαρακτηριστικό των μηχανών εξισορρόπησης Soft Bearing (σταντ) είναι ότι διαθέτουν σχετικά εύκαμπτα στηρίγματα, τα οποία κατασκευάζονται με βάση αναρτήσεις με ελατήριο, αμάξια με ελατήριο, επίπεδα ή κυλινδρικά στηρίγματα με ελατήριο, κ.λπ. Η ιδιοσυχνότητα αυτών των στηρίξεων είναι τουλάχιστον 2-3 φορές χαμηλότερη από τη συχνότητα περιστροφής του ζυγοσταθμισμένου ρότορα που είναι τοποθετημένος σε αυτές. Ένα κλασικό παράδειγμα της δομικής εκτέλεσης των εύκαμπτων στηρίξεων Soft Bearing μπορεί να δει κανείς στη στήριξη του μοντέλου μηχανής DB-50, φωτογραφία της οποίας παρουσιάζεται στο σχήμα 2.1.

Σχήμα 2.1. Στήριξη του μοντέλου μηχανής εξισορρόπησης DB-50.

Όπως φαίνεται στο σχήμα 2.1, το κινητό πλαίσιο (ολισθητήρας) 2 συνδέεται με τους σταθερούς στύλους 1 του φορέα με ανάρτηση σε ελατήρια ταινίας 3. Υπό την επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης που προκαλείται από την ανισορροπία του ρότορα που είναι εγκατεστημένος στο στήριγμα, το πλαίσιο (ολισθητής) 2 μπορεί να εκτελεί οριζόντιες ταλαντώσεις σε σχέση με τον σταθερό στύλο 1, οι οποίες μετρώνται με τη χρήση αισθητήρα κραδασμών.

Η δομική εκτέλεση αυτής της στήριξης εξασφαλίζει την επίτευξη χαμηλής φυσικής συχνότητας ταλαντώσεων του αμαξιδίου, η οποία μπορεί να είναι περίπου 1-2 Hz. Αυτό επιτρέπει την εξισορρόπηση του ρότορα σε ένα ευρύ φάσμα των συχνοτήτων περιστροφής του, ξεκινώντας από 200 RPM. Αυτό το χαρακτηριστικό, σε συνδυασμό με τη σχετική απλότητα κατασκευής τέτοιων στηρίξεων, καθιστά τον εν λόγω σχεδιασμό ελκυστικό για πολλούς από τους καταναλωτές μας που κατασκευάζουν μηχανές εξισορρόπησης για τις δικές τους ανάγκες διαφόρων χρήσεων.

Σχήμα 2.2. Μαλακό στήριγμα ρουλεμάν της μηχανής εξισορρόπησης, κατασκευασμένο από την "Polymer LTD", Makhachkala

Το Σχήμα 2.2 δείχνει μια φωτογραφία μιας μηχανής ζυγοστάθμισης με μαλακά ρουλεμάν με στηρίγματα κατασκευασμένα από ελατήρια ανάρτησης, που κατασκευάζεται για εσωτερικές ανάγκες στην "Polymer LTD" στη Μαχατσκάλα. Η μηχανή έχει σχεδιαστεί για την ζυγοστάθμιση κυλίνδρων που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή πολυμερών υλικών.

Σχήμα 2.3 διαθέτει φωτογραφία μιας μηχανής εξισορρόπησης με παρόμοια ανάρτηση με λωρίδες για την καρότσα, η οποία προορίζεται για την εξισορρόπηση εξειδικευμένων εργαλείων.

Σχήματα 2.4.α και 2.4.β παρουσιάζουν φωτογραφίες μιας αυτοσχέδιας μηχανής Soft Bearing για την εξισορρόπηση κινητήριων αξόνων, τα στηρίγματα της οποίας κατασκευάζονται επίσης με ελατήρια ανάρτησης ταινιών.

Σχήμα 2.5 παρουσιάζει μια φωτογραφία μιας μηχανής με μαλακά ρουλεμάν σχεδιασμένης για την εξισορρόπηση υπερσυμπιεστών, με τα στηρίγματα των βαγονιών της επίσης αναρτημένα σε ελατήρια. Η μηχανή, κατασκευασμένη για ιδιωτική χρήση του A. Shahgunyan (Αγία Πετρούπολη), είναι εξοπλισμένη με το σύστημα μέτρησης "Balanset 1".

Σύμφωνα με τον κατασκευαστή (βλέπε Σχήμα 2.6), το μηχάνημα αυτό παρέχει τη δυνατότητα εξισορρόπησης στροβίλων με υπολειπόμενη ανισορροπία που δεν υπερβαίνει τα 0,2 g*mm.

Σχήμα 2.3. Μηχανή μαλακής έδρασης για εργαλεία ζυγοστάθμισης με ανάρτηση στήριξης σε ελατήρια ταινίας

Σχήμα 2.4.α. Μηχανή μαλακού ρουλεμάν για την εξισορρόπηση των κινητήριων αξόνων (μηχανή συναρμολογημένη)

Σχήμα 2.4.β. Μηχανή μαλακής έδρασης για την εξισορρόπηση κινητήριων αξόνων με υποστηρίγματα αμαξιδίου αναρτημένα σε ελατήρια ταινίας. (Υποστήριξη κορυφαίου άξονα με ανάρτηση με λωρίδα ελατηρίου)

Σχήμα 2.5. Μηχανή μαλακής έδρασης για την εξισορρόπηση στροβιλοσυμπιεστών με στηρίγματα σε ελατήρια ταινίας, κατασκευασμένη από τον A. Shahgunyan (Αγία Πετρούπολη)

Σχήμα 2.6. Αντίγραφο οθόνης του συστήματος μέτρησης 'Balanset 1' που δείχνει τα αποτελέσματα της εξισορρόπησης του ρότορα του στροβίλου στη μηχανή του A. Shahgunyan

Εκτός από την κλασική εκδοχή των υποστηριγμάτων μηχανής εξισορρόπησης Soft Bearing που αναφέρθηκε παραπάνω, έχουν επίσης διαδοθεί και άλλες δομικές λύσεις.

Σχήμα 2.7 και 2.8 παρουσιάζουν φωτογραφίες μηχανών ζυγοστάθμισης για άξονες κίνησης, των οποίων τα στηρίγματα κατασκευάζονται με βάση επίπεδα (πλακοειδή) ελατήρια. Αυτά τα μηχανήματα κατασκευάστηκαν για τις ιδιόκτητες ανάγκες της ιδιωτικής επιχείρησης "Dergacheva" και της LLC "Tatcardan" ("Kinetics-M"), αντίστοιχα.

Οι μηχανές ζυγοστάθμισης μαλακών ρουλεμάν με τέτοιες βάσεις αναπαράγονται συχνά από ερασιτέχνες κατασκευαστές λόγω της σχετικής απλότητας και της κατασκευαστικότητάς τους. Αυτά τα πρωτότυπα είναι γενικά είτε μηχανές της σειράς VBRF από την "K. Schenck" είτε παρόμοιες μηχανές εγχώριας παραγωγής.

Τα μηχανήματα που παρουσιάζονται στα σχήματα 2.7 και 2.8 έχουν σχεδιαστεί για την εξισορρόπηση κινητήριων αξόνων δύο, τριών και τεσσάρων στηρίξεων. Έχουν παρόμοια κατασκευή, όπως:

• ένα συγκολλημένο πλαίσιο κλίνης 1, βασισμένο σε δύο δοκούς Ι που συνδέονται με εγκάρσιες νευρώσεις,
• ένα σταθερό (μπροστινό) στήριγμα άξονα 2,
• ένα κινητό (οπίσθιο) στήριγμα άξονα 3,
• ένα ή δύο κινητά (ενδιάμεσα) στηρίγματα 4. Τα στηρίγματα 2 και 3 στεγάζουν τις μονάδες ατράκτου 5 και 6, που προορίζονται για την τοποθέτηση του ζυγοσταθμισμένου άξονα κίνησης 7 στη μηχανή.

Σχήμα 2.7. Μηχανή μαλακών ρουλεμάν για την εξισορρόπηση αξόνων κίνησης από την ιδιωτική επιχείρηση "Dergacheva" με στηρίγματα σε επίπεδα ελατήρια (πλάκες)

Σχήμα 2.8. Μηχανή μαλακών ρουλεμάν για την εξισορρόπηση αξόνων κίνησης από την LLC "Tatcardan" ("Kinetics-M") με στηρίγματα σε επίπεδα ελατήρια

Σε όλα τα στηρίγματα είναι εγκατεστημένοι αισθητήρες κραδασμών 8, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των εγκάρσιων ταλαντώσεων των στηριγμάτων. Ο προπορευόμενος άξονας 5, τοποθετημένος στο στήριγμα 2, περιστρέφεται από έναν ηλεκτροκινητήρα μέσω ιμάντα.

Σχήματα 2.9.α και 2.9.β παρουσιάζουν φωτογραφίες της στήριξης της μηχανής εξισορρόπησης, η οποία βασίζεται σε επίπεδα ελατήρια.

Σχήμα 2.9. Υποστήριξη μηχανής εξισορρόπησης μαλακού ρουλεμάν με επίπεδα ελατήρια

• α) Πλευρική άποψη,
• β) Μπροστινή όψη

Δεδομένου ότι οι ερασιτέχνες κατασκευαστές χρησιμοποιούν συχνά τέτοια στηρίγματα στα σχέδιά τους, είναι χρήσιμο να εξετάσουμε λεπτομερέστερα τα χαρακτηριστικά της κατασκευής τους. Όπως φαίνεται στο σχήμα 2.9.α, το εν λόγω στήριγμα αποτελείται από τρία κύρια στοιχεία:

• Κάτω πλάκα στήριξης 1: Για το μπροστινό στήριγμα άξονα, η πλάκα είναι άκαμπτα συνδεδεμένη με τους οδηγούς- για τα ενδιάμεσα στηρίγματα ή τα πίσω στηρίγματα άξονα, η κάτω πλάκα έχει σχεδιαστεί ως καρότσα που μπορεί να κινείται κατά μήκος των οδηγών του πλαισίου.
• Πάνω πλάκα στήριξης 2, στις οποίες είναι τοποθετημένες οι μονάδες στήριξης (κυλινδρικά στηρίγματα 4, άτρακτοι, ενδιάμεσα έδρανα κ.λπ.).
• Δύο επίπεδα ελατήρια 3, που συνδέει την κάτω και την άνω πλάκα έδρασης.

Για να αποφευχθεί ο κίνδυνος αυξημένης δόνησης των στηριγμάτων κατά τη λειτουργία, η οποία μπορεί να εμφανιστεί κατά την επιτάχυνση ή την επιβράδυνση του ζυγοσταθμισμένου ρότορα, τα στηρίγματα μπορούν να περιλαμβάνουν μηχανισμό ασφάλισης (βλέπε Σχ. 2.9.β). Ο μηχανισμός αυτός αποτελείται από έναν άκαμπτο βραχίονα 5, ο οποίος μπορεί να εμπλέκεται με μια έκκεντρη κλειδαριά 6 που συνδέεται με ένα από τα επίπεδα ελατήρια του στηρίγματος. Όταν η κλειδαριά 6 και ο βραχίονας 5 εμπλέκονται, το στήριγμα κλειδώνει, εξαλείφοντας τον κίνδυνο αυξημένων κραδασμών κατά την επιτάχυνση και την επιβράδυνση.

Κατά το σχεδιασμό των στηρίξεων που κατασκευάζονται με επίπεδα ελατήρια, ο κατασκευαστής της μηχανής πρέπει να εκτιμήσει τη συχνότητα των φυσικών ταλαντώσεών τους, η οποία εξαρτάται από τη δυσκαμψία των ελατηρίων και τη μάζα του ζυγοσταθμισμένου ρότορα. Η γνώση αυτής της παραμέτρου επιτρέπει στον σχεδιαστή να επιλέξει συνειδητά το εύρος των λειτουργικών συχνοτήτων περιστροφής του ρότορα, αποφεύγοντας τον κίνδυνο ταλαντώσεων συντονισμού των στηρίξεων κατά την εξισορρόπηση.

Στο τμήμα 3 εξετάζονται συστάσεις για τον υπολογισμό και τον πειραματικό προσδιορισμό των ιδιοσυχνοτήτων ταλάντωσης των στηρίξεων, καθώς και άλλων στοιχείων των μηχανών εξισορρόπησης.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η απλότητα και η κατασκευασιμότητα του σχεδιασμού στήριξης με τη χρήση επίπεδων (πλακοειδών) ελατηρίων προσελκύουν ερασιτέχνες κατασκευαστές μηχανών εξισορρόπησης για διάφορους σκοπούς, συμπεριλαμβανομένων μηχανών για την εξισορρόπηση στροφαλοφόρων αξόνων, ρότορες στροβιλοσυμπιεστών αυτοκινήτων κ.λπ.

Για παράδειγμα, τα Σχήματα 2.10.α και 2.10.β παρουσιάζουν ένα γενικό σκίτσο μιας μηχανής που έχει σχεδιαστεί για την εξισορρόπηση των ρότορων υπερσυμπιεστή. Αυτή η μηχανή κατασκευάστηκε και χρησιμοποιείται για εσωτερικές ανάγκες στην LLC "SuraTurbo" στην Πένζα.

2.10.α. Μηχανή εξισορρόπησης ρότορα στροβιλοσυμπιεστή (πλευρική όψη)

2.10.β. Μηχανή εξισορρόπησης ρότορα στροβιλοσυμπιεστή (άποψη από την μπροστινή πλευρά στήριξης)

Εκτός από τις μηχανές εξισορρόπησης Soft Bearing που συζητήθηκαν προηγουμένως, μερικές φορές δημιουργούνται σχετικά απλές βάσεις Soft Bearing. Αυτές οι βάσεις επιτρέπουν την ποιοτική εξισορρόπηση περιστροφικών μηχανισμών για διάφορους σκοπούς με ελάχιστο κόστος.

Παρακάτω εξετάζονται αρκετές τέτοιες βάσεις, κατασκευασμένες με βάση μια επίπεδη πλάκα (ή πλαίσιο) τοποθετημένη σε κυλινδρικά ελατήρια συμπίεσης. Αυτά τα ελατήρια επιλέγονται συνήθως έτσι ώστε η φυσική συχνότητα ταλαντώσεων της πλάκας με τον μηχανισμό εξισορρόπησης εγκατεστημένο σε αυτήν να είναι 2 έως 3 φορές χαμηλότερη από τη συχνότητα περιστροφής του ρότορα αυτού του μηχανισμού κατά την εξισορρόπηση.

Σχήμα 2.11 παρουσιάζει φωτογραφία μιας βάσης για την εξισορρόπηση λειαντικών τροχών, που κατασκευάστηκε για την εσωτερική παραγωγή από τον P. Asharin.

Σχήμα 2.11. Βάση για ζυγοστάθμιση λειαντικών τροχών

Το περίπτερο αποτελείται από τα ακόλουθα κύρια στοιχεία:

• Πινακίδα 1, τοποθετημένο σε τέσσερα κυλινδρικά ελατήρια 2,
• Ηλεκτρικός κινητήρας 3, του οποίου ο ρότορας χρησιμεύει επίσης ως άξονας, στον οποίο είναι τοποθετημένος ένας άξονας 4, που χρησιμοποιείται για την εγκατάσταση και τη στερέωση του λειαντικού τροχού στον άξονα.

Ένα βασικό χαρακτηριστικό αυτής της βάσης είναι η συμπερίληψη ενός αισθητήρα παλμών 5 για τη γωνία περιστροφής του ρότορα του ηλεκτροκινητήρα, ο οποίος χρησιμοποιείται ως μέρος του συστήματος μέτρησης της βάσης ("Balanset 2C") για τον προσδιορισμό της γωνιακής θέσης για την αφαίρεση της διορθωτικής μάζας από τον λειαντικό τροχό.

Σχήμα 2.12 δείχνει μια φωτογραφία μιας βάσης που χρησιμοποιείται για την εξισορρόπηση αντλιών κενού. Αυτή η βάση αναπτύχθηκε κατόπιν παραγγελίας από την JSC "Measurement Plant".

Σχήμα 2.12. Βάση για αντλίες κενού εξισορρόπησης από την JSC "Measurement Plant""

Η βάση αυτού του περιπτέρου χρησιμοποιεί επίσης Πινακίδα 1, τοποθετημένα σε κυλινδρικά ελατήρια 2. Στην πλάκα 1, είναι εγκατεστημένη μια αντλία κενού 3, η οποία έχει τη δική της ηλεκτρική κίνηση ικανή να μεταβάλλει τις ταχύτητες ευρέως από 0 έως 60.000 στροφές ανά λεπτό. Στο περίβλημα της αντλίας είναι τοποθετημένοι αισθητήρες δονήσεων 4, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των δονήσεων σε δύο διαφορετικά τμήματα σε διαφορετικά ύψη.

Για τον συγχρονισμό της διαδικασίας μέτρησης κραδασμών με τη γωνία περιστροφής του ρότορα της αντλίας, χρησιμοποιείται ένας αισθητήρας γωνίας φάσης λέιζερ 5 στη βάση. Παρά την φαινομενικά απλοϊκή εξωτερική κατασκευή τέτοιων βάσεων, επιτρέπει την επίτευξη πολύ υψηλής ποιότητας εξισορρόπησης της πτερωτής της αντλίας.

