Panduan Membuat Mesin Penyeimbang Sendiri - Bangun Peralatan Anda Sendiri Panduan Membuat Mesin Penyeimbang Sendiri - Bangun Peralatan Anda Sendiri
Mesin Penyeimbang DIY: Buat Sendiri Mesin Penyeimbang Rotor Profesional Anda | Vibromera

Menyeimbangkan Mesin dengan Tangan Sendiri

Pengarang: Feldman Valery Davidovich
Penyunting dan Penerjemah: Nikolai Andreevich Shelkovenko dan ObrolanGPT

Panduan teknis komprehensif untuk membangun mesin penyeimbang kelas profesional. Pelajari tentang desain bantalan lunak vs bantalan keras, perhitungan spindel, sistem pendukung, dan integrasi peralatan pengukuran.

Komponen Mesin Penyeimbang Rakitan Sendiri

Perakitan Mesin Penyeimbang

Sensor getaran

Sensor Optik (Laser Tachometer)

Balanset-4

Magnetic Stand Insize-60-kgf

Rekaman reflektif

Penyeimbang dinamis "Balanset-1A" OEM

1. Pendahuluan

(Mengapa ada kebutuhan untuk menulis karya ini?)

Analisis struktur konsumsi perangkat penyeimbang yang diproduksi oleh LLC "Kinematics" (Vibromera) mengungkapkan bahwa sekitar 30% perangkat tersebut dibeli untuk digunakan sebagai sistem pengukuran dan komputasi stasioner untuk mesin penyeimbang dan/atau dudukan. Ada dua kelompok konsumen (pelanggan) peralatan kami yang dapat diidentifikasi.

Kelompok pertama mencakup perusahaan yang mengkhususkan diri dalam produksi massal mesin balancing dan menjualnya ke pelanggan eksternal. Perusahaan-perusahaan ini mempekerjakan spesialis berkualifikasi tinggi dengan pengetahuan yang mendalam dan pengalaman yang luas dalam mendesain, membuat, dan mengoperasikan berbagai jenis mesin penyeimbang. Tantangan yang muncul dalam interaksi dengan kelompok konsumen ini paling sering terkait dengan mengadaptasi sistem pengukuran dan perangkat lunak kami ke mesin yang sudah ada atau yang baru dikembangkan, tanpa menangani masalah eksekusi strukturalnya.

Kelompok kedua terdiri dari konsumen yang mengembangkan dan memproduksi mesin (stand) untuk kebutuhan mereka sendiri. Pendekatan ini sebagian besar disebabkan oleh keinginan produsen independen untuk mengurangi biaya produksi mereka sendiri, yang dalam beberapa kasus dapat berkurang dua hingga tiga kali lipat atau lebih. Kelompok konsumen ini sering kali tidak memiliki pengalaman yang memadai dalam membuat mesin dan biasanya mengandalkan penggunaan akal sehat, informasi dari internet, dan analog yang tersedia dalam pekerjaan mereka.

Berinteraksi dengan mereka menimbulkan banyak pertanyaan, yang, selain informasi tambahan tentang sistem pengukuran mesin balancing, mencakup berbagai masalah yang berkaitan dengan pelaksanaan struktural mesin, metode pemasangannya pada pondasi, pemilihan drive, dan mencapai akurasi balancing yang tepat, dll.

Mengingat besarnya minat yang ditunjukkan oleh sebagian besar konsumen kami terhadap isu-isu pembuatan mesin penyeimbang secara mandiri, para spesialis dari LLC "Kinematics" (Vibromera) telah menyiapkan kompilasi berisi komentar dan rekomendasi mengenai pertanyaan-pertanyaan yang paling sering diajukan.

2. Jenis-jenis Mesin Penyeimbang (Dudukan) dan Fitur Desainnya

Mesin penyeimbang adalah perangkat teknologi yang dirancang untuk menghilangkan ketidakseimbangan statis atau dinamis rotor untuk berbagai keperluan. Mesin ini menggabungkan mekanisme yang mempercepat rotor yang telah diseimbangkan ke frekuensi putaran tertentu dan sistem pengukuran dan komputasi khusus yang menentukan massa dan penempatan bobot korektif yang diperlukan untuk mengkompensasi ketidakseimbangan rotor.

Konstruksi bagian mekanis mesin biasanya terdiri dari rangka dasar tempat tiang penyangga (bantalan) dipasang. Tiang-tiang ini digunakan untuk memasang produk yang telah diseimbangkan (rotor) dan mencakup penggerak yang dimaksudkan untuk memutar rotor. Selama proses penyeimbangan, yang dilakukan saat produk berputar, sensor sistem pengukuran (yang jenisnya bergantung pada desain mesin) akan mencatat getaran pada bantalan atau gaya pada bantalan.

Data yang diperoleh dengan cara ini memungkinkan untuk menentukan massa dan lokasi pemasangan pemberat korektif yang diperlukan untuk mengimbangi ketidakseimbangan.

Saat ini, ada dua jenis desain mesin penyeimbang (dudukan) yang paling lazim:

  • Mesin Bantalan Lunak (dengan penyangga yang fleksibel);
  • Mesin Bantalan Keras (dengan penyangga yang kaku).

2.1. Mesin dan Dudukan Bantalan Lunak

Fitur mendasar dari mesin penyeimbang bantalan lunak (dudukan) adalah bahwa mereka memiliki penyangga yang relatif fleksibel, dibuat berdasarkan suspensi pegas, gerbong yang dipasang di pegas, penyangga pegas datar atau silinder, dll. Frekuensi alami penyangga ini setidaknya 2-3 kali lebih rendah daripada frekuensi rotasi rotor seimbang yang dipasang di atasnya. Contoh klasik dari pelaksanaan struktural penyangga Bantalan Lunak fleksibel dapat dilihat pada penyangga model mesin DB-50, yang fotonya ditunjukkan pada Gambar 2.1.