Για παράδειγμα, σε υποκρίσιμες συχνότητες περιστροφής, η υπολειμματική ανισορροπία του ρότορα της αντλίας πληροί τις απαιτήσεις που ορίζονται για την κατηγορία ποιότητας ισορροπίας G0.16 σύμφωνα με το πρότυπο ISO 1940-1-2007 "Δόνηση. Απαιτήσεις για την ποιότητα ισορροπίας άκαμπτων ρότορων. Μέρος 1. Προσδιορισμός επιτρεπόμενης ανισορροπίας"."

Η υπολειπόμενη δόνηση του περιβλήματος της αντλίας που επιτυγχάνεται κατά την εξισορρόπηση σε ταχύτητες περιστροφής έως 8.000 RPM δεν υπερβαίνει τα 0,01 mm/sec.

Οι βάσεις εξισορρόπησης που κατασκευάζονται σύμφωνα με το σύστημα που περιγράφεται ανωτέρω είναι επίσης αποτελεσματικές στην εξισορρόπηση άλλων μηχανισμών, όπως οι ανεμιστήρες. Παραδείγματα βάσεων που έχουν σχεδιαστεί για την εξισορρόπηση ανεμιστήρων παρουσιάζονται στα σχήματα 2.13 και 2.14.

Σχήμα 2.13. Βάση για την εξισορρόπηση των πτερυγίων του ανεμιστήρα

Η ποιότητα της εξισορρόπησης των ανεμιστήρων που επιτυγχάνεται σε τέτοιες βάσεις είναι αρκετά υψηλή. Σύμφωνα με τους ειδικούς της "Atlant-project" LLC, στη βάση που σχεδίασαν οι ίδιοι με βάση τις συστάσεις της "Kinematics" LLC (βλ. Σχήμα 2.14), το επίπεδο υπολειμματικής δόνησης που επιτεύχθηκε κατά την εξισορρόπηση των ανεμιστήρων ήταν 0,8 mm/sec. Αυτό είναι περισσότερο από τρεις φορές καλύτερο από την ανοχή που έχει οριστεί για τους ανεμιστήρες της κατηγορίας BV5 σύμφωνα με το πρότυπο ISO 31350-2007 "Δόνηση. Βιομηχανικοί ανεμιστήρες. Απαιτήσεις για την παραγόμενη δόνηση και την ποιότητα εξισορρόπησης"."

Σχήμα 2.14. Βάση για πτερωτές ανεμιστήρα εξισορρόπησης εξοπλισμού αντιεκρηκτικού εξοπλισμού της "Atlant-project" LLC, Podolsk

Παρόμοια δεδομένα που ελήφθησαν στην JSC "Lissant Fan Factory" δείχνουν ότι τέτοιες βάσεις, που χρησιμοποιούνται στη σειριακή παραγωγή ανεμιστήρων αεραγωγών, εξασφάλιζαν σταθερά υπολειμματική δόνηση που δεν υπερέβαινε το 0,1 mm/s.

2.2. Σκληρές μηχανές ρουλεμάν

Οι μηχανές εξισορρόπησης με σκληρό έδρανο διαφέρουν από τις μηχανές με μαλακό έδρανο που συζητήθηκαν προηγουμένως ως προς το σχεδιασμό των στηριγμάτων τους. Τα στηρίγματά τους έχουν τη μορφή άκαμπτων πλακών με περίπλοκες υποδοχές (εγκοπές). Οι φυσικές συχνότητες αυτών των στηρίξεων υπερβαίνουν σημαντικά (τουλάχιστον 2-3 φορές) τη μέγιστη συχνότητα περιστροφής του ρότορα που ζυγοσταθμίζεται στη μηχανή.

Οι μηχανές σκληρού ρουλεμάν είναι πιο ευέλικτες από τις μηχανές μαλακού ρουλεμάν, καθώς συνήθως επιτρέπουν την ποιοτική εξισορρόπηση των ρότορων σε ένα ευρύτερο φάσμα των χαρακτηριστικών μάζας και διαστάσεων. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα αυτών των μηχανών είναι επίσης ότι επιτρέπουν την εξισορρόπηση υψηλής ακρίβειας των ρότορων σε σχετικά χαμηλές ταχύτητες περιστροφής, οι οποίες μπορεί να κυμαίνονται μεταξύ 200-500 στροφών ανά λεπτό και χαμηλότερα.

Σχήμα 2.15 δείχνει μια φωτογραφία μιας τυπικής μηχανής ζυγοστάθμισης με σκληρά ρουλεμάν που κατασκευάζεται από την "K. Schenk". Από αυτό το σχήμα, είναι προφανές ότι μεμονωμένα μέρη του στηρίγματος, που σχηματίζονται από τις περίπλοκες εγκοπές, έχουν ποικίλη ακαμψία. Υπό την επίδραση των δυνάμεων της ανισορροπίας του ρότορα, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε παραμορφώσεις (μετατοπίσεις) ορισμένων τμημάτων του στηρίγματος σε σχέση με άλλα. (Στο Σχήμα 2.15, το πιο άκαμπτο τμήμα του στηρίγματος επισημαίνεται με μια κόκκινη διακεκομμένη γραμμή και το σχετικά εύκαμπτο τμήμα του είναι με μπλε χρώμα).

Για τη μέτρηση των εν λόγω σχετικών παραμορφώσεων, οι μηχανές Hard Bearing μπορούν να χρησιμοποιούν είτε αισθητήρες δύναμης είτε εξαιρετικά ευαίσθητους αισθητήρες κραδασμών διαφόρων τύπων, συμπεριλαμβανομένων των αισθητήρων μετατόπισης κραδασμών χωρίς επαφή.

Σχήμα 2.15. Μηχανή ζυγοστάθμισης με σκληρά ρουλεμάν από την "K. Schenk""

Όπως υποδεικνύεται από την ανάλυση των αιτημάτων που ελήφθησαν από πελάτες για τα όργανα της σειράς "Balanset", το ενδιαφέρον για την κατασκευή μηχανημάτων με σκληρά ρουλεμάν για εσωτερική χρήση αυξάνεται συνεχώς. Αυτό διευκολύνεται από την ευρεία διάδοση διαφημιστικών πληροφοριών σχετικά με τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού των οικιακών μηχανημάτων ζυγοστάθμισης, τα οποία χρησιμοποιούνται από ερασιτέχνες κατασκευαστές ως ανάλογα (ή πρωτότυπα) για τις δικές τους εξελίξεις.

Ας εξετάσουμε ορισμένες παραλλαγές μηχανών με σκληρά ρουλεμάν που κατασκευάζονται για τις εσωτερικές ανάγκες ορισμένων καταναλωτών των οργάνων της σειράς "Balanset".

Σχήματα 2.16.α - 2.16.δ Δείχνουν φωτογραφίες μιας μηχανής με σκληρά ρουλεμάν σχεδιασμένης για την εξισορρόπηση αξόνων κίνησης, η οποία κατασκευάστηκε από τον N. Obyedkov (πόλη Magnitogorsk). Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.16.a, η μηχανή αποτελείται από ένα άκαμπτο πλαίσιο 1, στο οποίο είναι εγκατεστημένα στηρίγματα 2 (δύο άτρακτοι και δύο ενδιάμεσοι). Ο κύριος άξονας 3 της μηχανής περιστρέφεται από έναν ασύγχρονο ηλεκτροκινητήρα 4 μέσω ενός ιμάντα κίνησης. Ένας ελεγκτής συχνότητας 6 χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ταχύτητας περιστροφής του ηλεκτροκινητήρα 4. Η μηχανή είναι εξοπλισμένη με το σύστημα μέτρησης και υπολογισμού "Balanset 4" 5, το οποίο περιλαμβάνει μια μονάδα μέτρησης, έναν υπολογιστή, τέσσερις αισθητήρες δύναμης και έναν αισθητήρα γωνίας φάσης (αισθητήρες που δεν φαίνονται στο Σχήμα 2.16.a).

Σχήμα 2.16.α. Μηχανή σκληρού ρουλεμάν για την εξισορρόπηση κινητήριων αξόνων, κατασκευασμένη από τον N. Obyedkov (Magnitogorsk)

Σχήμα 2.16.β δείχνει μια φωτογραφία του μπροστινού στηρίγματος της μηχανής με την προπορευόμενη άτρακτο 3, η οποία κινείται, όπως προαναφέρθηκε, με ιμάντα από ασύγχρονο ηλεκτροκινητήρα 4. Το εν λόγω στήριγμα είναι άκαμπτα τοποθετημένο στο πλαίσιο.

Σχήμα 2.16.β. Μπροστινή (εμπρόσθια) στήριξη ατράκτου.

Σχήμα 2.16.γ διαθέτει φωτογραφία ενός από τα δύο κινητά ενδιάμεσα στηρίγματα του μηχανήματος. Το εν λόγω στήριγμα στηρίζεται σε ολισθήσεις 7, επιτρέποντας τη διαμήκη μετακίνησή του κατά μήκος των οδηγών του πλαισίου. Το εν λόγω στήριγμα περιλαμβάνει μια ειδική διάταξη 8, σχεδιασμένη για την εγκατάσταση και τη ρύθμιση του ύψους του ενδιάμεσου εδράνου του ζυγοσταθμισμένου άξονα κίνησης.

Σχήμα 2.16.γ. Ενδιάμεση κινητή στήριξη της μηχανής

Σχήμα 2.16.δ δείχνει μια φωτογραφία του πίσω (κινητήριου) στηρίγματος άξονα, το οποίο, όπως και τα ενδιάμεσα στηρίγματα, επιτρέπει την κίνηση κατά μήκος των οδηγών του πλαισίου του μηχανήματος.

Σχήμα 2.16.δ. Πίσω (κινητήρια) στήριξη ατράκτου.

Όλα τα προαναφερθέντα στηρίγματα είναι κατακόρυφες πλάκες τοποθετημένες σε επίπεδες βάσεις. Οι πλάκες διαθέτουν σχισμές σχήματος Τ (βλέπε σχήμα 2.16.δ), οι οποίες χωρίζουν το στήριγμα σε ένα εσωτερικό τμήμα 9 (πιο άκαμπτο) και ένα εξωτερικό τμήμα 10 (λιγότερο άκαμπτο). Η διαφορετική δυσκαμψία του εσωτερικού και του εξωτερικού μέρους του φορέα μπορεί να οδηγήσει σε σχετική παραμόρφωση των τμημάτων αυτών υπό τις δυνάμεις της ανισορροπίας από τον ζυγοσταθμισμένο ρότορα.

Οι αισθητήρες δύναμης χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μέτρηση της σχετικής παραμόρφωσης των στηρίξεων σε αυτοσχέδιες μηχανές. Ένα παράδειγμα του τρόπου εγκατάστασης ενός αισθητήρα δύναμης σε ένα στήριγμα μηχανής εξισορρόπησης Hard Bearing παρουσιάζεται στο σχήμα 2.16.ε. Όπως φαίνεται σε αυτό το σχήμα, ο αισθητήρας δύναμης 11 πιέζεται στην πλευρική επιφάνεια του εσωτερικού τμήματος του στηρίγματος μέσω ενός κοχλία 12, ο οποίος διέρχεται από μια οπή με σπείρωμα στο εξωτερικό τμήμα του στηρίγματος.

Για να εξασφαλιστεί η ομοιόμορφη πίεση του μπουλονιού 12 σε όλο το επίπεδο του αισθητήρα δύναμης 11, τοποθετείται μια επίπεδη ροδέλα 13 μεταξύ αυτού και του αισθητήρα.

Σχήμα 2.16.δ. Παράδειγμα εγκατάστασης αισθητήρα δύναμης σε στήριγμα.

Κατά τη λειτουργία του μηχανήματος, οι δυνάμεις ανισορροπίας από τον ισορροπημένο ρότορα ασκούνται μέσω των μονάδων στήριξης (άξονες ή ενδιάμεσα ρουλεμάν) στο εξωτερικό μέρος του στηρίγματος, το οποίο αρχίζει να κινείται κυκλικά (παραμορφώνεται) σε σχέση με το εσωτερικό του μέρος στη συχνότητα περιστροφής του ρότορα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια μεταβλητή δύναμη που ασκείται στον αισθητήρα 11, ανάλογη με τη δύναμη ανισορροπίας. Υπό την επίδρασή της, στην έξοδο του αισθητήρα δύναμης παράγεται ένα ηλεκτρικό σήμα ανάλογο με το μέγεθος της ανισορροπίας του ρότορα.

Τα σήματα από αισθητήρες δύναμης, που είναι εγκατεστημένοι σε όλα τα στηρίγματα, τροφοδοτούνται στο σύστημα μέτρησης και υπολογισμού του μηχανήματος, όπου χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των παραμέτρων των διορθωτικών βαρών.

Σχήμα 2.17.α. παρουσιάζει μια φωτογραφία μιας εξαιρετικά εξειδικευμένης μηχανής σκληρών ρουλεμάν που χρησιμοποιείται για την εξισορρόπηση αξόνων "βιδών". Αυτή η μηχανή κατασκευάστηκε για εσωτερική χρήση στην LLC "Ufatverdosplav".

Όπως φαίνεται στο σχήμα, ο μηχανισμός περιστροφής της μηχανής έχει απλουστευμένη κατασκευή, η οποία αποτελείται από τα ακόλουθα κύρια εξαρτήματα:

• Συγκολλημένο πλαίσιο 1, που χρησιμεύει ως κρεβάτι,
• Δύο σταθερά στηρίγματα 2, σταθερά στερεωμένο στο πλαίσιο,
• Ηλεκτρικός κινητήρας 3, ο οποίος κινεί τον ζυγοσταθμισμένο άξονα (κοχλία) 5 μέσω ενός ιμάντα 4.

Σχήμα 2.17.α. Μηχανή σκληρών ρουλεμάν για την εξισορρόπηση αξόνων βιδών, κατασκευασμένη από την LLC "Ufatverdosplav""

Τα στηρίγματα 2 του μηχανήματος είναι κατακόρυφα τοποθετημένα χαλύβδινα ελάσματα με υποδοχές σχήματος Τ. Στην κορυφή κάθε στήριξης υπάρχουν κύλινδροι στήριξης κατασκευασμένοι με έδρανα κύλισης, πάνω στους οποίους περιστρέφεται ο ζυγοσταθμισμένος άξονας 5.

Για τη μέτρηση της παραμόρφωσης των στηριγμάτων, η οποία συμβαίνει υπό την επίδραση της ανισορροπίας του ρότορα, χρησιμοποιούνται αισθητήρες δύναμης 6 (βλ. Σχήμα 2.17.b), οι οποίοι είναι εγκατεστημένοι στις υποδοχές των στηριγμάτων. Αυτοί οι αισθητήρες συνδέονται με τη συσκευή "Balanset 1", η οποία χρησιμοποιείται σε αυτό το μηχάνημα ως σύστημα μέτρησης και υπολογισμού.

Παρά τη σχετική απλότητα του μηχανισμού περιστροφής της μηχανής, επιτρέπει την επαρκώς υψηλής ποιότητας εξισορρόπηση των βιδών, οι οποίες, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.17.α., έχουν σύνθετη ελικοειδή επιφάνεια.

Σύμφωνα με την LLC "Ufatverdosplav", η αρχική ανισορροπία της βίδας μειώθηκε σχεδόν 50 φορές σε αυτό το μηχάνημα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εξισορρόπησης.

Σχήμα 2.17.β. Σκληρό έδρανο στήριξης μηχανής για άξονες βιδών εξισορρόπησης με αισθητήρα δύναμης

Η επιτευχθείσα υπολειμματική ανισορροπία ήταν 3552 g*mm (19,2 g σε ακτίνα 185 mm) στο πρώτο επίπεδο του κοχλία και 2220 g*mm (12,0 g σε ακτίνα 185 mm) στο δεύτερο επίπεδο. Για έναν ρότορα βάρους 500 kg που λειτουργεί με συχνότητα περιστροφής 3500 RPM, αυτή η ανισορροπία αντιστοιχεί στην κλάση G6.3 σύμφωνα με το πρότυπο ISO 1940-1-2007, η οποία πληροί τις απαιτήσεις που ορίζονται στην τεχνική του τεκμηρίωση.

Ένας πρωτότυπος σχεδιασμός (βλ. Σχήμα 2.18), που περιλαμβάνει τη χρήση μίας μόνο βάσης για ταυτόχρονη εγκατάσταση στηριγμάτων για δύο μηχανές εξισορρόπησης με σκληρά ρουλεμάν διαφορετικών μεγεθών, προτάθηκε από τον SV Morozov. Τα προφανή πλεονεκτήματα αυτής της τεχνικής λύσης, τα οποία επιτρέπουν την ελαχιστοποίηση του κόστους παραγωγής του κατασκευαστή, περιλαμβάνουν:

• Εξοικονόμηση χώρου παραγωγής,
• Χρήση ενός ηλεκτροκινητήρα με μονάδα μεταβλητής συχνότητας για τη λειτουργία δύο διαφορετικών μηχανημάτων,
• Χρήση ενός συστήματος μέτρησης για τη λειτουργία δύο διαφορετικών μηχανημάτων.