P1010213

Gambar 2.1. Dukungan mesin penyeimbang model DB-50.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1, rangka bergerak (slider) 2 dipasang pada tiang stasioner 1 penyangga menggunakan suspensi pada pegas strip 3. Di bawah pengaruh gaya sentrifugal yang disebabkan oleh ketidakseimbangan rotor yang dipasang pada penyangga, rangka bergerak (slider) 2 dapat melakukan osilasi horizontal relatif terhadap tiang stasioner 1, yang diukur dengan menggunakan sensor getaran.

Eksekusi struktural dari penyangga ini memastikan tercapainya frekuensi alami osilasi kereta yang rendah, yaitu sekitar 1-2 Hz. Hal ini memungkinkan penyeimbangan rotor pada rentang frekuensi rotasi yang luas, mulai dari 200 RPM. Fitur ini, bersama dengan kesederhanaan pembuatan penyangga tersebut, membuat desain ini menarik bagi banyak konsumen kami yang membuat mesin penyeimbang untuk kebutuhan mereka sendiri untuk berbagai keperluan.

IMAG0040

Gambar 2.2. Penopang Bantalan Lunak Mesin Penyeimbang, Diproduksi oleh "Polymer LTD", Makhachkala

Gambar 2.2 menunjukkan foto mesin penyeimbang bantalan lunak dengan penyangga yang terbuat dari pegas suspensi, yang diproduksi untuk kebutuhan internal di "Polymer LTD" di Makhachkala. Mesin ini dirancang untuk menyeimbangkan rol yang digunakan dalam produksi bahan polimer.

Gambar 2.3 menampilkan foto mesin penyeimbang dengan suspensi strip serupa untuk kereta, yang dimaksudkan untuk menyeimbangkan perkakas khusus.

Gambar 2.4.a dan 2.4.b menunjukkan foto-foto mesin Soft Bearing buatan sendiri untuk menyeimbangkan poros penggerak, yang penyangganya juga dibuat menggunakan pegas suspensi strip.

Gambar 2.5 Menampilkan foto mesin Soft Bearing yang dirancang untuk menyeimbangkan turbocharger, dengan penyangga keretanya juga digantung pada pegas strip. Mesin ini, yang dibuat untuk penggunaan pribadi A. Shahgunyan (St. Petersburg), dilengkapi dengan sistem pengukuran "Balanset 1".

Menurut produsen (lihat Gbr. 2.6), mesin ini memberikan kemampuan untuk menyeimbangkan turbin dengan sisa ketidakseimbangan yang tidak melebihi 0,2 g*mm.

Инстр 1)

Gambar 2.3. Mesin Bantalan Lunak untuk Menyeimbangkan Alat dengan Suspensi Penopang pada Pegas Strip

Кар 1

Gambar 2.4.a. Mesin Bantalan Lunak untuk Menyeimbangkan Poros Penggerak (Mesin Rakitan)

Кар2)

Gambar 2.4.b. Mesin Bantalan Lunak untuk Menyeimbangkan Poros Penggerak dengan Penopang Pengangkutan yang Ditangguhkan pada Pegas Strip. (Penopang Spindel Terkemuka dengan Suspensi Strip Pegas)

SAM_0506

Gambar 2.5. Mesin Bantalan Lunak untuk Menyeimbangkan Turbocharger dengan Penopang pada Pegas Strip, Diproduksi oleh A. Shahgunyan (St. Petersburg)

SAM_0504

Gambar 2.6. Tampilan Layar Sistem Pengukuran 'Balanset 1' yang Menunjukkan Hasil Penyeimbangan Rotor Turbin pada Mesin A. Shahgunyan

Selain versi klasik dari penyangga mesin penyeimbang Soft Bearing yang telah dibahas di atas, solusi struktural lainnya juga telah tersebar luas.

Gambar 2.7 dan 2.8 Foto-foto unggulan ini menampilkan mesin penyeimbang untuk poros penggerak, yang penyangganya dibuat berdasarkan pegas pipih (pelat). Mesin-mesin ini diproduksi untuk kebutuhan eksklusif perusahaan swasta "Dergacheva" dan LLC "Tatcardan" ("Kinetics-M"), masing-masing.

Mesin penyeimbang bantalan lunak dengan penyangga seperti itu sering diproduksi ulang oleh produsen amatir karena kesederhanaan dan kemudahan pembuatannya. Prototipe ini umumnya berupa mesin seri VBRF dari "K. Schenck" atau mesin produksi dalam negeri serupa.

Mesin yang ditunjukkan pada Gambar 2.7 dan 2.8 dirancang untuk menyeimbangkan poros penggerak dua dukungan, tiga dukungan, dan empat dukungan. Mesin-mesin tersebut memiliki konstruksi yang serupa, termasuk:

  • rangka dasar 1 yang dilas, berdasarkan dua balok-I yang dihubungkan dengan rusuk silang;
  • penyangga spindel stasioner (depan) 2;
  • penyangga spindel (belakang) yang dapat digerakkan 3;
  • satu atau dua penyangga yang dapat digerakkan (perantara) 4. Mendukung unit spindel rumah 2 dan 3 5 dan 6, yang dimaksudkan untuk memasang poros penggerak seimbang 7 pada alat berat.

IMAG1077

Gambar 2.7. Mesin Bantalan Lunak untuk Penyeimbangan Poros Penggerak oleh Perusahaan Swasta "Dergacheva" dengan Penopang pada Pegas Datar (Pelat)

gambar (3)

Gambar 2.8. Mesin Bantalan Lunak untuk Menyeimbangkan Poros Penggerak oleh LLC "Tatcardan" ("Kinetics-M") dengan Penopang pada Pegas Datar

Sensor getaran 8 dipasang pada semua penyangga, yang digunakan untuk mengukur osilasi melintang penyangga. Spindel terdepan 5, yang dipasang pada penyangga 2, diputar oleh motor listrik melalui penggerak sabuk.

Gambar 2.9.a dan 2.9.b menunjukkan foto-foto penyangga mesin penyeimbang, yang didasarkan pada pegas datar.

S5007480

S5007481

Gambar 2.9. Penyangga Mesin Penyeimbang Bantalan Lunak dengan Pegas Datar

  • a) Tampak samping;
  • b) Tampak depan

Mengingat bahwa produsen amatir sering menggunakan penyangga semacam itu dalam desain mereka, maka, akan berguna untuk memeriksa fitur konstruksinya secara lebih rinci. Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.9.a, penyangga ini terdiri atas tiga komponen utama:

  • Pelat penyangga bawah 1: Untuk penyangga spindel depan, pelat dipasang secara kaku ke pemandu; untuk penyangga perantara atau penyangga spindel belakang, pelat bawah didesain sebagai kereta yang dapat bergerak di sepanjang pemandu bingkai.
  • 1. Pelat penyangga atas 2. Pelat penyangga bawah di mana unit pendukung dipasang (penyangga rol 4, spindel, bantalan perantara, dll.).
  • Dua pegas datar 3, menghubungkan pelat bantalan bawah dan atas.

Untuk mencegah risiko peningkatan getaran penyangga selama operasi, yang dapat terjadi selama akselerasi atau deselerasi rotor seimbang, penyangga dapat menyertakan mekanisme penguncian (lihat Gbr. 2.9.b). Mekanisme ini terdiri dari braket kaku 5, yang dapat diaktifkan oleh kunci eksentrik 6 yang terhubung ke salah satu pegas datar penyangga. Ketika kunci 6 dan braket 5 diaktifkan, penyangga terkunci, sehingga menghilangkan risiko peningkatan getaran selama akselerasi dan deselerasi.

Ketika mendesain penyangga yang dibuat dengan pegas datar (pelat), produsen mesin harus menilai frekuensi osilasi alaminya, yang bergantung pada kekakuan pegas dan massa rotor yang diseimbangkan. Dengan mengetahui parameter ini, perancang dapat secara sadar memilih rentang frekuensi rotasi operasional rotor, menghindari bahaya osilasi resonansi penyangga selama penyeimbangan.

Rekomendasi untuk menghitung dan secara eksperimental menentukan frekuensi alami osilasi penyangga, serta komponen lain dari mesin penyeimbang, dibahas di Bagian 3.

Seperti disebutkan sebelumnya, kesederhanaan dan kemampuan manufaktur desain penyangga yang menggunakan pegas datar (pelat) menarik minat para pengembang amatir mesin penyeimbang untuk berbagai tujuan, termasuk mesin untuk menyeimbangkan poros engkol, rotor turbocharger otomotif, dll.

Sebagai contoh, Gambar 2.10.a dan 2.10.b menyajikan sketsa tampilan umum dari sebuah mesin yang dirancang untuk menyeimbangkan rotor turbocharger. Mesin ini diproduksi dan digunakan untuk kebutuhan internal di LLC "SuraTurbo" di Penza.

Балансировка турбокомпрессора (1)

2.10.a. Mesin untuk Menyeimbangkan Rotor Turbocharger (Tampak Samping)

Балансировка турбокомпрессора(2)

2.10.b. Mesin untuk Menyeimbangkan Rotor Turbocharger (Tampilan dari Sisi Penyangga Depan)

Selain mesin penyeimbang Bantalan Lunak yang telah dibahas sebelumnya, dudukan Bantalan Lunak yang relatif sederhana terkadang dibuat. Dudukan ini memungkinkan penyeimbangan mekanisme putar berkualitas tinggi untuk berbagai keperluan dengan biaya minimal.

Beberapa dudukan semacam itu diulas di bawah ini, yang dibangun berdasarkan pelat datar (atau rangka) yang dipasang pada pegas kompresi silindris. Pegas ini biasanya dipilih sedemikian rupa sehingga frekuensi osilasi alami pelat dengan mekanisme penyeimbang yang terpasang di atasnya 2 hingga 3 kali lebih rendah daripada frekuensi rotasi rotor mekanisme ini selama penyeimbangan.

Gambar 2.11 menunjukkan foto dudukan untuk menyeimbangkan roda abrasif, yang diproduksi untuk produksi internal oleh P. Asharin.

gambar (1)

Gambar 2.11. Dudukan untuk Menyeimbangkan Roda Abrasif

Dudukan terdiri dari komponen utama berikut ini:

  • Piring 1dipasang pada empat pegas silinder 2;
  • Motor listrik 3yang rotornya juga berfungsi sebagai spindel, di mana mandrel 4 dipasang, digunakan untuk memasang dan mengamankan roda abrasif pada spindel.

Fitur utama dari dudukan ini adalah penyertaan sensor pulsa 5 untuk sudut rotasi rotor motor listrik, yang digunakan sebagai bagian dari sistem pengukuran dudukan ("Balanset 2C") untuk menentukan posisi sudut untuk menghilangkan massa korektif dari roda abrasif.

Gambar 2.12 Gambar ini menunjukkan sebuah dudukan yang digunakan untuk menyeimbangkan pompa vakum. Dudukan ini dikembangkan berdasarkan pesanan oleh JSC "Measurement Plant".

Рунёв

Gambar 2.12. Dudukan untuk Penyeimbang Pompa Vakum oleh JSC "Measurement Plant""

Dasar dudukan ini juga menggunakan Piring 1dipasang pada pegas silinder 2. Pada Pelat 1, pompa vakum 3 dipasang, yang memiliki penggerak listrik sendiri yang mampu memvariasikan kecepatan secara luas dari 0 hingga 60.000 RPM. Sensor getaran 4 dipasang pada selubung pompa, yang digunakan untuk mengukur getaran pada dua bagian yang berbeda pada ketinggian yang berbeda.