Σχήμα 2.18. Μηχανή ζυγοστάθμισης με σκληρά ρουλεμάν ("Tandem"), κατασκευασμένη από τον SV Morozov

3. Απαιτήσεις για την κατασκευή των βασικών μονάδων και μηχανισμών των μηχανών εξισορρόπησης

3.1. Ρουλεμάν

3.1.1. Θεωρητικά θεμέλια του σχεδιασμού ρουλεμάν

Στην προηγούμενη ενότητα, συζητήθηκαν λεπτομερώς οι κύριες εκτελέσεις σχεδιασμού στηριγμάτων μαλακών και σκληρών ρουλεμάν για μηχανές εξισορρόπησης. Μια κρίσιμη παράμετρος που πρέπει να λάβουν υπόψη οι σχεδιαστές κατά το σχεδιασμό και την κατασκευή αυτών των στηριγμάτων είναι οι φυσικές συχνότητες ταλάντωσής τους. Αυτό είναι σημαντικό επειδή η μέτρηση όχι μόνο του πλάτους της δόνησης (κυκλική παραμόρφωση) των στηριγμάτων αλλά και της φάσης της δόνησης απαιτείται για τον υπολογισμό των παραμέτρων των διορθωτικών βαρών από τα συστήματα μέτρησης και υπολογισμού της μηχανής.

Εάν η ιδιοσυχνότητα ενός υποστηρίγματος συμπίπτει με τη συχνότητα περιστροφής του ισορροπημένου ρότορα (συντονισμός υποστηρίγματος), η ακριβής μέτρηση του πλάτους και της φάσης της δόνησης είναι πρακτικά αδύνατη. Αυτό απεικονίζεται σαφώς στα γραφήματα που δείχνουν τις αλλαγές στο πλάτος και τη φάση των ταλαντώσεων του υποστηρίγματος ως συνάρτηση της συχνότητας περιστροφής του ισορροπημένου ρότορα (βλ. Σχήμα 3.1).

Από αυτά τα διαγράμματα προκύπτει ότι καθώς η συχνότητα περιστροφής του ζυγοσταθμισμένου δρομέα πλησιάζει τη φυσική συχνότητα των ταλαντώσεων του φορέα (δηλαδή όταν ο λόγος fp/fo είναι κοντά στο 1), παρατηρείται σημαντική αύξηση του πλάτους που σχετίζεται με τις ταλαντώσεις συντονισμού του φορέα (βλέπε Σχήμα 3.1.α). Ταυτόχρονα, το γράφημα 3.1.β δείχνει ότι στη ζώνη συντονισμού υπάρχει απότομη μεταβολή της γωνίας φάσης ∆F°, η οποία μπορεί να φθάσει έως και τις 180°.

Με άλλα λόγια, κατά την εξισορρόπηση οποιουδήποτε μηχανισμού στη ζώνη συντονισμού, ακόμη και μικρές αλλαγές στη συχνότητα περιστροφής του μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντική αστάθεια στα αποτελέσματα μέτρησης του πλάτους και της φάσης της ταλάντωσής του, οδηγώντας σε σφάλματα στον υπολογισμό των παραμέτρων των διορθωτικών βαρών και επηρεάζοντας αρνητικά την ποιότητα της εξισορρόπησης.

Τα παραπάνω γραφήματα επιβεβαιώνουν προηγούμενες συστάσεις ότι για μηχανές με σκληρά ρουλεμάν, το ανώτερο όριο των λειτουργικών συχνοτήτων του ρότορα θα πρέπει να είναι (τουλάχιστον) 2-3 φορές χαμηλότερο από την ιδιοσυχνότητα της στήριξης, fo. Για μηχανές με μαλακά ρουλεμάν, το κατώτερο όριο των επιτρεπόμενων λειτουργικών συχνοτήτων του ισορροπημένου ρότορα θα πρέπει (τουλάχιστον) να είναι 2-3 φορές υψηλότερο από την ιδιοσυχνότητα της στήριξης.

Σχήμα 3.1. Διαγράμματα που δείχνουν τις μεταβολές του σχετικού πλάτους και της φάσης των δονήσεων του φορέα της μηχανής εξισορρόπησης σε συνάρτηση με τις μεταβολές της συχνότητας περιστροφής.

• Ад - Πλάτος των δυναμικών δονήσεων της στήριξης,
• e = m*r / M - Ειδική ανισορροπία του ισορροπημένου ρότορα.;
• m - Μη ισορροπημένη μάζα του ρότορα,
• M - Μάζα του ρότορα,
• r - Ακτίνα στην οποία βρίσκεται η μη ισορροπημένη μάζα στο δρομέα,
• fp - Συχνότητα περιστροφής του ρότορα,
• fo - Φυσική συχνότητα των δονήσεων της στήριξης

Λαμβάνοντας υπόψη τις πληροφορίες που παρουσιάστηκαν, δεν συνιστάται η λειτουργία του μηχανήματος στην περιοχή συντονισμού των στηρίξεών του (επισημαίνεται με κόκκινο χρώμα στο Σχ. 3.1). Τα γραφήματα που παρουσιάζονται στο Σχ. 3.1 καταδεικνύουν επίσης ότι για τις ίδιες ανισορροπίες του δρομέα, οι πραγματικές δονήσεις των στηρίξεων της μηχανής Soft Bearing είναι σημαντικά χαμηλότερες από εκείνες που εμφανίζονται στις στηρίξεις της μηχανής Soft Bearing.

Από αυτό προκύπτει ότι οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των δονήσεων των στηρίξεων σε μηχανές με σκληρό έδρανο πρέπει να έχουν μεγαλύτερη ευαισθησία από εκείνους σε μηχανές με μαλακό έδρανο. Το συμπέρασμα αυτό υποστηρίζεται επαρκώς από την πραγματική πρακτική της χρήσης αισθητήρων, η οποία δείχνει ότι οι αισθητήρες απόλυτων δονήσεων (δονητικά επιταχυνσιόμετρα ή/και αισθητήρες δονητικής ταχύτητας), που χρησιμοποιούνται επιτυχώς σε μηχανές εξισορρόπησης Soft Bearing, συχνά δεν μπορούν να επιτύχουν την απαραίτητη ποιότητα εξισορρόπησης σε μηχανές Hard Bearing.

Σε αυτά τα μηχανήματα συνιστάται η χρήση αισθητήρων σχετικών δονήσεων, όπως αισθητήρες δύναμης ή αισθητήρες μετατόπισης υψηλής ευαισθησίας.

3.1.2. Εκτίμηση των φυσικών συχνοτήτων των στηρίξεων με χρήση μεθόδων υπολογισμού

Ένας σχεδιαστής μπορεί να εκτελέσει έναν προσεγγιστικό (εκτιμητικό) υπολογισμό της φυσικής συχνότητας ενός φορέα fo χρησιμοποιώντας τον τύπο 3.1, θεωρώντας τον απλοϊκά ως ένα σύστημα ταλάντωσης με έναν βαθμό ελευθερίας, το οποίο (βλέπε σχήμα 2.19.α) αντιπροσωπεύεται από μια μάζα M, που ταλαντώνεται πάνω σε ένα ελατήριο με δυσκαμψία K.

Η μάζα M που χρησιμοποιείται στον υπολογισμό για έναν συμμετρικό ρότορα μεταξύ ρουλεμάν μπορεί να προσεγγιστεί από τον τύπο 3.2.

όπου Mo είναι η μάζα του κινούμενου μέρους του στηρίγματος σε kg· Mr είναι η μάζα του ισορροπημένου ρότορα σε kg· n είναι ο αριθμός των στηριγμάτων μηχανής που εμπλέκονται στην ισορροπομέτρηση.

Η δυσκαμψία Κ του φορέα υπολογίζεται με τον τύπο 3.3 με βάση τα αποτελέσματα πειραματικών μελετών που περιλαμβάνουν τη μέτρηση της παραμόρφωσης ΔL του φορέα όταν αυτός φορτίζεται με στατική δύναμη P (βλέπε σχήματα 3.2.α και 3.2.β).

όπου ΔL είναι η παραμόρφωση του υποστηρίγματος σε μέτρα· P είναι η στατική δύναμη σε Νιούτον.

Το μέγεθος της δύναμης φόρτισης P μπορεί να μετρηθεί με όργανο μέτρησης της δύναμης (π.χ. δυναμόμετρο). Η μετατόπιση της στήριξης ΔL προσδιορίζεται με τη χρήση συσκευής μέτρησης γραμμικών μετατοπίσεων (π.χ. δείκτη).

3.1.3. Πειραματικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό των φυσικών συχνοτήτων των στηρίξεων

Δεδομένου ότι ο παραπάνω υπολογισμός των φυσικών συχνοτήτων των στηριγμάτων, που πραγματοποιείται με μια απλοποιημένη μέθοδο, μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικά σφάλματα, οι περισσότεροι ερασιτέχνες προγραμματιστές προτιμούν να προσδιορίζουν αυτές τις παραμέτρους με πειραματικές μεθόδους. Για αυτό, αξιοποιούν τις δυνατότητες που παρέχονται από τα σύγχρονα συστήματα μέτρησης κραδασμών των μηχανών εξισορρόπησης, συμπεριλαμβανομένων των οργάνων της σειράς "Balanset".

3.1.3.1. Προσδιορισμός των φυσικών συχνοτήτων των στηρίξεων με τη μέθοδο της κρουστικής διέγερσης

Η μέθοδος κρουστικής διέγερσης είναι ο απλούστερος και πιο συνηθισμένος τρόπος για τον προσδιορισμό της φυσικής συχνότητας των δονήσεων ενός φορέα ή οποιουδήποτε άλλου εξαρτήματος μηχανής. Βασίζεται στο γεγονός ότι όταν οποιοδήποτε αντικείμενο, όπως μια καμπάνα (βλ. Σχ. 3.3), διεγείρεται με κρούση, η απόκρισή του εκδηλώνεται ως σταδιακά φθίνουσα δονητική απόκριση. Η συχνότητα του δονητικού σήματος καθορίζεται από τα δομικά χαρακτηριστικά του αντικειμένου και αντιστοιχεί στη συχνότητα των φυσικών δονήσεών του. Για την κρουστική διέγερση των δονήσεων μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε βαρύ εργαλείο, όπως ένα σφυρί από καουτσούκ ή ένα κανονικό σφυρί.

Σχήμα 3.3. Διάγραμμα διέγερσης κρούσης που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των φυσικών συχνοτήτων ενός αντικειμένου

Η μάζα του σφυριού πρέπει να είναι περίπου 10% της μάζας του αντικειμένου που διεγείρεται. Για την καταγραφή της δονητικής απόκρισης, θα πρέπει να εγκατασταθεί αισθητήρας δονήσεων στο υπό εξέταση αντικείμενο, με τον άξονα μέτρησής του ευθυγραμμισμένο με τη διεύθυνση της κρουστικής διέγερσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα μικρόφωνο από μια συσκευή μέτρησης θορύβου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αισθητήρας για την αντίληψη της δονητικής απόκρισης του αντικειμένου.

Οι δονήσεις του αντικειμένου μετατρέπονται σε ηλεκτρικό σήμα από τον αισθητήρα, το οποίο στη συνέχεια αποστέλλεται σε ένα όργανο μέτρησης, όπως η είσοδος ενός αναλυτή φάσματος. Αυτό το όργανο καταγράφει τη χρονική συνάρτηση και το φάσμα της φθίνουσας δονητικής διαδικασίας (βλ. Σχήμα 3.4), η ανάλυση των οποίων επιτρέπει τον προσδιορισμό της συχνότητας (συχνοτήτων) των φυσικών δονήσεων του αντικειμένου.

Σχήμα 3.5. Διεπαφή του προγράμματος που δείχνει τα γραφήματα της χρονικής συνάρτησης και το φάσμα των φθινουσών κρουστικών δονήσεων της εξεταζόμενης δομής

Η ανάλυση του διαγράμματος φάσματος που παρουσιάζεται στο Σχήμα 3.5 (βλ. το κάτω μέρος του παραθύρου εργασίας) δείχνει ότι η κύρια συνιστώσα των φυσικών ταλαντώσεων της εξεταζόμενης κατασκευής, η οποία προσδιορίζεται σε σχέση με τον άξονα της απόκλισης του διαγράμματος, εμφανίζεται σε συχνότητα 9,5 Hz. Η μέθοδος αυτή μπορεί να συνιστάται για μελέτες των φυσικών δονήσεων τόσο των στηρίξεων μηχανών εξισορρόπησης Soft Bearing όσο και των Hard Bearing.

3.1.3.2. Προσδιορισμός των φυσικών συχνοτήτων των στηρίξεων σε κατάσταση ακτομηχανικής λειτουργίας

Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι φυσικές συχνότητες των στηριγμάτων μπορούν να προσδιοριστούν μετρώντας κυκλικά το πλάτος και τη φάση της δόνησης "στην ακτή". Κατά την εφαρμογή αυτής της μεθόδου, ο ρότορας που είναι εγκατεστημένος στην εξεταζόμενη μηχανή αρχικά επιταχύνεται στη μέγιστη ταχύτητα περιστροφής του, μετά την οποία αποσυνδέεται η κίνησή του και η συχνότητα της διαταραγμένης δύναμης που σχετίζεται με την ανισορροπία του ρότορα μειώνεται σταδιακά από το μέγιστο μέχρι το σημείο στάσης.

Στην περίπτωση αυτή, οι φυσικές συχνότητες των στηρίξεων μπορούν να προσδιοριστούν με βάση δύο χαρακτηριστικά:

• Με ένα τοπικό άλμα στο πλάτος δόνησης που παρατηρείται στις περιοχές συντονισμού,
• Με μια απότομη αλλαγή (έως 180°) της φάσης της δόνησης που παρατηρείται στη ζώνη του άλματος πλάτους.

Στις συσκευές της σειράς "Balanset", η λειτουργία "Vibrometer" ("Balanset 1") ή η λειτουργία "Balancing. Monitoring" ("Balanset 2C" και "Balanset 4") μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση των φυσικών συχνοτήτων αντικειμένων "στην ακτή", επιτρέποντας κυκλικές μετρήσεις του πλάτους και της φάσης της δόνησης στη συχνότητα περιστροφής του ρότορα.

Επιπλέον, το λογισμικό "Balanset 1" περιλαμβάνει επιπλέον μια εξειδικευμένη λειτουργία "Graphs. Coasting", η οποία επιτρέπει την απεικόνιση γραφημάτων αλλαγών στο πλάτος και τη φάση των δονήσεων υποστήριξης στην ακτή ως συνάρτηση της μεταβαλλόμενης συχνότητας περιστροφής, διευκολύνοντας σημαντικά τη διαδικασία διάγνωσης των συντονισμών.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, για προφανείς λόγους (βλ. ενότητα 3.1.1), η μέθοδος προσδιορισμού των φυσικών συχνοτήτων των στηρίξεων στην ακτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο στην περίπτωση μελέτης μηχανών εξισορρόπησης Soft Bearing, όπου οι συχνότητες λειτουργίας της περιστροφής του δρομέα υπερβαίνουν σημαντικά τις φυσικές συχνότητες των στηρίξεων στην εγκάρσια διεύθυνση.

Στην περίπτωση των μηχανών με σκληρό έδρανο, όπου οι συχνότητες λειτουργίας της περιστροφής του ρότορα που διεγείρουν τις δονήσεις των στηρίξεων στην ακτή είναι σημαντικά χαμηλότερες από τις φυσικές συχνότητες των στηρίξεων, η χρήση αυτής της μεθόδου είναι πρακτικά αδύνατη.

3.1.4. Πρακτικές συστάσεις για το σχεδιασμό και την κατασκευή στηριγμάτων για μηχανές εξισορρόπησης

3.1.2. Υπολογισμός των φυσικών συχνοτήτων των στηρίξεων με υπολογιστικές μεθόδους

Οι υπολογισμοί των φυσικών συχνοτήτων των στηρίξεων με το προαναφερθέν σχήμα υπολογισμού μπορούν να γίνουν προς δύο κατευθύνσεις:

• Στην εγκάρσια διεύθυνση των στηρίξεων, η οποία συμπίπτει με την κατεύθυνση μέτρησης των δονήσεών τους που προκαλούνται από τις δυνάμεις της ανισορροπίας του δρομέα,
• Στην αξονική κατεύθυνση, που συμπίπτει με τον άξονα περιστροφής του ζυγοσταθμισμένου δρομέα που είναι τοποθετημένος στα στηρίγματα της μηχανής.

Ο υπολογισμός των ιδιοσυχνοτήτων των στηριγμάτων στην κατακόρυφη κατεύθυνση απαιτεί τη χρήση μιας πιο σύνθετης τεχνικής υπολογισμού, η οποία (εκτός από τις παραμέτρους του στηρίγματος και του ίδιου του ισορροπημένου ρότορα) πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις παραμέτρους του πλαισίου και τις ιδιαιτερότητες της εγκατάστασης της μηχανής στη θεμελίωση. Αυτή η μέθοδος δεν συζητείται σε αυτήν τη δημοσίευση. Η ανάλυση του τύπου 3.1 επιτρέπει ορισμένες απλές συστάσεις που θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη από τους σχεδιαστές μηχανών στις πρακτικές τους δραστηριότητες. Συγκεκριμένα, η ιδιοσυχνότητα ενός στηρίγματος μπορεί να τροποποιηθεί αλλάζοντας την ακαμψία ή/και τη μάζα του. Η αύξηση της ακαμψίας αυξάνει την ιδιοσυχνότητα του στηρίγματος, ενώ η αύξηση της μάζας τη μειώνει. Αυτές οι αλλαγές έχουν μια μη γραμμική, τετραγωνικά αντίστροφη σχέση. Για παράδειγμα, ο διπλασιασμός της ακαμψίας του στηρίγματος αυξάνει την ιδιοσυχνότητά του μόνο κατά συντελεστή 1,4. Ομοίως, ο διπλασιασμός της μάζας του κινούμενου μέρους του στηρίγματος μειώνει την ιδιοσυχνότητά του μόνο κατά συντελεστή 1,4.

3.1.4.1. Μηχανές μαλακής έδρασης με ελατήρια επίπεδης πλάκας

Αρκετές παραλλαγές σχεδιασμού στηριγμάτων μηχανών ζυγοστάθμισης που κατασκευάζονται με επίπεδα ελατήρια έχουν συζητηθεί παραπάνω στην ενότητα 2.1 και απεικονίζονται στα Σχήματα 2.7 - 2.9. Σύμφωνα με τις πληροφορίες μας, τέτοιοι σχεδιασμοί χρησιμοποιούνται συχνότερα σε μηχανήματα που προορίζονται για την ζυγοστάθμιση αξόνων κίνησης.

Για παράδειγμα, ας εξετάσουμε τις παραμέτρους ελατηρίου που χρησιμοποίησε ένας από τους πελάτες (LLC "Rost-Service", Αγία Πετρούπολη) στην κατασκευή των δικών του στηριγμάτων μηχανών. Αυτό το μηχάνημα προοριζόταν για την εξισορρόπηση αξόνων κίνησης 2, 3 και 4 στηριγμάτων, με μάζα που δεν ξεπερνούσε τα 200 kg. Οι γεωμετρικές διαστάσεις των ελατηρίων (ύψος * πλάτος * πάχος) που χρησιμοποιήθηκαν στα στηρίγματα των οδηγών και των κινούμενων αξόνων του μηχανήματος, που επιλέχθηκαν από τον πελάτη, ήταν αντίστοιχα 300*200*3 mm.

Η ιδιοσυχνότητα του μη φορτισμένου υποστηρίγματος, που προσδιορίστηκε πειραματικά με τη μέθοδο διέγερσης με κρούση χρησιμοποιώντας το τυπικό σύστημα μέτρησης της μηχανής "Balanset 4", βρέθηκε να είναι 11-12 Hz. Σε μια τέτοια ιδιοσυχνότητα ταλαντώσεων των υποστηριγμάτων, η συνιστώμενη συχνότητα περιστροφής του ισορροπημένου ρότορα κατά την ισορροπημένη λειτουργία δεν πρέπει να είναι χαμηλότερη από 22-24 Hz (1320 – 1440 RPM).

Οι γεωμετρικές διαστάσεις των επίπεδων ελατηρίων που χρησιμοποιήθηκαν από τον ίδιο κατασκευαστή στις ενδιάμεσες βάσεις ήταν αντίστοιχα 200*200*3 mm. Επιπλέον, όπως έδειξαν οι μελέτες, οι φυσικές συχνότητες αυτών των βάσεων ήταν υψηλότερες, φτάνοντας τα 13-14 Hz.

Με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών, οι κατασκευαστές του μηχανήματος συμβουλεύτηκαν να ευθυγραμμίσουν (εξισορροπήσουν) τις φυσικές συχνότητες του άξονα και των ενδιάμεσων στηριγμάτων. Αυτό θα πρέπει να διευκολύνει την επιλογή του εύρους λειτουργικών συχνοτήτων περιστροφής των κινητήριων αξόνων κατά την ζυγοστάθμιση και να αποφύγει πιθανές αστάθειες των μετρήσεων του συστήματος μέτρησης λόγω της εισόδου των στηριγμάτων στην περιοχή των συντονισμένων δονήσεων.

Οι μέθοδοι ρύθμισης των φυσικών συχνοτήτων των δονήσεων των στηρίξεων σε επίπεδα ελατήρια είναι προφανείς. Η προσαρμογή αυτή μπορεί να επιτευχθεί με τη μεταβολή των γεωμετρικών διαστάσεων ή του σχήματος των επίπεδων ελατηρίων, η οποία επιτυγχάνεται, για παράδειγμα, με το φρεζάρισμα διαμήκων ή εγκάρσιων σχισμών που μειώνουν τη δυσκαμψία τους.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η επαλήθευση των αποτελεσμάτων της εν λόγω προσαρμογής μπορεί να πραγματοποιηθεί με τον προσδιορισμό των φυσικών συχνοτήτων των δονήσεων των στηρίξεων με τις μεθόδους που περιγράφονται στα σημεία 3.1.3.1 και 3.1.3.2.

Σχήμα 3.6 παρουσιάζει μια κλασική εκδοχή του σχεδιασμού στήριξης σε επίπεδα ελατήρια, που χρησιμοποιήθηκε σε μια από τις μηχανές του από τον A. Sinitsyn. Όπως φαίνεται στο σχήμα, το στήριγμα περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία:

• Πάνω πλάκα 1,
• Δύο επίπεδα ελατήρια 2 και 3,
• Κάτω πλάκα 4,
• Σταματήστε το βραχίονα 5.

Σχήμα 3.6. Παραλλαγή σχεδιασμού στήριξης σε επίπεδη ελατήρια

Η άνω πλάκα 1 του στηρίγματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τοποθέτηση του άξονα ή ενός ενδιάμεσου ρουλεμάν. Ανάλογα με το σκοπό του στηρίγματος, η κάτω πλάκα 4 μπορεί να στερεωθεί άκαμπτα στους οδηγούς της μηχανής ή να τοποθετηθεί σε κινητές ολισθήσεις, επιτρέποντας τη μετακίνηση του στηρίγματος κατά μήκος των οδηγών. Το στήριγμα 5 χρησιμοποιείται για την εγκατάσταση ενός μηχανισμού ασφάλισης του στηρίγματος, επιτρέποντας την ασφαλή στερέωσή του κατά την επιτάχυνση και την επιβράδυνση του ζυγοσταθμισμένου ρότορα.

Τα επίπεδα ελατήρια για τις βάσεις μηχανών με μαλακά ρουλεμάν πρέπει να κατασκευάζονται από ελατήρια φύλλων ή από κράμα χάλυβα υψηλής ποιότητας. Η χρήση συνηθισμένων δομικών χαλύβων με χαμηλό όριο διαρροής δεν συνιστάται, καθώς ενδέχεται να αναπτύξουν υπολειμματική παραμόρφωση υπό στατικά και δυναμικά φορτία κατά τη λειτουργία, οδηγώντας σε μείωση της γεωμετρικής ακρίβειας της μηχανής και ακόμη και σε απώλεια της σταθερότητας της στήριξης.

Για μηχανές με μάζα ισορροπημένου ρότορα που δεν υπερβαίνει τα 300 - 500 kg, το πάχος του στηρίγματος μπορεί να αυξηθεί στα 30 - 40 mm, και για μηχανές σχεδιασμένες για ισορροπημένη ρότορα με μέγιστες μάζες που κυμαίνονται από 1000 έως 3000 kg, το πάχος του στηρίγματος μπορεί να φτάσει τα 50 - 60 mm ή περισσότερο. Όπως δείχνει η ανάλυση των δυναμικών χαρακτηριστικών των προαναφερθέντων στηριγμάτων, οι φυσικές συχνότητες δόνησης, μετρούμενες στο εγκάρσιο επίπεδο (το επίπεδο μέτρησης των σχετικών παραμορφώσεων των "εύκαμπτων" και "άκαμπτων" μερών), συνήθως υπερβαίνουν τα 100 Hz ή περισσότερο. Οι φυσικές συχνότητες δόνησης των βάσεων στήριξης με σκληρά ρουλεμάν στο μετωπικό επίπεδο, μετρούμενες στην κατεύθυνση που συμπίπτει με τον άξονα περιστροφής του ισορροπημένου ρότορα, είναι συνήθως σημαντικά χαμηλότερες. Και αυτές οι συχνότητες πρέπει να λαμβάνονται κυρίως υπόψη κατά τον προσδιορισμό του ανώτερου ορίου του εύρους συχνοτήτων λειτουργίας για περιστρεφόμενους ρότορες που είναι ισορροπημένοι στο μηχάνημα. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, ο προσδιορισμός αυτών των συχνοτήτων μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη μέθοδο διέγερσης κρούσης που περιγράφεται στην ενότητα 3.1.

Σχήμα 3.7. Μηχανή για την εξισορρόπηση ρότορα ηλεκτρικού κινητήρα, συναρμολογημένη, που αναπτύχθηκε από τον A. Mokhov.

Σχήμα 3.8. Μηχανή εξισορρόπησης ρότορα στροβιλοαντλίας, που αναπτύχθηκε από τον G. Glazov (Bishkek)

3.1.4.2. Μαλακά στηρίγματα μηχανών με ανάρτηση σε ελατήρια λωρίδας

Κατά το σχεδιασμό των ελατηρίων ταινίας που χρησιμοποιούνται για τις αναρτήσεις στήριξης, θα πρέπει να δίνεται προσοχή στην επιλογή του πάχους και του πλάτους της ταινίας ελατηρίου, η οποία πρέπει αφενός να αντέχει το στατικό και δυναμικό φορτίο του ρότορα στη στήριξη και αφετέρου να αποτρέπει την πιθανότητα στρεπτικών δονήσεων της ανάρτησης στήριξης, που εκδηλώνονται ως αξονική εξόλκευση.

Παραδείγματα δομικής υλοποίησης μηχανών ζυγοστάθμισης που χρησιμοποιούν αναρτήσεις ελατηρίων ταινίας παρουσιάζονται στα Σχήματα 2.1 - 2.5 (βλ. ενότητα 2.1), καθώς και στα Σχήματα 3.7 και 3.8 αυτής της ενότητας.

3.1.4.4. Σκληρά στηρίγματα ρουλεμάν για μηχανήματα

Όπως δείχνει η εκτεταμένη εμπειρία μας με τους πελάτες, ένα σημαντικό μέρος των αυτοκατασκευασμένων κατασκευαστών ζυγοσταθμιστών έχει αρχίσει πρόσφατα να προτιμά μηχανήματα με σκληρά ρουλεμάν και άκαμπτα στηρίγματα. Στην ενότητα 2.2, τα Σχήματα 2.16 – 2.18 απεικονίζουν φωτογραφίες διαφόρων δομικών σχεδίων μηχανημάτων που χρησιμοποιούν τέτοια στηρίγματα. Ένα τυπικό σκίτσο ενός άκαμπτου στηρίγματος, που αναπτύχθηκε από έναν από τους πελάτες μας για την κατασκευή του μηχανήματός του, παρουσιάζεται στο Σχήμα 3.10. Αυτό το στήριγμα αποτελείται από μια επίπεδη χαλύβδινη πλάκα με μια αυλάκωση σχήματος P, η οποία συμβατικά διαιρεί το στήριγμα σε "άκαμπτα" και "εύκαμπτα" μέρη. Υπό την επίδραση της δύναμης ανισορροπίας, το "εύκαμπτο" μέρος του στηρίγματος μπορεί να παραμορφωθεί σε σχέση με το "άκαμπτο" μέρος του. Το μέγεθος αυτής της παραμόρφωσης, που καθορίζεται από το πάχος του στηρίγματος, το βάθος των αυλακώσεων και το πλάτος της γέφυρας που συνδέει τα "εύκαμπτα" και "άκαμπτα" μέρη του στηρίγματος, μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας κατάλληλους αισθητήρες του συστήματος μέτρησης του μηχανήματος. Λόγω της έλλειψης μεθόδου για τον υπολογισμό της εγκάρσιας ακαμψίας τέτοιων στηριγμάτων, λαμβάνοντας υπόψη το βάθος h της αυλάκωσης σχήματος P, το πλάτος t της γέφυρας, καθώς και το πάχος της στήριξης r (βλ. Σχήμα 3.10), αυτές οι παράμετροι σχεδιασμού συνήθως προσδιορίζονται πειραματικά από τους κατασκευαστές.

Για μηχανήματα με μάζα ισορροπημένου ρότορα που δεν υπερβαίνει τα 300 - 500 kg, το πάχος του στηρίγματος μπορεί να αυξηθεί στα 30 - 40 mm, και για μηχανήματα σχεδιασμένα για ισορροπημένη ρότορα με μέγιστες μάζες που κυμαίνονται από 1000 έως 3000 kg, το πάχος του στηρίγματος μπορεί να φτάσει τα 50 - 60 mm ή περισσότερο. Όπως δείχνει η ανάλυση των δυναμικών χαρακτηριστικών των προαναφερθέντων στηριγμάτων, οι φυσικές συχνότητες δόνησης, μετρούμενες στο εγκάρσιο επίπεδο (το επίπεδο μέτρησης των σχετικών παραμορφώσεων των "εύκαμπτων" και "άκαμπτων" μερών), συνήθως υπερβαίνουν τα 100 Hz ή περισσότερο. Οι φυσικές συχνότητες δόνησης των βάσεων στήριξης με σκληρά ρουλεμάν στο μετωπικό επίπεδο, μετρούμενες στην κατεύθυνση που συμπίπτει με τον άξονα περιστροφής του ισορροπημένου ρότορα, είναι συνήθως σημαντικά χαμηλότερες. Και αυτές οι συχνότητες πρέπει να λαμβάνονται κυρίως υπόψη κατά τον προσδιορισμό του ανώτερου ορίου του εύρους συχνοτήτων λειτουργίας για περιστρεφόμενους ρότορες που είναι ισορροπημένοι στο μηχάνημα.

Σχήμα 3.26. Παράδειγμα χρήσης μιας μεταχειρισμένης κλίνης τόρνου για την κατασκευή μιας μηχανής σκληρού ρουλεμάν για την εξισορρόπηση εκτοξευτήρων.

Σχήμα 3.27. Παράδειγμα χρήσης μιας μεταχειρισμένης κλίνης τόρνου για την κατασκευή μιας μηχανής μαλακού ρουλεμάν για την εξισορρόπηση αξόνων.

Σχήμα 3.28. Παράδειγμα κατασκευής συναρμολογημένου κρεβατιού από κανάλια

Σχήμα 3.29. Παράδειγμα κατασκευής συγκολλητής κλίνης από κανάλια

Σχήμα 3.30. Παράδειγμα κατασκευής συγκολλητής κλίνης από κανάλια

Σχήμα 3.31. Παράδειγμα κλίνης μηχανής εξισορρόπησης από πολυμερές σκυρόδεμα

Συνήθως, κατά την κατασκευή τέτοιων κλινών, το πάνω μέρος τους ενισχύεται με χαλύβδινα ένθετα που χρησιμοποιούνται ως οδηγοί πάνω στους οποίους βασίζονται οι βάσεις στήριξης της μηχανής εξισορρόπησης. Πρόσφατα, οι κλίνες από πολυμερές σκυρόδεμα με επιστρώσεις απόσβεσης κραδασμών έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως. Αυτή η τεχνολογία για την κατασκευή κλινών περιγράφεται εκτενώς στο διαδίκτυο και μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί από κατασκευαστές που κατασκευάζουν μόνοι τους. Λόγω της σχετικής απλότητας και του χαμηλού κόστους παραγωγής, αυτές οι κλίνες έχουν πολλά βασικά πλεονεκτήματα έναντι των μεταλλικών αντίστοιχων:

• Υψηλότερος συντελεστής απόσβεσης για δονητικές ταλαντώσεις,
• Χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα, εξασφαλίζοντας ελάχιστη θερμική παραμόρφωση της κλίνης,
• Υψηλότερη αντοχή στη διάβρωση,
• Απουσία εσωτερικών πιέσεων.

3.1.4.3. Μαλακά στηρίγματα μηχανών που κατασκευάζονται με κυλινδρικά ελατήρια

Ένα παράδειγμα μηχανής εξισορρόπησης Soft Bearing, στην οποία χρησιμοποιούνται κυλινδρικά ελατήρια συμπίεσης για το σχεδιασμό των στηρίξεων, παρουσιάζεται στο σχήμα 3.9. Το κύριο μειονέκτημα αυτής της σχεδιαστικής λύσης σχετίζεται με τους διαφορετικούς βαθμούς παραμόρφωσης των ελατηρίων στα μπροστινά και πίσω στηρίγματα, που προκύπτουν εάν τα φορτία στα στηρίγματα είναι άνισα κατά την εξισορρόπηση ασύμμετρων ρότορων. Αυτό οδηγεί φυσικά σε κακή ευθυγράμμιση των στηρίξεων και σε στρέβλωση του άξονα του δρομέα στο κατακόρυφο επίπεδο. Μία από τις αρνητικές συνέπειες αυτής της ατέλειας μπορεί να είναι η εμφάνιση δυνάμεων που προκαλούν αξονική μετατόπιση του ρότορα κατά την περιστροφή.

Σχήμα 3.9. Κατασκευαστική παραλλαγή μαλακής στήριξης ρουλεμάν για μηχανές εξισορρόπησης με χρήση κυλινδρικών ελατηρίων.