Untuk sinkronisasi proses pengukuran getaran dengan sudut rotasi rotor pompa, sensor sudut fase laser 5 digunakan pada dudukan. Meskipun konstruksi eksternal dudukan tersebut tampak sederhana, hal ini memungkinkan tercapainya penyeimbangan impeler pompa dengan kualitas yang sangat tinggi.

Sebagai contoh, pada frekuensi rotasi sub-kritis, ketidakseimbangan residual rotor pompa memenuhi persyaratan yang ditetapkan untuk kelas kualitas keseimbangan G0.16 menurut ISO 1940-1-2007 "Getaran. Persyaratan untuk kualitas keseimbangan rotor kaku. Bagian 1. Penentuan ketidakseimbangan yang diperbolehkan.""

Getaran sisa casing pompa yang dicapai selama penyeimbangan pada kecepatan rotasi hingga 8.000 RPM tidak melebihi 0,01 mm/detik.

Dudukan penyeimbang yang dibuat menurut skema yang dijelaskan di atas juga efektif untuk menyeimbangkan mekanisme lain, seperti kipas angin. Contoh penyangga yang didesain untuk menyeimbangkan kipas ditunjukkan pada Gambar 2.13 dan 2.14.

P1030155 (2)

Gambar 2.13. Dudukan untuk Menyeimbangkan Impeler Kipas

Kualitas penyeimbangan kipas yang dicapai pada dudukan tersebut cukup tinggi. Menurut spesialis dari LLC "Atlant-project", pada dudukan yang dirancang oleh mereka berdasarkan rekomendasi dari LLC "Kinematics" (lihat Gambar 2.14), tingkat getaran sisa yang dicapai saat menyeimbangkan kipas adalah 0,8 mm/detik. Ini lebih dari tiga kali lebih baik daripada toleransi yang ditetapkan untuk kipas dalam kategori BV5 menurut ISO 31350-2007 "Getaran. Kipas industri. Persyaratan untuk kualitas getaran dan keseimbangan yang dihasilkan.""

20161122_100338 (2)

Gambar 2.14. Dudukan untuk Impeller Kipas Penyeimbang Peralatan Tahan Ledakan oleh "Atlant-project" LLC, Podolsk

Data serupa yang diperoleh di JSC "Lissant Fan Factory" menunjukkan bahwa dudukan seperti itu, yang digunakan dalam produksi massal kipas saluran, secara konsisten memastikan getaran sisa tidak melebihi 0,1 mm/s.

2.2. Mesin Bantalan Keras

Mesin penyeimbang Hard Bearing berbeda dengan mesin Soft Bearing yang telah dibahas sebelumnya dalam hal desain penyangganya. Penyangga mereka dibuat dalam bentuk pelat kaku dengan slot yang rumit (cut-out). Frekuensi alami dari penyangga ini secara signifikan (setidaknya 2-3 kali) melebihi frekuensi rotasi maksimum rotor yang diseimbangkan pada mesin.

Mesin Hard Bearing lebih serbaguna daripada mesin Soft Bearing, karena biasanya memungkinkan penyeimbangan rotor berkualitas tinggi pada rentang yang lebih luas dari karakteristik massa dan dimensinya. Keuntungan penting dari mesin ini adalah bahwa mereka memungkinkan penyeimbangan rotor dengan presisi tinggi pada kecepatan rotasi yang relatif rendah, yang dapat berada dalam kisaran 200-500 RPM dan lebih rendah.

Gambar 2.15 Gambar tersebut menunjukkan foto mesin penyeimbang Hard Bearing yang khas yang diproduksi oleh "K. Schenk." Dari gambar ini, terlihat jelas bahwa bagian-bagian individual dari penyangga, yang dibentuk oleh alur-alur yang rumit, memiliki kekakuan yang bervariasi. Di bawah pengaruh gaya ketidakseimbangan rotor, hal ini dapat menyebabkan deformasi (perpindahan) beberapa bagian penyangga relatif terhadap bagian lainnya. (Pada Gambar 2.15, bagian penyangga yang lebih kaku ditandai dengan garis putus-putus merah, dan bagiannya yang relatif lentur berwarna biru).

Untuk mengukur deformasi relatif tersebut, mesin Hard Bearing dapat menggunakan sensor gaya atau sensor getaran yang sangat sensitif dari berbagai jenis, termasuk sensor perpindahan getaran non-kontak.

Шенк бал

Gambar 2.15. Mesin Penyeimbang Bantalan Keras oleh "K. Schenk""

Sebagaimana ditunjukkan oleh analisis permintaan yang diterima dari pelanggan untuk instrumen seri "Balanset", minat dalam pembuatan mesin Hard Bearing untuk penggunaan internal terus meningkat. Hal ini difasilitasi oleh penyebaran informasi iklan yang luas tentang fitur desain mesin penyeimbang domestik, yang digunakan oleh produsen amatir sebagai analog (atau prototipe) untuk pengembangan mereka sendiri.

Mari kita pertimbangkan beberapa variasi mesin Hard Bearing yang diproduksi untuk kebutuhan internal sejumlah konsumen instrumen seri "Balanset".

Gambar 2.16.a - 2.16.d Gambar 2.16.a menunjukkan foto-foto mesin Hard Bearing yang dirancang untuk menyeimbangkan poros penggerak, yang diproduksi oleh N. Obyedkov (kota Magnitogorsk). Seperti yang terlihat pada Gambar 2.16.a, mesin ini terdiri dari rangka kaku 1, di mana penyangga 2 (dua spindel dan dua penyangga perantara) dipasang. Spindel utama 3 mesin diputar oleh motor listrik asinkron 4 melalui penggerak sabuk. Pengontrol frekuensi 6 digunakan untuk mengontrol kecepatan putaran motor listrik 4. Mesin ini dilengkapi dengan sistem pengukuran dan komputasi "Balanset 4" 5, yang mencakup unit pengukuran, komputer, empat sensor gaya, dan sensor sudut fasa (sensor tidak ditunjukkan pada Gambar 2.16.a).