3.1.4.4. Σκληρά στηρίγματα ρουλεμάν για μηχανήματα

Όπως δείχνει η εκτεταμένη εμπειρία μας με τους πελάτες, ένα σημαντικό μέρος των αυτοκατασκευασμένων κατασκευαστών ζυγοσταθμιστών έχει αρχίσει πρόσφατα να προτιμά μηχανήματα με σκληρά ρουλεμάν και άκαμπτα στηρίγματα. Στην ενότητα 2.2, τα Σχήματα 2.16 – 2.18 απεικονίζουν φωτογραφίες διαφόρων δομικών σχεδίων μηχανημάτων που χρησιμοποιούν τέτοια στηρίγματα. Ένα τυπικό σκίτσο ενός άκαμπτου στηρίγματος, που αναπτύχθηκε από έναν από τους πελάτες μας για την κατασκευή του μηχανήματός του, παρουσιάζεται στο Σχήμα 3.10. Αυτό το στήριγμα αποτελείται από μια επίπεδη χαλύβδινη πλάκα με μια αυλάκωση σχήματος P, η οποία συμβατικά διαιρεί το στήριγμα σε "άκαμπτα" και "εύκαμπτα" μέρη. Υπό την επίδραση της δύναμης ανισορροπίας, το "εύκαμπτο" μέρος του στηρίγματος μπορεί να παραμορφωθεί σε σχέση με το "άκαμπτο" μέρος του. Το μέγεθος αυτής της παραμόρφωσης, που καθορίζεται από το πάχος του στηρίγματος, το βάθος των αυλακώσεων και το πλάτος της γέφυρας που συνδέει τα "εύκαμπτα" και "άκαμπτα" μέρη του στηρίγματος, μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας κατάλληλους αισθητήρες του συστήματος μέτρησης του μηχανήματος. Λόγω της έλλειψης μεθόδου για τον υπολογισμό της εγκάρσιας ακαμψίας τέτοιων στηριγμάτων, λαμβάνοντας υπόψη το βάθος h της αυλάκωσης σχήματος P, το πλάτος t της γέφυρας, καθώς και το πάχος της στήριξης r (βλ. Σχήμα 3.10), αυτές οι παράμετροι σχεδιασμού συνήθως προσδιορίζονται πειραματικά από τους κατασκευαστές.

Σχήμα 3.10. Σκίτσο σκληρής στήριξης ρουλεμάν για μηχανή εξισορρόπησης

Φωτογραφίες που παρουσιάζουν διάφορες υλοποιήσεις τέτοιων στηριγμάτων, κατασκευασμένων για τα μηχανήματα των πελατών μας, παρουσιάζονται στα Σχήματα 3.11 και 3.12. Συνοψίζοντας τα δεδομένα που ελήφθησαν από αρκετούς πελάτες μας που είναι κατασκευαστές μηχανημάτων, μπορούν να διατυπωθούν απαιτήσεις για το πάχος των στηριγμάτων, που ορίζονται για μηχανήματα διαφόρων μεγεθών και ικανοτήτων φορτίου. Για παράδειγμα, για μηχανήματα που προορίζονται για την εξισορρόπηση ρότορων βάρους από 0,1 έως 50-100 kg, το πάχος του στηρίγματος μπορεί να είναι 20 mm.

Σχήμα 3.11. Σκληρά στηρίγματα ρουλεμάν για μηχανή εξισορρόπησης, κατασκευασμένα από τον A. Sinitsyn

Σχήμα 3.12. Σκληρό στήριγμα ρουλεμάν για μηχανή εξισορρόπησης, κατασκευασμένο από τον D. Krasilnikov

Για μηχανές με μάζα ισορροπημένου ρότορα που δεν υπερβαίνει τα 300 - 500 kg, το πάχος του στηρίγματος μπορεί να αυξηθεί στα 30 - 40 mm, και για μηχανές σχεδιασμένες για ισορροπημένη ρότορα με μέγιστες μάζες που κυμαίνονται από 1000 έως 3000 kg, το πάχος του στηρίγματος μπορεί να φτάσει τα 50 - 60 mm ή περισσότερο. Όπως δείχνει η ανάλυση των δυναμικών χαρακτηριστικών των προαναφερθέντων στηριγμάτων, οι φυσικές συχνότητες δόνησης, μετρούμενες στο εγκάρσιο επίπεδο (το επίπεδο μέτρησης των σχετικών παραμορφώσεων των "εύκαμπτων" και "άκαμπτων" μερών), συνήθως υπερβαίνουν τα 100 Hz ή περισσότερο. Οι φυσικές συχνότητες δόνησης των βάσεων στήριξης με σκληρά ρουλεμάν στο μετωπικό επίπεδο, μετρούμενες στην κατεύθυνση που συμπίπτει με τον άξονα περιστροφής του ισορροπημένου ρότορα, είναι συνήθως σημαντικά χαμηλότερες. Και αυτές οι συχνότητες πρέπει να λαμβάνονται κυρίως υπόψη κατά τον προσδιορισμό του ανώτερου ορίου του εύρους συχνοτήτων λειτουργίας για περιστρεφόμενους ρότορες που είναι ισορροπημένοι στο μηχάνημα. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, ο προσδιορισμός αυτών των συχνοτήτων μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη μέθοδο διέγερσης κρούσης που περιγράφεται στην ενότητα 3.1.

3.2. Συγκροτήματα στήριξης μηχανών εξισορρόπησης

3.2.1. Κύριοι τύποι συγκροτημάτων στήριξης

Για την κατασκευή μηχανών εξισορρόπησης τόσο με σκληρό έδρανο όσο και με μαλακό έδρανο, μπορούν να προταθούν οι ακόλουθοι γνωστοί τύποι συγκροτημάτων στήριξης, που χρησιμοποιούνται για την εγκατάσταση και περιστροφή των εξισορροπημένων ρότορων σε στηρίγματα, όπως:

• Πρισματικά συγκροτήματα στήριξης,
• Συγκροτήματα στήριξης με περιστρεφόμενους κυλίνδρους,
• Συγκροτήματα στήριξης ατράκτου.

3.2.1.1. Πρισματικά συγκροτήματα στήριξης

Αυτά τα συγκροτήματα, που έχουν διάφορες επιλογές σχεδιασμού, συνήθως εγκαθίστανται σε στηρίγματα μικρών και μεσαίων μηχανών, στα οποία μπορούν να ισορροπηθούν ρότορες με μάζες που δεν υπερβαίνουν τα 50 - 100 kg. Ένα παράδειγμα της απλούστερης εκδοχής ενός πρισματικού συγκροτήματος στήριξης παρουσιάζεται στο Σχήμα 3.13. Αυτό το συγκρότημα στήριξης είναι κατασκευασμένο από χάλυβα και χρησιμοποιείται σε μηχανή εξισορρόπησης στροβίλου. Ορισμένοι κατασκευαστές μικρών και μεσαίων μηχανών εξισορρόπησης, κατά την κατασκευή πρισματικών συγκροτημάτων στήριξης, προτιμούν να χρησιμοποιούν μη μεταλλικά υλικά (διηλεκτρικά), όπως τετολίτη, φθοροπλαστικό, καπρολόν κ.λπ.

3.13. Παραλλαγή εκτέλεσης της πρισματικής διάταξης στήριξης, που χρησιμοποιείται σε μηχανή εξισορρόπησης για αυτοκινητιστικές τουρμπίνες

Παρόμοια συγκροτήματα στήριξης (βλ. Σχήμα 3.8 παραπάνω) υλοποιούνται, για παράδειγμα, από τον G. Glazov στη μηχανή του, η οποία προορίζεται επίσης για την εξισορρόπηση στροβίλων αυτοκινήτων. Η αρχική τεχνική λύση του πρισματικού συγκροτήματος στήριξης, κατασκευασμένου από φθοροπλαστικό (βλ. Σχήμα 3.14), προτείνεται από την LLC "Technobalance".

Σχήμα 3.14. Πρισματική Συναρμολόγηση Υποστήριξης από την LLC "Technobalance""

Αυτό το συγκεκριμένο συγκρότημα στήριξης σχηματίζεται χρησιμοποιώντας δύο κυλινδρικά χιτώνια 1 και 2, τοποθετημένα υπό γωνία μεταξύ τους και στερεωμένα σε άξονες στήριξης. Ο ισορροπημένος ρότορας έρχεται σε επαφή με τις επιφάνειες των χιτωνίων κατά μήκος των γραμμών παραγωγής των κυλίνδρων, γεγονός που ελαχιστοποιεί την περιοχή επαφής μεταξύ του άξονα του ρότορα και του στηρίγματος, μειώνοντας κατά συνέπεια τη δύναμη τριβής στο στήριγμα. Εάν είναι απαραίτητο, σε περίπτωση φθοράς ή ζημιάς στην επιφάνεια στήριξης στην περιοχή επαφής του με τον άξονα του ρότορα, παρέχεται η δυνατότητα αντιστάθμισης φθοράς περιστρέφοντας το χιτώνιο γύρω από τον άξονά του κατά κάποια γωνία. Πρέπει να σημειωθεί ότι όταν χρησιμοποιούνται συγκροτήματα στήριξης κατασκευασμένα από μη μεταλλικά υλικά, είναι απαραίτητο να προβλεφθεί η δομική δυνατότητα γείωσης του ισορροπημένου ρότορα στο σώμα του μηχανήματος, η οποία εξαλείφει τον κίνδυνο εμφάνισης ισχυρών φορτίων στατικού ηλεκτρισμού κατά τη λειτουργία. Αυτό, πρώτον, βοηθά στη μείωση των ηλεκτρικών παρεμβολών και διαταραχών που μπορεί να επηρεάσουν την απόδοση του συστήματος μέτρησης του μηχανήματος και, δεύτερον, εξαλείφει τον κίνδυνο επηρεασμού του προσωπικού από τη δράση του στατικού ηλεκτρισμού.

3.2.1.2. Συγκροτήματα στήριξης κυλίνδρων

Αυτά τα συγκροτήματα συνήθως εγκαθίστανται σε στηρίγματα μηχανών σχεδιασμένων για την εξισορρόπηση ρότορων με μάζες που υπερβαίνουν τα 50 κιλά και περισσότερο. Η χρήση τους μειώνει σημαντικά τις δυνάμεις τριβής στα στηρίγματα σε σύγκριση με τα πρισματικά στηρίγματα, διευκολύνοντας την περιστροφή του ισορροπημένου ρότορα. Για παράδειγμα, το Σχήμα 3.15 δείχνει μια παραλλαγή σχεδιασμού ενός συγκροτήματος στήριξης όπου χρησιμοποιούνται κύλινδροι για την τοποθέτηση του προϊόντος. Σε αυτό το σχέδιο, χρησιμοποιούνται τυπικά ρουλεμάν ως κύλινδροι 1 και 2, οι εξωτερικοί δακτύλιοι των οποίων περιστρέφονται σε σταθερούς άξονες που είναι στερεωμένοι στο σώμα του στηρίγματος 3 του μηχανήματος. Το Σχήμα 3.16 απεικονίζει ένα σκίτσο ενός πιο σύνθετου σχεδιασμού ενός συγκροτήματος στήριξης κυλίνδρων που υλοποιείται στο έργο τους από έναν από τους αυτοσχέδιους κατασκευαστές μηχανών εξισορρόπησης. Όπως φαίνεται από το σχέδιο, προκειμένου να αυξηθεί η ικανότητα φόρτωσης του κυλίνδρου (και κατά συνέπεια του συγκροτήματος στήριξης στο σύνολό του), ένα ζεύγος ρουλεμάν 1 και 2 εγκαθίσταται στο σώμα του κυλίνδρου 3. Η πρακτική εφαρμογή αυτού του σχεδιασμού, παρά όλα τα προφανή πλεονεκτήματά του, φαίνεται να είναι ένα μάλλον περίπλοκο έργο, που σχετίζεται με την ανάγκη για ανεξάρτητη κατασκευή του σώματος του κυλίνδρου 3, στο οποίο επιβάλλονται πολύ υψηλές απαιτήσεις για γεωμετρική ακρίβεια και μηχανικά χαρακτηριστικά του υλικού.

Σχήμα 3.15. Παράδειγμα σχεδιασμού συγκροτήματος στήριξης κυλίνδρων

Σχήμα 3.16. Παράδειγμα σχεδιασμού συγκροτήματος στήριξης κυλίνδρων με δύο ρουλεμάν κύλισης

Το Σχήμα 3.17 παρουσιάζει μια παραλλαγή σχεδιασμού ενός αυτοευθυγραμμιζόμενου συγκροτήματος στήριξης κυλίνδρων που αναπτύχθηκε από τους ειδικούς της LLC "Technobalance". Σε αυτό το σχέδιο, η ικανότητα αυτοευθυγράμμισης των κυλίνδρων επιτυγχάνεται παρέχοντάς τους δύο επιπλέον βαθμούς ελευθερίας, επιτρέποντας στους κυλίνδρους να κάνουν μικρές γωνιακές κινήσεις γύρω από τους άξονες X και Y. Τέτοια συγκροτήματα στήριξης, που εξασφαλίζουν υψηλή ακρίβεια στην εγκατάσταση ισορροπημένων ρότορων, συνιστώνται συνήθως για χρήση σε στηρίγματα βαρέων μηχανών εξισορρόπησης.

Σχήμα 3.17. Παράδειγμα σχεδιασμού συγκροτήματος στήριξης αυτοευθυγραμμιζόμενων κυλίνδρων

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα συγκροτήματα στήριξης κυλίνδρων έχουν συνήθως αρκετά υψηλές απαιτήσεις για την κατασκευή ακριβείας και την ακαμψία. Ειδικότερα, οι ανοχές που ορίζονται για την ακτινική ολίσθηση των κυλίνδρων δεν πρέπει να υπερβαίνουν τα 3-5 μικρά.

Στην πράξη, αυτό δεν επιτυγχάνεται πάντα ακόμη και από γνωστούς κατασκευαστές. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια των δοκιμών του συγγραφέα στην ακτινική εκκεντρότητα ενός σετ νέων συγκροτημάτων στήριξης κυλίνδρων, που αγοράστηκαν ως ανταλλακτικά για το μοντέλο μηχανής ζυγοστάθμισης H8V, μάρκας "K. Shenk", η ακτινική εκκεντρότητα των κυλίνδρων τους έφτασε τα 10-11 μικρά.

3.2.1.3. Συγκροτήματα στήριξης ατράκτου

Κατά την εξισορρόπηση ρότορα με φλάντζα (για παράδειγμα, άξονες καρντάν) σε μηχανές εξισορρόπησης, οι άξονες χρησιμοποιούνται ως συγκροτήματα στήριξης για την τοποθέτηση, την τοποθέτηση και την περιστροφή των εξισορροπημένων προϊόντων.

Οι άτρακτοι είναι ένα από τα πιο πολύπλοκα και κρίσιμα εξαρτήματα των μηχανών ζυγοστάθμισης, που είναι σε μεγάλο βαθμό υπεύθυνοι για την επίτευξη της απαιτούμενης ποιότητας ζυγοστάθμισης.

Η θεωρία και η πρακτική του σχεδιασμού και της κατασκευής ατράκτων είναι αρκετά καλά ανεπτυγμένες και αντικατοπτρίζονται σε ένα ευρύ φάσμα δημοσιεύσεων, μεταξύ των οποίων η μονογραφία "Details and Mechanisms of Metal-Cutting Machine Tools" [1], που επιμελήθηκε ο Δρ. Μηχανικός DN Reshetov, ξεχωρίζει ως η πιο χρήσιμη και προσβάσιμη για τους προγραμματιστές.

Μεταξύ των κύριων απαιτήσεων που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό και την κατασκευή των ατράκτων μηχανών εξισορρόπησης, πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στις ακόλουθες:

α) Παροχή υψηλής ακαμψίας της δομής του συγκροτήματος ατράκτου, επαρκούς για την αποφυγή απαράδεκτων παραμορφώσεων που ενδέχεται να προκύψουν υπό την επίδραση δυνάμεων ανισορροπίας του ζυγοσταθμισμένου ρότορα,

β) Εξασφάλιση της σταθερότητας της θέσης του άξονα περιστροφής της ατράκτου, η οποία χαρακτηρίζεται από τις επιτρεπόμενες τιμές των ακτινικών, αξονικών και αξονικών ολισθήσεων της ατράκτου,

γ) Εξασφάλιση της κατάλληλης αντοχής στη φθορά των αξόνων της ατράκτου, καθώς και των επιφανειών έδρασης και στήριξης που χρησιμοποιούνται για την τοποθέτηση των ζυγοσταθμισμένων προϊόντων.

Η πρακτική εφαρμογή αυτών των απαιτήσεων περιγράφεται λεπτομερώς στην Ενότητα VI "Άξονες και οι Στηρίξεις τους" της εργασίας [1].

Συγκεκριμένα, υπάρχουν μεθοδολογίες για την επαλήθευση της ακαμψίας και της ακρίβειας περιστροφής των ατράκτων, συστάσεις για την επιλογή των ρουλεμάν, την επιλογή του υλικού των ατράκτων και των μεθόδων σκλήρυνσής τους, καθώς και πολλές άλλες χρήσιμες πληροφορίες για το θέμα αυτό.

Στην εργασία [1] επισημαίνεται ότι κατά το σχεδιασμό των ατράκτων για τους περισσότερους τύπους εργαλειομηχανών κοπής μετάλλων χρησιμοποιείται κυρίως ένα σύστημα δύο εδράνων.

Ένα παράδειγμα της παραλλαγής σχεδιασμού ενός τέτοιου συστήματος δύο εδράνων που χρησιμοποιείται σε άξονες φρεζομηχανών (λεπτομέρειες μπορείτε να βρείτε στην εργασία [1]) παρουσιάζεται στο Σχ. 3.18.

Το σύστημα αυτό είναι αρκετά κατάλληλο για την κατασκευή ατράκτων μηχανών εξισορρόπησης, παραδείγματα παραλλαγών σχεδιασμού των οποίων παρουσιάζονται κατωτέρω στα σχήματα 3.19-3.22.

Σχήμα 3.18. Σκίτσο ατράκτου φρεζομηχανής με δύο έδρανα

Στο σχήμα 3.19 παρουσιάζεται μία από τις κατασκευαστικές παραλλαγές του συγκροτήματος της κύριας ατράκτου μιας μηχανής εξισορρόπησης, που περιστρέφεται σε δύο ακτινικά ωθητικά έδρανα, καθένα από τα οποία έχει το δικό του ανεξάρτητο περίβλημα 1 και 2. Μια φλάντζα 4, που προορίζεται για την τοποθέτηση φλάντζας ενός άξονα καρντάν, και μια τροχαλία 5, που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση της περιστροφής στην άτρακτο από τον ηλεκτροκινητήρα με χρήση ιμάντα, είναι τοποθετημένες στον άξονα 3 της ατράκτου.

Σχήμα 3.19. Παράδειγμα σχεδιασμού ατράκτου σε δύο ανεξάρτητα στηρίγματα ρουλεμάν

Σχήματα 3.20 και 3.21 παρουσιάζουν δύο στενά συνδεδεμένα σχέδια κορυφαίων συγκροτημάτων ατράκτων. Και στις δύο περιπτώσεις, τα ρουλεμάν του άξονα εγκαθίστανται σε ένα κοινό περίβλημα 1, το οποίο διαθέτει μια διαμπερή αξονική οπή απαραίτητη για την εγκατάσταση του άξονα του άξονα. Στην είσοδο και την έξοδο αυτής της οπής, το περίβλημα διαθέτει ειδικές οπές (δεν φαίνονται στα σχήματα), σχεδιασμένες για να φιλοξενούν ακτινικά ωστικά έδρανα (κυλινδρικά ή σφαιρικά) και ειδικά καλύμματα φλάντζας 5, που χρησιμοποιούνται για την ασφάλιση των εξωτερικών δακτυλίων των εδράνων.

Σχήμα 3.20. Παράδειγμα 1 σχεδιασμού κορυφαίου άξονα σε δύο στηρίγματα ρουλεμάν εγκατεστημένα σε κοινό περίβλημα

Σχήμα 3.21. Παράδειγμα 2 σχεδιασμού κορυφαίου άξονα σε δύο στηρίγματα ρουλεμάν εγκατεστημένα σε κοινό περίβλημα

Όπως και στην προηγούμενη έκδοση (βλέπε Σχ. 3.19), στον άξονα της ατράκτου τοποθετείται μια πρόσοψη 2, που προορίζεται για την τοποθέτηση του άξονα κίνησης με φλάντζα, και μια τροχαλία 3, που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση της περιστροφής στην άτρακτο από τον ηλεκτροκινητήρα μέσω ιμάντα. Στον άξονα της ατράκτου στερεώνεται επίσης ένα άκρο 4, το οποίο χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της γωνιακής θέσης της ατράκτου, που χρησιμοποιείται κατά την τοποθέτηση δοκιμαστικών και διορθωτικών βαρών στον ρότορα κατά τη ζυγοστάθμιση.

Σχήμα 3.22. Παράδειγμα σχεδιασμού ενός κινητήριου (οπίσθιου) άξονα

Σχήμα 3.22 δείχνει μια σχεδιαστική παραλλαγή του συγκροτήματος της κινούμενης (οπίσθιας) ατράκτου μιας μηχανής, η οποία διαφέρει από την εμπρόσθια άτρακτο μόνο από την απουσία της τροχαλίας κίνησης και του άκρου, καθώς δεν χρειάζονται.

Σχήμα 3.23. Παράδειγμα Εκτέλεσης Σχεδιασμού μιας Κινητήριας (Πίσω) Ατράκτου

Όπως φαίνεται στο Σχήματα 3.20 - 3.22, τα συγκροτήματα ατράκτων που εξετάζονται ανωτέρω συνδέονται με τα μαλακά έδρανα των μηχανών ζυγοστάθμισης με τη χρήση ειδικών σφιγκτήρων (ιμάντων) 6. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και άλλες μέθοδοι στερέωσης, εάν είναι απαραίτητο, εξασφαλίζοντας την κατάλληλη ακαμψία και ακρίβεια στην τοποθέτηση του συγκροτήματος ατράκτου στο στήριγμα.

Σχήμα 3.23 απεικονίζει ένα σχέδιο τοποθέτησης φλάντζας παρόμοιο με αυτό του άξονα, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εγκατάστασή του σε ένα σκληρό έδρανο στήριξης μιας μηχανής ζυγοστάθμισης.

3.2.1.3.4. Υπολογισμός ακαμψίας άξονα και ακτινικής εκκεντρότητας

Για τον προσδιορισμό της ακαμψίας της ατράκτου και της αναμενόμενης ακτινικής εκκεντρότητας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο τύπος 3.4 (βλ. το σχήμα υπολογισμού στο Σχήμα 3.24):

όπου:

• Y - ελαστική μετατόπιση του άξονα στο άκρο της κονσόλας του άξονα, cm;
• P - υπολογισμένο φορτίο που ασκείται στην κονσόλα του άξονα, kg;
• A - πίσω στήριξη ρουλεμάν του άξονα·;
• B - μπροστινή στήριξη ρουλεμάν του άξονα·;
• g - μήκος της κονσόλας του άξονα, cm;
• c - απόσταση μεταξύ των στηριγμάτων A και B της ατράκτου, cm;
• J1 - μέση ροπή αδράνειας του τμήματος της ατράκτου μεταξύ των στηριγμάτων, cm⁴;
• J2 - μέση ροπή αδράνειας του τμήματος της κονσόλας του άξονα, cm⁴;
• jB και jA - ακαμψία των ρουλεμάν για τα μπροστινά και τα πίσω στηρίγματα της ατράκτου, αντίστοιχα, kg/cm.

Μετατρέποντας τον τύπο 3.4, η επιθυμητή υπολογισμένη τιμή της ακαμψίας του συγκροτήματος ατράκτου jшп μπορεί να προσδιοριστεί:

Λαμβάνοντας υπόψη τις συστάσεις της εργασίας [1] για μεσαίου μεγέθους μηχανές εξισορρόπησης, η τιμή αυτή δεν πρέπει να είναι κάτω από 50 kg/μm.

Για τον υπολογισμό της ακτινικής εκκεντρότητας, χρησιμοποιείται ο τύπος 3.5:

όπου:

• ∆ είναι η ακτινική ολίσθηση στο άκρο της κονσόλας της ατράκτου, µm,
• ∆B είναι η ακτινική ολίσθηση του εμπρόσθιου ρουλεμάν της ατράκτου, μm,
• ∆Α είναι η ακτινική ολίσθηση του πίσω ρουλεμάν της ατράκτου, μm,
• g είναι το μήκος της κονσόλας της ατράκτου, cm,
• c είναι η απόσταση μεταξύ των στηρίξεων Α και Β του άξονα, cm.

3.2.1.3.5. Εξασφάλιση των απαιτήσεων ισορροπίας της ατράκτου

Τα συγκροτήματα ατράκτου των μηχανών ζυγοστάθμισης πρέπει να είναι καλά ζυγοσταθμισμένα, καθώς οποιαδήποτε πραγματική ανισορροπία θα μεταφερθεί στον ρότορα που ζυγοσταθμίζεται ως πρόσθετο σφάλμα. Κατά τον καθορισμό τεχνολογικών ανοχών για την υπολειμματική ανισορροπία του άξονα, συνιστάται γενικά η κλάση ακριβείας της ζυγοστάθμισής του να είναι τουλάχιστον 1-2 κλάσεις υψηλότερη από αυτήν του προϊόντος που ζυγοσταθμίζεται στο μηχάνημα.

Λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού των ατράκτων που συζητήθηκαν ανωτέρω, η εξισορρόπησή τους θα πρέπει να πραγματοποιείται σε δύο επίπεδα.

3.2.1.3.6. Εξασφάλιση των απαιτήσεων φέρουσας ικανότητας και αντοχής για τα ρουλεμάν ατράκτου

Κατά το σχεδιασμό ατράκτων και την επιλογή μεγεθών ρουλεμάν, συνιστάται η προκαταρκτική αξιολόγηση της ανθεκτικότητας και της ικανότητας φόρτισης των ρουλεμάν. Η μεθοδολογία για την εκτέλεση αυτών των υπολογισμών περιγράφεται λεπτομερώς στο πρότυπο ISO 18855-94 (ISO 281-89) "Rolling Bearings - Dynamic Load Ratings and Rating Life" [3], καθώς και σε πολλά (συμπεριλαμβανομένων ψηφιακών) εγχειρίδια ρουλεμάν.

3.2.1.3.7. Διασφάλιση των απαιτήσεων για αποδεκτή θέρμανση των ρουλεμάν ατράκτου

Σύμφωνα με τις συστάσεις της εργασίας [1], η μέγιστη επιτρεπόμενη θέρμανση των εξωτερικών δακτυλίων των ρουλεμάν ατράκτου δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 70°C. Ωστόσο, για να διασφαλιστεί η ποιοτική εξισορρόπηση, η συνιστώμενη θέρμανση των εξωτερικών δακτυλίων δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 40 - 45°C.

3.2.1.3.8. Επιλογή του τύπου του ιμάντα κίνησης και του σχεδιασμού της τροχαλίας κίνησης της ατράκτου

Κατά τον σχεδιασμό του κινητήριου άξονα μιας μηχανής ζυγοστάθμισης, συνιστάται να εξασφαλίζεται η περιστροφή του με χρήση επίπεδου ιμάντα. Ένα παράδειγμα της σωστής χρήσης μιας τέτοιας κίνησης για τη λειτουργία της ατράκτου παρουσιάζεται στην ενότητα Σχήματα 3.20 και 3.23. Η χρήση ιμάντα-τραβέρσας ή οδοντωτού ιμάντα είναι ανεπιθύμητη, καθώς μπορούν να ασκήσουν πρόσθετα δυναμικά φορτία στον άξονα λόγω γεωμετρικών ανακριβειών στους ιμάντες και τις τροχαλίες, κάτι που με τη σειρά του μπορεί να οδηγήσει σε πρόσθετα σφάλματα μέτρησης κατά την ζυγοστάθμιση. Οι συνιστώμενες απαιτήσεις για τροχαλίες για επίπεδους ιμάντες κίνησης περιγράφονται στο πρότυπο ISO 17383-73 "Τροχαλίες για επίπεδους ιμάντες κίνησης" [4].

Η τροχαλία κίνησης πρέπει να τοποθετείται στο πίσω άκρο του άξονα, όσο το δυνατόν πιο κοντά στο συγκρότημα εδράνων (με την ελάχιστη δυνατή προεξοχή). Η σχεδιαστική απόφαση για την προεξέχουσα τοποθέτηση της τροχαλίας, που ελήφθη κατά την κατασκευή του άξονα που απεικονίζεται στο Σχήμα 3.19, μπορεί να θεωρηθεί ανεπιτυχής, καθώς αυξάνει σημαντικά τη ροπή του δυναμικού φορτίου κίνησης που ενεργεί στα στηρίγματα της ατράκτου.

Ένα άλλο σημαντικό μειονέκτημα αυτού του σχεδιασμού είναι η χρήση ιμάντα, οι ανακρίβειες κατασκευής και συναρμολόγησης του οποίου μπορούν επίσης να αποτελέσουν πηγή ανεπιθύμητου πρόσθετου φορτίου στην άτρακτο.

3.3. Κρεβάτι (πλαίσιο)

Η κλίνη είναι η κύρια δομή στήριξης της μηχανής ζυγοστάθμισης, στην οποία βασίζονται τα κύρια στοιχεία της, συμπεριλαμβανομένων των στύλων στήριξης και του κινητήρα κίνησης. Κατά την επιλογή ή την κατασκευή της κλίνης μιας μηχανής ζυγοστάθμισης, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι πληροί διάφορες απαιτήσεις, συμπεριλαμβανομένης της απαραίτητης ακαμψίας, της γεωμετρικής ακρίβειας, της αντοχής στους κραδασμούς και της αντοχής των οδηγών της στη φθορά.

Η πρακτική δείχνει ότι όταν κατασκευάζουν μηχανές για τις δικές τους ανάγκες, χρησιμοποιούνται συνήθως οι ακόλουθες επιλογές κρεβατιών:

• κρεβάτια από χυτοσίδηρο από μεταχειρισμένες μηχανές κοπής μετάλλων (τόρνοι, ξυλουργικές μηχανές κ.λπ.),
• συναρμολογημένα κρεβάτια με βάση τα κανάλια, συναρμολογημένα με βιδωτές συνδέσεις,
• συγκολλημένα κρεβάτια με βάση τα κανάλια,
• κρεβάτια από πολυμερές σκυρόδεμα με επιστρώσεις απορρόφησης κραδασμών.

Σχήμα 3.25. Παράδειγμα χρήσης μιας μεταχειρισμένης κλίνης ξυλουργικής μηχανής για την κατασκευή μηχανής εξισορρόπησης καρδιακών αξόνων.

3.4. Κινητήρες για μηχανές εξισορρόπησης

Όπως προκύπτει από την ανάλυση των σχεδιαστικών λύσεων που χρησιμοποιούν οι πελάτες μας για την κατασκευή μηχανών ζυγοστάθμισης, κατά το σχεδιασμό των μονάδων κίνησης εστιάζουν κυρίως στη χρήση κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος εξοπλισμένων με μεταβλητές συχνότητες. Η προσέγγιση αυτή επιτρέπει ένα ευρύ φάσμα ρυθμιζόμενων ταχυτήτων περιστροφής για τους ζυγοσταθμισμένους ρότορες με ελάχιστο κόστος. Η ισχύς των κύριων κινητήρων κίνησης που χρησιμοποιούνται για την περιστροφή των ζυγοσταθμισμένων στροφέων επιλέγεται συνήθως με βάση τη μάζα αυτών των στροφέων και μπορεί να είναι περίπου:

• 0,25 - 0,72 kW για μηχανήματα σχεδιασμένα για την εξισορρόπηση ρότορων με μάζα ≤ 5 kg·;
• 0,72 - 1,2 kW για μηχανήματα σχεδιασμένα για την εξισορρόπηση ρότορων με μάζα > 5 ≤ 50 kg·;
• 1,2 - 1,5 kW για μηχανήματα σχεδιασμένα για την εξισορρόπηση ρότορων με μάζα > 50 ≤ 100 kg·;
• 1,5 - 2,2 kW για μηχανήματα σχεδιασμένα για την εξισορρόπηση ρότορων με μάζα > 100 ≤ 500 kg·;
• 2,2 - 5 kW για μηχανήματα σχεδιασμένα για την εξισορρόπηση ρότορων με μάζα > 500 ≤ 1000 kg·;
• 5 - 7,5 kW για μηχανήματα σχεδιασμένα για την εξισορρόπηση ρότορων με μάζα > 1000 ≤ 3000 kg.

Αυτοί οι κινητήρες πρέπει να τοποθετούνται άκαμπτα στην κλίνη του μηχανήματος ή στο θεμέλιό του. Πριν από την τοποθέτηση στο μηχάνημα (ή στο χώρο εγκατάστασης), ο κύριος κινητήρας κίνησης, μαζί με την τροχαλία που είναι τοποθετημένη στον άξονα εξόδου του, πρέπει να ζυγοσταθμίζεται προσεκτικά. Για τη μείωση των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών που προκαλούνται από τον κινητήρα μεταβλητής συχνότητας, συνιστάται η εγκατάσταση φίλτρων δικτύου στην είσοδο και την έξοδό του. Αυτά μπορεί να είναι τυποποιημένα έτοιμα προϊόντα που παρέχονται από τους κατασκευαστές των μονάδων ή αυτοσχέδια φίλτρα που κατασκευάζονται με τη χρήση δακτυλίων φερρίτη.

4. Συστήματα μέτρησης μηχανών εξισορρόπησης

Οι περισσότεροι ερασιτέχνες κατασκευαστές μηχανών εξισορρόπησης, οι οποίοι επικοινωνούν με την LLC "Kinematics" (Vibromera), σχεδιάζουν να χρησιμοποιήσουν τα συστήματα μέτρησης της σειράς "Balanset" που κατασκευάζονται από την εταιρεία μας στα σχέδιά τους. Ωστόσο, υπάρχουν και ορισμένοι πελάτες που σχεδιάζουν να κατασκευάσουν τέτοια συστήματα μέτρησης ανεξάρτητα. Επομένως, είναι λογικό να συζητήσουμε λεπτομερέστερα την κατασκευή ενός συστήματος μέτρησης για μια μηχανή εξισορρόπησης. Η κύρια απαίτηση για αυτά τα συστήματα είναι η ανάγκη παροχής μετρήσεων υψηλής ακρίβειας του πλάτους και της φάσης του περιστροφικού στοιχείου του δονητικού σήματος, το οποίο εμφανίζεται στη συχνότητα περιστροφής του ισορροπημένου ρότορα. Αυτός ο στόχος επιτυγχάνεται συνήθως χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό τεχνικών λύσεων, όπως:

• Χρήση αισθητήρων δόνησης με υψηλό συντελεστή μετατροπής σήματος,
• Χρήση σύγχρονων αισθητήρων γωνίας φάσης λέιζερ,
• Δημιουργία (ή χρήση) υλικού που επιτρέπει την ενίσχυση και την ψηφιακή μετατροπή των σημάτων αισθητήρων (πρωτογενής επεξεργασία σήματος),
• Υλοποίηση επεξεργασίας λογισμικού του δονητικού σήματος, η οποία θα πρέπει να επιτρέπει την υψηλής ανάλυσης και σταθερή εξαγωγή της περιστροφικής συνιστώσας του δονητικού σήματος, που εκδηλώνεται στη συχνότητα περιστροφής του ισορροπημένου ρότορα (δευτερογενής επεξεργασία).