2015-01-28 14

Gambar 2.16.a. Mesin Bantalan Keras untuk Menyeimbangkan Poros Penggerak, Diproduksi oleh N. Obyedkov (Magnitogorsk)

Gambar 2.16.b menunjukkan foto penyangga depan mesin dengan spindel utama 3, yang digerakkan, seperti yang telah disebutkan sebelumnya, oleh penggerak sabuk dari motor listrik asinkron 4. Penyangga ini dipasang secara kaku pada rangka.

2015-01-28 14

Gambar 2.16.b. Penyangga Spindel Depan (Terdepan).

Gambar 2.16.c menampilkan foto salah satu dari dua penyangga perantara yang dapat digerakkan pada mesin. Penyangga ini bertumpu pada slide 7, yang memungkinkan gerakan longitudinal di sepanjang pemandu bingkai. Penyangga ini mencakup perangkat khusus 8, yang dirancang untuk memasang dan menyesuaikan ketinggian bantalan perantara poros penggerak yang seimbang.

2015-01-28 14

Gambar 2.16.c. Penyangga Bergerak Menengah dari Mesin

Gambar 2.16.d Gambar tersebut menunjukkan foto penyangga spindel belakang (yang digerakkan), yang, seperti penyangga tengah, memungkinkan pergerakan di sepanjang pemandu rangka mesin.

2015-01-28 14

Gambar 2.16.d. Penopang Spindel Belakang (Digerakkan).

Semua penyangga yang dibahas di atas adalah pelat vertikal yang dipasang pada alas datar. Pelat-pelat tersebut memiliki slot berbentuk T (lihat Gbr. 2.16.d), yang membagi penyangga menjadi bagian dalam 9 (lebih kaku) dan bagian luar 10 (kurang kaku). Perbedaan kekakuan bagian dalam dan luar penyangga dapat mengakibatkan deformasi relatif pada bagian ini di bawah gaya ketidakseimbangan dari rotor yang seimbang.

Sensor gaya biasanya digunakan untuk mengukur deformasi relatif penyangga pada mesin buatan sendiri. Contoh bagaimana sensor gaya dipasang pada penyangga mesin penyeimbang Hard Bearing ditunjukkan pada Gambar 2.16.e. Seperti yang terlihat pada gambar ini, sensor gaya 11 ditekan ke permukaan sisi bagian dalam penyangga oleh baut 12, yang melewati lubang berulir di bagian luar penyangga.

Untuk memastikan tekanan baut 12 yang merata di seluruh bidang sensor gaya 11, mesin cuci datar 13 ditempatkan di antara baut dan sensor.

2015-01-28 14

Gambar 2.16.d. Contoh Pemasangan Sensor Gaya pada Penyangga.

Selama pengoperasian mesin, gaya ketidakseimbangan dari rotor yang seimbang bekerja melalui unit penopang (spindel atau bantalan perantara) pada bagian luar penopang, yang mulai bergerak secara siklik (mengalami deformasi) relatif terhadap bagian dalamnya pada frekuensi putaran rotor. Hal ini menghasilkan gaya variabel yang bekerja pada sensor 11, yang sebanding dengan gaya ketidakseimbangan. Di bawah pengaruhnya, sinyal listrik yang sebanding dengan besarnya ketidakseimbangan rotor dihasilkan pada keluaran sensor gaya.

Sinyal dari sensor gaya, yang dipasang pada semua penyangga, dialirkan ke sistem pengukuran dan komputasi mesin, di mana sinyal tersebut digunakan untuk menentukan parameter bobot korektif.

Gambar 2.17.a. Menampilkan foto mesin Hard Bearing yang sangat khusus yang digunakan untuk menyeimbangkan poros "sekrup". Mesin ini diproduksi untuk penggunaan internal di LLC "Ufatverdosplav".

Seperti yang terlihat pada gambar, mekanisme spin-up mesin memiliki konstruksi yang disederhanakan, yang terdiri dari komponen utama berikut ini:

  • Bingkai yang dilas 1yang berfungsi sebagai tempat tidur;
  • Dua penyangga stasioner 2yang dipasang secara kaku ke rangka;
  • Motor listrik 3yang menggerakkan poros seimbang (sekrup) 5 melalui penggerak sabuk 4.

Фото0007 (2).jpg

Gambar 2.17.a. Mesin Bantalan Keras untuk Menyeimbangkan Poros Sekrup, Diproduksi oleh LLC "Ufatverdosplav""

Penyangga 2 mesin adalah pelat baja yang dipasang secara vertikal dengan slot berbentuk T. Di bagian atas setiap penyangga, terdapat rol penyangga yang dibuat dengan menggunakan bantalan gelinding, tempat poros seimbang 5 berputar.

Untuk mengukur deformasi penyangga yang terjadi akibat ketidakseimbangan rotor, digunakan sensor gaya 6 (lihat Gambar 2.17.b), yang dipasang di dalam slot penyangga. Sensor-sensor ini terhubung ke perangkat "Balanset 1", yang digunakan pada mesin ini sebagai sistem pengukuran dan komputasi.

Meskipun mekanisme putaran mesin ini relatif sederhana, ia memungkinkan penyeimbangan sekrup dengan kualitas yang cukup tinggi, yang, seperti terlihat pada Gambar 2.17.a., memiliki permukaan heliks yang kompleks.

Menurut LLC "Ufatverdosplav," ketidakseimbangan awal sekrup berkurang hampir 50 kali lipat pada mesin ini selama proses penyeimbangan.

Фото0009 (1280x905)

Gambar 2.17.b. Dukungan Mesin Bantalan Keras untuk Menyeimbangkan Poros Sekrup dengan Sensor Gaya

Ketidakseimbangan residual yang dicapai adalah 3552 g*mm (19,2 g pada radius 185 mm) pada bidang pertama sekrup, dan 2220 g*mm (12,0 g pada radius 185 mm) pada bidang kedua. Untuk rotor dengan berat 500 kg dan beroperasi pada frekuensi putaran 3500 RPM, ketidakseimbangan ini sesuai dengan kelas G6.3 menurut ISO 1940-1-2007, yang memenuhi persyaratan yang ditetapkan dalam dokumentasi teknisnya.

Sebuah desain orisinal (lihat Gambar 2.18), yang melibatkan penggunaan satu alas untuk pemasangan simultan penyangga bagi dua mesin penyeimbang Hard Bearing dengan ukuran berbeda, diusulkan oleh SV Morozov. Keuntungan nyata dari solusi teknis ini, yang memungkinkan untuk meminimalkan biaya produksi pabrikan, meliputi:

  • Menghemat ruang produksi;
  • Penggunaan satu motor listrik dengan penggerak frekuensi variabel untuk mengoperasikan dua mesin yang berbeda;
  • Penggunaan satu sistem pengukuran untuk mengoperasikan dua mesin yang berbeda.

Gambar 2.18. Mesin Penyeimbang Bantalan Keras ("Tandem"), Diproduksi oleh SV Morozov

3. Persyaratan untuk Konstruksi Unit Dasar dan Mekanisme Mesin Penyeimbang

3.1. Bantalan

3.1.1. Landasan Teoritis Desain Bantalan

Pada bagian sebelumnya, telah dibahas secara detail mengenai pelaksanaan desain utama dari penyangga Bantalan Lunak dan Bantalan Keras untuk mesin penyeimbang. Parameter penting yang harus dipertimbangkan oleh para perancang saat mendesain dan memproduksi penyangga ini adalah frekuensi osilasi alaminya. Hal ini penting karena pengukuran tidak hanya amplitudo getaran (deformasi siklik) penyangga tetapi juga fase getaran diperlukan untuk menghitung parameter bobot korektif oleh sistem pengukuran dan komputasi mesin.

Jika frekuensi alami penyangga bertepatan dengan frekuensi rotasi rotor seimbang (resonansi penyangga), pengukuran amplitudo dan fase getaran secara akurat praktis tidak mungkin dilakukan. Hal ini diilustrasikan dengan jelas pada grafik yang menunjukkan perubahan amplitudo dan fase osilasi penyangga sebagai fungsi frekuensi rotasi rotor seimbang (lihat Gambar 3.1).

Dari grafik ini, dapat disimpulkan bahwa ketika frekuensi rotasi rotor seimbang mendekati frekuensi alami osilasi penyangga (yaitu, ketika rasio fp/fo mendekati 1), ada peningkatan amplitudo yang signifikan terkait dengan osilasi resonansi penyangga (lihat Gbr. 3.1.a). Bersamaan dengan itu, grafik 3.1.b menunjukkan bahwa pada zona resonansi, terjadi perubahan tajam pada sudut fase ∆F°, yang dapat mencapai 180°.

Dengan kata lain, ketika menyeimbangkan mekanisme apa pun di zona resonansi, bahkan perubahan kecil dalam frekuensi rotasinya dapat menyebabkan ketidakstabilan yang signifikan dalam hasil pengukuran amplitudo dan fase getarannya, yang menyebabkan kesalahan dalam menghitung parameter bobot korektif dan secara negatif memengaruhi kualitas penyeimbangan.

Grafik di atas mengkonfirmasi rekomendasi sebelumnya bahwa untuk mesin bantalan keras, batas atas frekuensi operasional rotor harus (setidaknya) 2-3 kali lebih rendah daripada frekuensi alami penopang, fo. Untuk mesin bantalan lunak, batas bawah frekuensi operasional rotor seimbang yang diizinkan harus (setidaknya) 2-3 kali lebih tinggi daripada frekuensi alami penopang.

График резонанса

Gambar 3.1. Grafik yang menunjukkan perubahan amplitudo relatif dan fase getaran penyangga mesin penyeimbang sebagai fungsi perubahan frekuensi rotasi.

  • Ад - Amplitudo getaran dinamis penyangga;
  • e = m * r / M - Ketidakseimbangan spesifik pada rotor yang seimbang;
  • m - Massa rotor yang tidak seimbang;
  • M - Massa rotor;
  • r - Radius di mana massa yang tidak seimbang terletak pada rotor;
  • fp - Frekuensi rotasi rotor;
  • fo - Frekuensi alami getaran penyangga

Mengingat informasi yang disajikan, mengoperasikan mesin di area resonansi penyangganya (disorot dengan warna merah pada Gbr. 3.1) tidak disarankan. Grafik yang ditunjukkan pada Gbr. 3.1 juga menunjukkan bahwa untuk ketidakseimbangan rotor yang sama, getaran aktual penyangga mesin Soft Bearing secara signifikan lebih rendah daripada yang terjadi pada penyangga mesin Soft Bearing.

Dari sini, dapat disimpulkan bahwa sensor yang digunakan untuk mengukur getaran penyangga pada mesin Hard Bearing harus memiliki sensitivitas yang lebih tinggi daripada yang ada pada mesin Soft Bearing. Kesimpulan ini didukung dengan baik oleh praktik penggunaan sensor yang sebenarnya, yang menunjukkan bahwa sensor getaran absolut (vibro-accelerometer dan / atau sensor kecepatan getaran), yang berhasil digunakan pada mesin penyeimbang Bantalan Lunak, sering kali tidak dapat mencapai kualitas penyeimbangan yang diperlukan pada mesin Bantalan Keras.

Pada mesin-mesin ini, disarankan untuk menggunakan sensor getaran relatif, seperti sensor gaya atau sensor perpindahan yang sangat sensitif.