Παρακάτω, εξετάζουμε γνωστές παραλλαγές τέτοιων τεχνικών λύσεων, που εφαρμόζονται σε μια σειρά από γνωστά όργανα εξισορρόπησης.

4.1. Επιλογή αισθητήρων κραδασμών

Στα συστήματα μέτρησης των μηχανών ζυγοστάθμισης μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι τύποι αισθητήρων δόνησης (μετατροπείς), όπως:

• Αισθητήρες επιτάχυνσης κραδασμών (επιταχυνσιόμετρα),
• Αισθητήρες ταχύτητας δόνησης,
• Αισθητήρες μετατόπισης κραδασμών,
• Αισθητήρες δύναμης.

4.1.1. Αισθητήρες επιτάχυνσης κραδασμών

Μεταξύ των αισθητήρων επιτάχυνσης κραδασμών, τα πιεζοηλεκτρικά και χωρητικά (τσιπ) επιταχυνσιόμετρα είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά σε μηχανές ζυγοστάθμισης τύπου μαλακών ρουλεμάν. Στην πράξη, επιτρέπεται γενικά η χρήση αισθητήρων επιτάχυνσης κραδασμών με συντελεστές μετατροπής (Kpr) που κυμαίνονται από 10 έως 30 mV/(m/s²). Σε μηχανές ζυγοστάθμισης που απαιτούν ιδιαίτερα υψηλή ακρίβεια ζυγοστάθμισης, συνιστάται η χρήση επιταχυνσιόμετρων με Kpr που φτάνει τα 100 mV/(m/s²) και άνω. Ως παράδειγμα πιεζοηλεκτρικών επιταχυνσιόμετρων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αισθητήρες κραδασμών για μηχανές ζυγοστάθμισης, το Σχήμα 4.1 δείχνει τα πιεζοηλεκτρικά επιταχυνσιόμετρα DN3M1 και DN3M1V6 που κατασκευάζονται από την LLC "Izmeritel".

Σχήμα 4.1. Επιταχυνσιόμετρα πιεζοκυμάτων DN 3M1 και DN 3M1V6

Για τη σύνδεση τέτοιων αισθητήρων σε όργανα και συστήματα μέτρησης κραδασμών, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν εξωτερικοί ή ενσωματωμένοι ενισχυτές φόρτισης.

Σχήμα 4.2. Χωρητικά επιταχυνσιόμετρα AD1 κατασκευασμένα από την LLC "Kinematics" (Vibromera)

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι αισθητήρες αυτοί, στους οποίους περιλαμβάνονται οι ευρέως χρησιμοποιούμενες στην αγορά πλακέτες χωρητικών επιταχυνσιομέτρων ADXL 345 (βλέπε σχήμα 4.3), έχουν αρκετά σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των πιεζο επιταχυνσιομέτρων. Συγκεκριμένα, είναι 4 έως 8 φορές φθηνότεροι με παρόμοια τεχνικά χαρακτηριστικά. Επιπλέον, δεν απαιτούν τη χρήση δαπανηρών και δύσχρηστων ενισχυτών φόρτισης που απαιτούνται για τα πιεζο επιταχυνσιόμετρα.

Στις περιπτώσεις όπου χρησιμοποιούνται και οι δύο τύποι επιταχυνσιόμετρων στα συστήματα μέτρησης των μηχανών εξισορρόπησης, συνήθως πραγματοποιείται ολοκλήρωση υλικού (ή διπλή ολοκλήρωση) των σημάτων των αισθητήρων.

Σχήμα 4.2. Επιταχυνσιόμετρα χωρητικότητας AD 1, συναρμολογημένα.

Σχήμα 4.2. Χωρητικά επιταχυνσιόμετρα AD1 κατασκευασμένα από την LLC "Kinematics" (Vibromera)

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι αισθητήρες αυτοί, στους οποίους περιλαμβάνονται οι ευρέως χρησιμοποιούμενες στην αγορά πλακέτες χωρητικών επιταχυνσιομέτρων ADXL 345 (βλέπε σχήμα 4.3), έχουν αρκετά σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των πιεζο επιταχυνσιομέτρων. Συγκεκριμένα, είναι 4 έως 8 φορές φθηνότεροι με παρόμοια τεχνικά χαρακτηριστικά. Επιπλέον, δεν απαιτούν τη χρήση δαπανηρών και δύσχρηστων ενισχυτών φόρτισης που απαιτούνται για τα πιεζο επιταχυνσιόμετρα.

Σχήμα 4.3. Πλακέτα χωρητικού επιταχυνσιόμετρου ADXL 345.

Στην περίπτωση αυτή, το αρχικό σήμα του αισθητήρα, ανάλογο της δονητικής επιτάχυνσης, μετατρέπεται αντίστοιχα σε σήμα ανάλογο της δονητικής ταχύτητας ή μετατόπισης. Η διαδικασία της διπλής ολοκλήρωσης του σήματος δόνησης είναι ιδιαίτερα σημαντική όταν χρησιμοποιούνται επιταχυνσιόμετρα ως μέρος των συστημάτων μέτρησης για μηχανές εξισορρόπησης χαμηλής ταχύτητας, όπου η κατώτερη περιοχή συχνοτήτων περιστροφής του ρότορα κατά την εξισορρόπηση μπορεί να φτάσει τις 120 στροφές ανά λεπτό και κάτω. Όταν χρησιμοποιούνται χωρητικά επιταχυνσιόμετρα στα συστήματα μέτρησης μηχανών εξισορρόπησης, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ότι μετά την ολοκλήρωση, τα σήματά τους μπορεί να περιέχουν παρεμβολές χαμηλής συχνότητας, οι οποίες εκδηλώνονται στην περιοχή συχνοτήτων από 0,5 έως 3 Hz. Αυτό μπορεί να περιορίσει το χαμηλότερο εύρος συχνοτήτων της ζυγοστάθμισης στις μηχανές που προορίζονται για τη χρήση αυτών των αισθητήρων.

4.1.2. Αισθητήρες ταχύτητας δόνησης

4.1.2.1. Επαγωγικοί αισθητήρες ταχύτητας κραδασμών.

Αυτοί οι αισθητήρες περιλαμβάνουν ένα επαγωγικό πηνίο και έναν μαγνητικό πυρήνα. Όταν το πηνίο δονείται σε σχέση με έναν ακίνητο πυρήνα (ή ο πυρήνας σε σχέση με ένα ακίνητο πηνίο), προκαλείται στο πηνίο μια ΗΕΔ, η τάση της οποίας είναι ευθέως ανάλογη της ταχύτητας δόνησης του κινητού στοιχείου του αισθητήρα. Οι συντελεστές μετατροπής (Κпр) των επαγωγικών αισθητήρων είναι συνήθως αρκετά υψηλοί, φτάνοντας μερικές δεκάδες ή και εκατοντάδες mV/mm/sec. Συγκεκριμένα, ο συντελεστής μετατροπής του αισθητήρα Schenck μοντέλο T77 είναι 80 mV/mm/sec και για τον αισθητήρα IRD Mechanalysis μοντέλο 544M είναι 40 mV/mm/sec. Σε ορισμένες περιπτώσεις (π.χ. στις μηχανές ζυγοστάθμισης Schenck) χρησιμοποιούνται ειδικοί εξαιρετικά ευαίσθητοι επαγωγικοί αισθητήρες ταχύτητας δόνησης με μηχανικό ενισχυτή, όπου ο Κпр μπορεί να υπερβαίνει τα 1000 mV/mm/sec. Εάν στα συστήματα μέτρησης των μηχανών ζυγοστάθμισης χρησιμοποιούνται επαγωγικοί αισθητήρες ταχύτητας κραδασμών, μπορεί επίσης να γίνει ενσωμάτωση υλικού του ηλεκτρικού σήματος που είναι ανάλογο της ταχύτητας κραδασμών, μετατρέποντάς το σε σήμα ανάλογο της μετατόπισης κραδασμών.

Σχήμα 4.4. Αισθητήρας του μοντέλου 544M από την IRD Mechanalysis.

Σχήμα 4.5. Μοντέλο αισθητήρα T77 της Schenck

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι λόγω της έντασης της εργασίας για την παραγωγή τους, οι επαγωγικοί αισθητήρες ταχύτητας δόνησης είναι αρκετά σπάνια και ακριβά στοιχεία. Ως εκ τούτου, παρά τα προφανή πλεονεκτήματα αυτών των αισθητήρων, οι ερασιτέχνες κατασκευαστές μηχανών εξισορρόπησης τους χρησιμοποιούν πολύ σπάνια.

4.2. Αισθητήρες γωνίας φάσης

Για τον συγχρονισμό της διαδικασίας μέτρησης κραδασμών με τη γωνία περιστροφής του ισορροπημένου ρότορα, χρησιμοποιούνται αισθητήρες γωνίας φάσης, όπως αισθητήρες λέιζερ (φωτοηλεκτρικοί) ή επαγωγικοί. Αυτοί οι αισθητήρες κατασκευάζονται σε διάφορα σχέδια τόσο από εγχώριους όσο και από διεθνείς κατασκευαστές. Το εύρος τιμών για αυτούς τους αισθητήρες μπορεί να ποικίλλει σημαντικά, από περίπου 40 έως 200 δολάρια. Ένα παράδειγμα τέτοιας συσκευής είναι ο αισθητήρας γωνίας φάσης που κατασκευάζεται από την "Diamex", ο οποίος φαίνεται στο σχήμα 4.11.

Σχήμα 4.11: Αισθητήρας γωνίας φάσης από την "Diamex""

Ως ένα άλλο παράδειγμα, το Σχήμα 4.12 δείχνει ένα μοντέλο που υλοποιείται από την LLC "Kinematics" (Vibromera), η οποία χρησιμοποιεί ταχύμετρα λέιζερ του μοντέλου DT 2234C που κατασκευάζονται στην Κίνα ως αισθητήρες γωνίας φάσης. Τα προφανή πλεονεκτήματα αυτού του αισθητήρα περιλαμβάνουν:

• Ευρύ φάσμα λειτουργίας, που επιτρέπει τη μέτρηση της συχνότητας περιστροφής του ρότορα από 2,5 έως 99.999 στροφές ανά λεπτό, με ανάλυση όχι μικρότερη από μία περιστροφή,
• Ψηφιακή οθόνη,
• Ευκολία ρύθμισης του ταχυμέτρου για μετρήσεις,
• Προσιτότητα και χαμηλό κόστος αγοράς,
• Σχετική απλότητα τροποποίησης για ενσωμάτωση στο σύστημα μέτρησης μιας μηχανής ζυγοστάθμισης.

Σχήμα 4.12: Ταχύμετρο λέιζερ μοντέλο DT 2234C

Σε ορισμένες περιπτώσεις, όταν η χρήση οπτικών αισθητήρων λέιζερ δεν είναι επιθυμητή για οποιονδήποτε λόγο, μπορούν να αντικατασταθούν από επαγωγικούς αισθητήρες μετατόπισης χωρίς επαφή, όπως το προαναφερθέν μοντέλο ISAN E41A ή παρόμοια προϊόντα άλλων κατασκευαστών.

4.3. Χαρακτηριστικά επεξεργασίας σήματος σε αισθητήρες κραδασμών

Για την ακριβή μέτρηση του πλάτους και της φάσης της περιστροφικής συνιστώσας του σήματος δόνησης σε εξοπλισμό εξισορρόπησης, χρησιμοποιείται συνήθως ένας συνδυασμός εργαλείων επεξεργασίας υλικού και λογισμικού. Τα εργαλεία αυτά επιτρέπουν:

• Φιλτράρισμα υλικού ευρυζωνικής σύνδεσης του αναλογικού σήματος του αισθητήρα.;
• Ενίσχυση του αναλογικού σήματος του αισθητήρα.;
• Ολοκλήρωση ή/και διπλή ολοκλήρωση (εάν είναι απαραίτητο) του αναλογικού σήματος,
• Φιλτράρισμα στενής ζώνης του αναλογικού σήματος με χρήση φίλτρου παρακολούθησης,
• Αναλογική-ψηφιακή μετατροπή του σήματος,
• Σύγχρονο φιλτράρισμα του ψηφιακού σήματος,
• Αρμονική ανάλυση του ψηφιακού σήματος.

4.3.1. Φιλτράρισμα ευρυζωνικού σήματος

Αυτή η διαδικασία είναι απαραίτητη για τον καθαρισμό του σήματος του αισθητήρα κραδασμών από πιθανές παρεμβολές που ενδέχεται να εμφανιστούν τόσο στο κατώτερο όσο και στο ανώτερο όριο της περιοχής συχνοτήτων της συσκευής. Συνιστάται η συσκευή μέτρησης μιας μηχανής εξισορρόπησης να ρυθμίσει το κατώτερο όριο του φίλτρου ζώνης διέλευσης στα 2-3 Hz και το ανώτερο όριο στα 50 (100) Hz. Το "κατώτερο" φιλτράρισμα βοηθά στην καταστολή των θορύβων χαμηλής συχνότητας που ενδέχεται να εμφανιστούν στην έξοδο διαφόρων τύπων ενισχυτών μέτρησης αισθητήρων. Το "ανώτερο" φιλτράρισμα εξαλείφει την πιθανότητα παρεμβολών λόγω συνδυαστικών συχνοτήτων και πιθανών συντονισμένων κραδασμών μεμονωμένων μηχανικών εξαρτημάτων της μηχανής.

4.3.2. Ενίσχυση του αναλογικού σήματος από τον αισθητήρα

Εάν υπάρχει ανάγκη αύξησης της ευαισθησίας του συστήματος μέτρησης της μηχανής εξισορρόπησης, τα σήματα από τους αισθητήρες κραδασμών στην είσοδο της μονάδας μέτρησης μπορούν να ενισχυθούν. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο τυπικοί ενισχυτές με σταθερό κέρδος όσο και πολυβάθμιοι ενισχυτές, των οποίων το κέρδος μπορεί να αλλάξει προγραμματικά ανάλογα με την πραγματική στάθμη σήματος από τον αισθητήρα. Ένα παράδειγμα προγραμματιζόμενου πολυβάθμιου ενισχυτή περιλαμβάνει ενισχυτές που έχουν υλοποιηθεί σε μετατροπείς μέτρησης τάσης όπως E154 ή E14-140 από την LLC "L-Card".

4.3.3. Ενσωμάτωση

Όπως προαναφέρθηκε, συνιστάται η ενσωμάτωση υλικού ή/και η διπλή ενσωμάτωση των σημάτων των αισθητήρων κραδασμών στα συστήματα μέτρησης των μηχανών εξισορρόπησης. Έτσι, το αρχικό σήμα του επιταχυνσιόμετρου, ανάλογο της δονητικής επιτάχυνσης, μπορεί να μετατραπεί σε σήμα ανάλογο της δονητικής ταχύτητας (ολοκλήρωση) ή της δονητικής μετατόπισης (διπλή ολοκλήρωση). Ομοίως, το σήμα του αισθητήρα δονητικής ταχύτητας μετά την ολοκλήρωση μπορεί να μετατραπεί σε σήμα ανάλογο της δονητικής μετατόπισης.

4.3.4. Φιλτράρισμα στενής ζώνης του αναλογικού σήματος με χρήση φίλτρου παρακολούθησης

Για τη μείωση των παρεμβολών και τη βελτίωση της ποιότητας επεξεργασίας σήματος δόνησης στα συστήματα μέτρησης των μηχανών εξισορρόπησης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν φίλτρα στενής ζώνης παρακολούθησης. Η κεντρική συχνότητα αυτών των φίλτρων συντονίζεται αυτόματα στη συχνότητα περιστροφής του ισορροπημένου ρότορα χρησιμοποιώντας το σήμα του αισθητήρα περιστροφής του ρότορα. Σύγχρονα ολοκληρωμένα κυκλώματα, όπως τα MAX263, MAX264, MAX267, MAX268 της "MAXIM", μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία τέτοιων φίλτρων.