3.1.2. Memperkirakan Frekuensi Alamiah Dukungan Menggunakan Metode Perhitungan

Seorang perancang dapat melakukan perhitungan perkiraan (estimasi) frekuensi alami dari penyangga fo menggunakan rumus 3.1, dengan memperlakukannya secara sederhana sebagai sistem getaran dengan satu derajat kebebasan, yang (lihat Gbr. 2.19.a) diwakili oleh sebuah massa M, berosilasi pada pegas dengan kekakuan K.

fo​=2π1​√(K/M)​​ (3.1)

Massa M yang digunakan dalam perhitungan untuk rotor antar-bantalan simetris dapat didekati dengan rumus 3.2.

M=Mo​+Mr​/n​ (3.2)

di mana Mo adalah massa bagian bergerak dari penyangga dalam kg; Mr adalah massa rotor yang seimbang dalam kg; n adalah jumlah penyangga mesin yang terlibat dalam penyeimbangan.

Kekakuan K dari penyangga dihitung dengan menggunakan rumus 3.3 berdasarkan hasil studi eksperimental yang melibatkan pengukuran deformasi ΔL penyangga ketika dibebani dengan gaya statis P (lihat Gbr. 3.2.a dan 3.2.b).

K=P/ΔL (3.3)

di mana ΔL adalah deformasi penyangga dalam meter; P adalah gaya statis dalam Newton.

Besarnya gaya pembebanan P dapat diukur dengan menggunakan alat pengukur gaya (misalnya, dinamometer). Perpindahan penyangga ΔL ditentukan dengan menggunakan alat untuk mengukur perpindahan linear (misalnya, indikator dial).

3.1.3. Metode Eksperimental untuk Menentukan Frekuensi Alamiah Dukungan

Mengingat bahwa perhitungan frekuensi alami penyangga yang dibahas di atas, yang dilakukan menggunakan metode yang disederhanakan, dapat menyebabkan kesalahan yang signifikan, sebagian besar pengembang amatir lebih memilih untuk menentukan parameter ini dengan metode eksperimental. Untuk itu, mereka memanfaatkan kemampuan yang disediakan oleh sistem pengukuran getaran modern dari mesin penyeimbang, termasuk instrumen seri "Balanset".

3.1.3.1. Menentukan Frekuensi Alamiah Penyangga dengan Metode Eksitasi Tumbukan

Metode eksitasi tumbukan adalah cara yang paling sederhana dan paling umum untuk menentukan frekuensi alami getaran penyangga atau komponen mesin lainnya. Metode ini didasarkan pada fakta bahwa ketika suatu benda, seperti lonceng (lihat Gbr. 3.3), dieksitasi dengan tumbukan, responsnya bermanifestasi sebagai respons getaran yang berangsur-angsur meluruh. Frekuensi sinyal getaran ditentukan oleh karakteristik struktural objek dan sesuai dengan frekuensi getaran alaminya. Untuk eksitasi tumbukan getaran, alat berat apa pun dapat digunakan, seperti palu karet atau palu biasa.

Удар

Gambar 3.3. Diagram Eksitasi Tumbukan yang Digunakan untuk Menentukan Frekuensi Alamiah Suatu Benda

Massa palu harus kira-kira 10% dari massa benda yang dieksitasi. Untuk menangkap respons getaran, sensor getaran harus dipasang pada benda yang sedang diperiksa, dengan sumbu pengukur yang sejajar dengan arah eksitasi tumbukan. Dalam beberapa kasus, mikrofon dari alat pengukur kebisingan dapat digunakan sebagai sensor untuk merasakan respons getaran objek.

Getaran objek diubah menjadi sinyal listrik oleh sensor, yang kemudian dikirim ke instrumen pengukuran, seperti input penganalisis spektrum. Instrumen ini merekam fungsi waktu dan spektrum dari proses getaran yang meluruh (lihat Gambar 3.4), yang analisisnya memungkinkan penentuan frekuensi (frekuensi) getaran alami objek.

Gambar 3.5. Antarmuka Program yang Menampilkan Grafik Fungsi Waktu dan Spektrum Getaran Impak Luruh dari Struktur yang Diperiksa

Analisis grafik spektrum yang disajikan pada Gambar 3.5 (lihat bagian bawah jendela kerja) menunjukkan bahwa komponen utama getaran alami struktur yang diperiksa, ditentukan dengan mengacu pada sumbu absis grafik, terjadi pada frekuensi 9,5 Hz. Metode ini dapat direkomendasikan untuk studi getaran alami penyangga mesin penyeimbang Soft Bearing dan Hard Bearing.

3.1.3.2. Menentukan Frekuensi Alami Penyangga dalam Mode Meluncur

Dalam beberapa kasus, frekuensi alami penyangga dapat ditentukan dengan mengukur amplitudo dan fase getaran secara siklik "di permukaan". Dalam menerapkan metode ini, rotor yang terpasang pada mesin yang diperiksa awalnya dipercepat hingga kecepatan putaran maksimumnya, setelah itu penggeraknya diputus, dan frekuensi gaya pengganggu yang terkait dengan ketidakseimbangan rotor secara bertahap berkurang dari maksimum hingga titik berhenti.

Dalam hal ini, frekuensi natural penyangga dapat ditentukan oleh dua karakteristik:

  • Dengan lompatan lokal dalam amplitudo getaran yang teramati di area resonansi;
  • Dengan perubahan tajam (hingga 180°) pada fase getaran yang diamati di zona lompatan amplitudo.

Pada perangkat seri "Balanset", mode "Vibrometer" ("Balanset 1") atau mode "Penyeimbangan. Pemantauan" ("Balanset 2C" dan "Balanset 4") dapat digunakan untuk mendeteksi frekuensi alami objek "di pantai," memungkinkan pengukuran siklik amplitudo dan fase getaran pada frekuensi rotasi rotor.