4.3.5. Αναλογική-ψηφιακή μετατροπή σημάτων

Η μετατροπή από αναλογικό σε ψηφιακό είναι μια κρίσιμη διαδικασία που διασφαλίζει τη δυνατότητα βελτίωσης της ποιότητας της επεξεργασίας σήματος δόνησης κατά τη μέτρηση του πλάτους και της φάσης. Αυτή η διαδικασία εφαρμόζεται σε όλα τα σύγχρονα συστήματα μέτρησης μηχανών εξισορρόπησης. Ένα παράδειγμα αποτελεσματικής εφαρμογής τέτοιων ADC περιλαμβάνει τους μετατροπείς μέτρησης τάσης τύπου E154 ή E14-140 της LLC "L-Card", οι οποίοι χρησιμοποιούνται σε διάφορα συστήματα μέτρησης μηχανών εξισορρόπησης που κατασκευάζονται από την LLC "Kinematics" (Vibromera). Επιπλέον, η LLC "Kinematics" (Vibromera) έχει εμπειρία στη χρήση φθηνότερων συστημάτων μικροεπεξεργαστών που βασίζονται σε ελεγκτές "Arduino", τον μικροελεγκτή PIC18F4620 της "Microchip" και παρόμοιες συσκευές.

4.1.2.2. Αισθητήρες Ταχύτητας Δόνησης Βασισμένοι σε Πιεζοηλεκτρικά Επιταχυνσιόμετρα

Ένας αισθητήρας αυτού του τύπου διαφέρει από ένα τυπικό πιεζοηλεκτρικό επιταχυνσιόμετρο στο ότι διαθέτει ενσωματωμένο ενισχυτή φορτίου και ολοκληρωτή στο περίβλημά του, που του επιτρέπει να εξάγει ένα σήμα ανάλογο με την ταχύτητα δόνησης. Για παράδειγμα, οι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες ταχύτητας δόνησης που κατασκευάζονται από εγχώριους παραγωγούς (εταιρεία ZETLAB και ΕΠΕ "Vibropribor") παρουσιάζονται στα Σχήματα 4.6 και 4.7.

Σχήμα 4.6. Μοντέλο αισθητήρα AV02 της ZETLAB (Ρωσία)

Σχήμα 4.7. Αισθητήρας μοντέλου DVST 2 από την LLC "Vibropribor""

Τέτοιοι αισθητήρες κατασκευάζονται από διάφορους παραγωγούς (εγχώριους και ξένους) και χρησιμοποιούνται σήμερα ευρέως, ιδίως σε φορητό εξοπλισμό δόνησης. Το κόστος αυτών των αισθητήρων είναι αρκετά υψηλό και μπορεί να φτάσει τα 20.000 έως 30.000 ρούβλια ο καθένας, ακόμη και από εγχώριους κατασκευαστές.

4.1.3. Αισθητήρες μετατόπισης

Στα συστήματα μέτρησης των μηχανών εξισορρόπησης, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν αισθητήρες μετατόπισης χωρίς επαφή - χωρητικοί ή επαγωγικοί. Αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να λειτουργούν σε στατική λειτουργία, επιτρέποντας την καταγραφή δονούμενων διεργασιών ξεκινώντας από 0 Hz. Η χρήση τους μπορεί να είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στην περίπτωση εξισορρόπησης ρότορων χαμηλής ταχύτητας με ταχύτητες περιστροφής 120 rpm και κάτω. Οι συντελεστές μετατροπής αυτών των αισθητήρων μπορούν να φτάσουν τα 1000 mV/mm και υψηλότερους, γεγονός που παρέχει υψηλή ακρίβεια και ανάλυση στη μέτρηση της μετατόπισης, ακόμη και χωρίς πρόσθετη ενίσχυση. Ένα προφανές πλεονέκτημα αυτών των αισθητήρων είναι το σχετικά χαμηλό κόστος τους, το οποίο για ορισμένους εγχώριους κατασκευαστές δεν υπερβαίνει τα 1000 ρούβλια. Κατά τη χρήση αυτών των αισθητήρων σε μηχανές εξισορρόπησης, είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη ότι το ονομαστικό κενό λειτουργίας μεταξύ του ευαίσθητου στοιχείου του αισθητήρα και της επιφάνειας του δονούμενου αντικειμένου περιορίζεται από τη διάμετρο του πηνίου του αισθητήρα. Για παράδειγμα, για τον αισθητήρα που φαίνεται στο Σχήμα 4.8, μοντέλο ISAN E41A από την "TEKO", το καθορισμένο κενό εργασίας είναι συνήθως 3,8 έως 4 mm, το οποίο επιτρέπει τη μέτρηση της μετατόπισης του δονούμενου αντικειμένου στην περιοχή των ±2,5 mm.

Σχήμα 4.8. Επαγωγικός αισθητήρας μετατόπισης μοντέλο ISAN E41A της TEKO (Ρωσία)

4.1.4. Αισθητήρες δύναμης

Όπως προαναφέρθηκε, οι αισθητήρες δύναμης χρησιμοποιούνται στα συστήματα μέτρησης που είναι εγκατεστημένα στις μηχανές εξισορρόπησης Hard Bearing. Οι αισθητήρες αυτοί, ιδίως λόγω της απλότητας κατασκευής τους και του σχετικά χαμηλού κόστους, είναι συνήθως πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες δύναμης. Παραδείγματα τέτοιων αισθητήρων παρουσιάζονται στα σχήματα 4.9 και 4.10.

Σχήμα 4.9. Αισθητήρας δύναμης SD 1 της Kinematika LLC

Σχήμα 4.10: Αισθητήρας δύναμης για μηχανήματα ζυγοστάθμισης αυτοκινήτων, πωλείται από την "STO Market""

Οι αισθητήρες δύναμης strain gauge, οι οποίοι κατασκευάζονται από ένα ευρύ φάσμα εγχώριων και ξένων παραγωγών, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση των σχετικών παραμορφώσεων στα στηρίγματα των μηχανών εξισορρόπησης Hard Bearing.

4.4. Λειτουργικό Σχήμα του Συστήματος Μέτρησης της Μηχανής Ζυγοστάθμισης, "Balanset 2""

Το σύστημα μέτρησης "Balanset 2" αντιπροσωπεύει μια σύγχρονη προσέγγιση για την ενσωμάτωση λειτουργιών μέτρησης και υπολογισμού σε μηχανές ζυγοστάθμισης. Αυτό το σύστημα παρέχει αυτόματο υπολογισμό διορθωτικών βαρών χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του συντελεστή επιρροής και μπορεί να προσαρμοστεί για διάφορες διαμορφώσεις μηχανών.

Το λειτουργικό σχήμα περιλαμβάνει επεξεργασία σήματος, μετατροπή από αναλογικό σε ψηφιακό, επεξεργασία ψηφιακού σήματος και αλγόριθμους αυτόματου υπολογισμού. Το σύστημα μπορεί να χειριστεί σενάρια εξισορρόπησης τόσο σε δύο επίπεδα όσο και σε πολλαπλά επίπεδα με υψηλή ακρίβεια.

4.5. Υπολογισμός των παραμέτρων των διορθωτικών βαρών που χρησιμοποιούνται στην εξισορρόπηση του δρομέα

Ο υπολογισμός των διορθωτικών βαρών βασίζεται στη μέθοδο του συντελεστή επιρροής, η οποία καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο ο ρότορας ανταποκρίνεται στα βάρη δοκιμής σε διαφορετικά επίπεδα. Αυτή η μέθοδος είναι θεμελιώδης για όλα τα σύγχρονα συστήματα εξισορρόπησης και παρέχει ακριβή αποτελέσματα τόσο για άκαμπτους όσο και για εύκαμπτους ρότορες.

4.5.1. Εργασία εξισορρόπησης ρότορα διπλής στήριξης και μέθοδοι επίλυσής της

Για ρότορες διπλής στήριξης (η πιο συνηθισμένη διαμόρφωση), η εργασία εξισορρόπησης περιλαμβάνει τον προσδιορισμό δύο διορθωτικών βαρών - ενός για κάθε επίπεδο διόρθωσης. Η μέθοδος του συντελεστή επιρροής χρησιμοποιεί την ακόλουθη προσέγγιση:

1. Αρχική μέτρηση (Εκτέλεση 0): Μετρήστε τους κραδασμούς χωρίς δοκιμαστικά βάρη
2. Πρώτη δοκιμαστική εκτέλεση (Εκτέλεση 1): Προσθέστε γνωστό βάρος δοκιμής στο Επίπεδο 1, μετρήστε την απόκριση
3. Δεύτερη δοκιμαστική εκτέλεση (Εκτέλεση 2): Μετακινήστε το βάρος της δοκιμής στο Επίπεδο 2, μετρήστε την απόκριση
4. Λογαριασμός: Το λογισμικό υπολογίζει τα μόνιμα βάρη διόρθωσης με βάση τις μετρούμενες αποκρίσεις

Η μαθηματική βάση περιλαμβάνει την επίλυση ενός συστήματος γραμμικών εξισώσεων που συσχετίζουν τις επιδράσεις των βαρών της δοκιμής με τις απαιτούμενες διορθώσεις και στα δύο επίπεδα ταυτόχρονα.

Σχήματα 3.26 και 3.27 παρουσιάζουν παραδείγματα χρήσης κλινών τόρνου, βάσει των οποίων κατασκευάστηκε μια εξειδικευμένη μηχανή Hard Bearing για την εξισορρόπηση κοχλιών και μια καθολική μηχανή εξισορρόπησης Soft Bearing για κυλινδρικούς ρότορες. Για τους κατασκευαστές DIY, οι λύσεις αυτές επιτρέπουν τη δημιουργία ενός άκαμπτου συστήματος στήριξης για τη μηχανή εξισορρόπησης με ελάχιστο χρόνο και κόστος, στο οποίο μπορούν να τοποθετηθούν βάσεις στήριξης διαφόρων τύπων (τόσο Hard Bearing όσο και Soft Bearing). Το κύριο καθήκον για τον κατασκευαστή σε αυτή την περίπτωση είναι να διασφαλίσει (και να αποκαταστήσει, εάν είναι απαραίτητο) τη γεωμετρική ακρίβεια των οδηγών της μηχανής στους οποίους θα στηριχθούν οι βάσεις στήριξης. Σε συνθήκες παραγωγής DIY, χρησιμοποιείται συνήθως λεπτή απόξεση για την αποκατάσταση της απαιτούμενης γεωμετρικής ακρίβειας των οδηγών.

Σχήμα 3.28 δείχνει μια εκδοχή ενός συναρμολογημένου κρεβατιού κατασκευασμένου από δύο κανάλια. Κατά την κατασκευή αυτού του κρεβατιού χρησιμοποιούνται αποσπώμενες βιδωτές συνδέσεις, οι οποίες επιτρέπουν την ελαχιστοποίηση ή την πλήρη εξάλειψη της παραμόρφωσης του κρεβατιού κατά τη συναρμολόγηση χωρίς πρόσθετες τεχνολογικές εργασίες. Για τη διασφάλιση της κατάλληλης γεωμετρικής ακρίβειας των οδηγών της συγκεκριμένης κλίνης, ενδέχεται να απαιτείται μηχανική επεξεργασία (λείανση, λεπτό φρεζάρισμα) των άνω φλαντζών των χρησιμοποιούμενων καναλιών.

Σχήματα 3.29 και 3.30 παρουσιάζουν παραλλαγές συγκολλημένων κρεβατιών, επίσης κατασκευασμένων από δύο κανάλια. Η τεχνολογία κατασκευής τέτοιων κρεβατιών μπορεί να απαιτεί μια σειρά από πρόσθετες εργασίες, όπως η θερμική επεξεργασία για την ανακούφιση από τις εσωτερικές τάσεις που εμφανίζονται κατά τη συγκόλληση. Όπως και με τα συναρμολογημένα κρεβάτια, για να εξασφαλιστεί η σωστή γεωμετρική ακρίβεια των οδηγών των συγκολλημένων κρεβατιών, θα πρέπει να προβλεφθεί μηχανική επεξεργασία (λείανση, λεπτό φρεζάρισμα) των άνω φλαντζών των χρησιμοποιούμενων καναλιών.

4.5.2. Μεθοδολογία για τη δυναμική εξισορρόπηση ρότορα πολλαπλής στήριξης

Οι ρότορες πολλαπλών στηρίξεων (τρία ή τέσσερα σημεία ρουλεμάν) απαιτούν πιο σύνθετες διαδικασίες εξισορρόπησης. Κάθε σημείο στήριξης συμβάλλει στη συνολική δυναμική συμπεριφορά και η διόρθωση πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ όλων των επιπέδων.

Η μεθοδολογία επεκτείνει την προσέγγιση δύο επιπέδων ως εξής:

• Μέτρηση κραδασμών σε όλα τα σημεία στήριξης
• Χρήση πολλαπλών δοκιμαστικών θέσεων βάρους
• Επίλυση μεγαλύτερων συστημάτων γραμμικών εξισώσεων
• Βελτιστοποίηση της κατανομής βάρους διόρθωσης

Για άξονες καρντάν και παρόμοιους μακριούς ρότορες, αυτή η προσέγγιση συνήθως επιτυγχάνει επίπεδα υπολειμματικής ανισορροπίας που αντιστοιχούν σε βαθμούς ποιότητας ISO G6.3 ή καλύτερες.

4.5.3. Υπολογιστές για την εξισορρόπηση ρότορα πολλαπλών στηριγμάτων

Έχουν αναπτυχθεί εξειδικευμένοι αλγόριθμοι υπολογισμού για διαμορφώσεις ρότορα τριών και τεσσάρων στηριγμάτων. Αυτοί οι υπολογιστές υλοποιούνται στο λογισμικό Balanset-4 και μπορούν να χειριστούν αυτόματα πολύπλοκες γεωμετρίες ρότορα.

Οι αριθμομηχανές λαμβάνουν υπόψη:

• Μεταβλητή ακαμψία στήριξης
• Διασταυρούμενη σύζευξη μεταξύ επιπέδων διόρθωσης
• Βελτιστοποίηση της τοποθέτησης βάρους για προσβασιμότητα
• Επαλήθευση των υπολογισμένων αποτελεσμάτων

5. Συστάσεις για τον έλεγχο της λειτουργίας και της ακρίβειας των μηχανών εξισορρόπησης

Η ακρίβεια και η αξιοπιστία μιας μηχανής ζυγοστάθμισης εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες, όπως η γεωμετρική ακρίβεια των μηχανικών εξαρτημάτων της, τα δυναμικά χαρακτηριστικά των στηριγμάτων και η λειτουργική ικανότητα του συστήματος μέτρησης. Η τακτική επαλήθευση αυτών των παραμέτρων διασφαλίζει σταθερή ποιότητα ζυγοστάθμισης και βοηθά στον εντοπισμό πιθανών προβλημάτων πριν αυτά επηρεάσουν την παραγωγή.

5.1. Έλεγχος της γεωμετρικής ακρίβειας της μηχανής

Η επαλήθευση της γεωμετρικής ακρίβειας περιλαμβάνει τον έλεγχο της ευθυγράμμισης των στηριγμάτων, της παραλληλίας των οδηγών και της ομοκεντρικότητας των συγκροτημάτων ατράκτου. Αυτοί οι έλεγχοι θα πρέπει να εκτελούνται κατά την αρχική εγκατάσταση και περιοδικά κατά τη λειτουργία, ώστε να διασφαλίζεται η διατηρούμενη ακρίβεια.

5.2. Έλεγχος των δυναμικών χαρακτηριστικών της μηχανής

Η επαλήθευση δυναμικών χαρακτηριστικών περιλαμβάνει τη μέτρηση των φυσικών συχνοτήτων των στηριγμάτων και των στοιχείων του πλαισίου για να διασφαλιστεί ότι διαχωρίζονται σωστά από τις συχνότητες λειτουργίας. Αυτό αποτρέπει προβλήματα συντονισμού που μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο την ακρίβεια εξισορρόπησης.

5.3. Έλεγχος της λειτουργικής ικανότητας του συστήματος μέτρησης

Η επαλήθευση του συστήματος μέτρησης περιλαμβάνει βαθμονόμηση αισθητήρα, επαλήθευση ευθυγράμμισης φάσης και ελέγχους ακρίβειας επεξεργασίας σήματος. Αυτό εξασφαλίζει αξιόπιστη μέτρηση του πλάτους και της φάσης των κραδασμών σε όλες τις ταχύτητες λειτουργίας.

5.4. Έλεγχος των χαρακτηριστικών ακρίβειας σύμφωνα με το πρότυπο ISO 20076-2007

Το πρότυπο ISO 20076-2007 παρέχει τυποποιημένες διαδικασίες για την επαλήθευση της ακρίβειας της μηχανής εξισορρόπησης χρησιμοποιώντας βαθμονομημένους ρότορες δοκιμής. Αυτές οι διαδικασίες βοηθούν στην επικύρωση της απόδοσης της μηχανής σε σχέση με διεθνώς αναγνωρισμένα πρότυπα.

Λογοτεχνία

1. Ρεσέτοφ Δ.Ν. (επιμελητής). "Λεπτομέρειες και Μηχανισμοί Εργαλειομηχανών Κοπής Μετάλλου". Μόσχα: Mashinostroenie, 1972.
2. Kellenberger W. "Σπειροειδής λείανση κυλινδρικών επιφανειών." Μηχανήματα, 1963.
3. ISO 18855-94 (ISO 281-89) "Ρουλεμάν κύλισης - Δυναμικές ονομαστικές τιμές φορτίου και διάρκεια ζωής.""
4. ISO 17383-73 "Τροχαλίες για επίπεδους ιμάντες κίνησης.""
5. ISO 1940-1-2007 "Δόνηση. Απαιτήσεις για την ποιότητα ισορροπίας άκαμπτων ρότορων.""
6. ISO 20076-2007 "Διαδικασίες επαλήθευσης ακρίβειας μηχανής ζυγοστάθμισης"."