Selain itu, perangkat lunak "Balanset 1" juga menyertakan mode khusus "Grafik. Coasting", yang memungkinkan pembuatan grafik perubahan amplitudo dan fase getaran penyangga di pantai sebagai fungsi perubahan frekuensi rotasi, sehingga sangat memudahkan proses diagnosis resonansi.

Perlu dicatat bahwa, untuk alasan yang jelas (lihat bagian 3.1.1), metode identifikasi frekuensi alami penyangga di pantai hanya dapat digunakan dalam kasus mempelajari mesin penyeimbang Bantalan Lunak, di mana frekuensi kerja rotasi rotor secara signifikan melebihi frekuensi alami penyangga pada arah melintang.

Dalam kasus mesin Hard Bearing, di mana frekuensi kerja rotasi rotor yang menggairahkan getaran penyangga di pantai secara signifikan di bawah frekuensi alami penyangga, penggunaan metode ini secara praktis tidak mungkin dilakukan.

3.1.4. Rekomendasi Praktis untuk Merancang dan Memproduksi Pendukung untuk Mesin Penyeimbang

3.1.2. Menghitung Frekuensi Alamiah Dukungan dengan Metode Komputasi

Perhitungan frekuensi alami penyangga menggunakan skema perhitungan yang dibahas di atas dapat dilakukan dalam dua arah:

  • Pada arah melintang penyangga, yang bertepatan dengan arah pengukuran getarannya yang disebabkan oleh kekuatan ketidakseimbangan rotor;
  • Pada arah aksial, bertepatan dengan sumbu rotasi rotor seimbang yang dipasang pada penyangga mesin.

Perhitungan frekuensi alami penyangga dalam arah vertikal memerlukan penggunaan teknik perhitungan yang lebih kompleks, yang (selain parameter penyangga dan rotor seimbang itu sendiri) harus memperhitungkan parameter rangka dan spesifikasi pemasangan mesin pada fondasi. Metode ini tidak dibahas dalam publikasi ini. Analisis rumus 3.1 memungkinkan beberapa rekomendasi sederhana yang harus dipertimbangkan oleh perancang mesin dalam kegiatan praktis mereka. Secara khusus, frekuensi alami penyangga dapat diubah dengan mengubah kekakuan dan/atau massanya. Meningkatkan kekakuan akan meningkatkan frekuensi alami penyangga, sedangkan meningkatkan massa akan menurunkannya. Perubahan ini memiliki hubungan non-linier, kuadrat-terbalik. Misalnya, menggandakan kekakuan penyangga hanya meningkatkan frekuensi alaminya sebesar faktor 1,4. Demikian pula, menggandakan massa bagian bergerak penyangga hanya mengurangi frekuensi alaminya sebesar faktor 1,4.

3.1.4.1. Mesin Bantalan Lunak dengan Pegas Pelat Datar

Beberapa variasi desain penyangga mesin penyeimbang yang dibuat dengan pegas pipih telah dibahas di atas pada bagian 2.1 dan diilustrasikan pada Gambar 2.7 - 2.9. Menurut informasi kami, desain tersebut paling umum digunakan pada mesin yang ditujukan untuk menyeimbangkan poros penggerak.

Sebagai contoh, mari kita pertimbangkan parameter pegas yang digunakan oleh salah satu klien (LLC "Rost-Service", St. Petersburg) dalam pembuatan penyangga mesin mereka sendiri. Mesin ini dirancang untuk menyeimbangkan poros penggerak 2, 3, dan 4 penyangga, dengan massa tidak melebihi 200 kg. Dimensi geometris pegas (tinggi * lebar * tebal) yang digunakan pada penyangga spindel utama dan spindel yang digerakkan mesin, yang dipilih oleh klien, masing-masing adalah 300*200*3 mm.

Frekuensi alami penyangga tanpa beban, yang ditentukan secara eksperimental dengan metode eksitasi benturan menggunakan sistem pengukuran standar mesin "Balanset 4", ditemukan sebesar 11 - 12 Hz. Pada frekuensi getaran alami penyangga tersebut, frekuensi putaran rotor seimbang yang direkomendasikan selama penyeimbangan tidak boleh lebih rendah dari 22-24 Hz (1320 – 1440 RPM).

Dimensi geometris pegas pipih yang digunakan oleh produsen yang sama pada penyangga perantara masing-masing adalah 200*200*3 mm. Selain itu, seperti yang ditunjukkan oleh penelitian, frekuensi alami penyangga ini lebih tinggi, mencapai 13-14 Hz.

Berdasarkan hasil pengujian, produsen mesin disarankan untuk menyelaraskan (menyamakan) frekuensi alami spindel dan penyangga perantara. Hal ini diharapkan dapat mempermudah pemilihan rentang frekuensi rotasi operasional poros penggerak selama penyeimbangan dan menghindari potensi ketidakstabilan pembacaan sistem pengukuran akibat penyangga memasuki area getaran resonansi.

Metode untuk menyesuaikan frekuensi alami getaran penyangga pada pegas datar sudah jelas. Penyesuaian ini dapat dicapai dengan mengubah dimensi geometris atau bentuk pegas datar, yang dicapai, misalnya, dengan menggiling slot memanjang atau melintang yang mengurangi kekakuannya.

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, verifikasi hasil penyesuaian tersebut dapat dilakukan dengan mengidentifikasi frekuensi alami getaran penyangga dengan menggunakan metode yang dijelaskan pada bagian 3.1.3.1 dan 3.1.3.2.

Gambar 3.6 menyajikan versi klasik dari desain penyangga pada pegas datar, yang digunakan pada salah satu mesinnya oleh A. Sinitsyn. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, penyangga mencakup komponen-komponen berikut:

  • Pelat atas 1;
  • Dua pegas datar 2 dan 3;
  • Pelat bawah 4;
  • Braket penghenti 5.

Gambar 3.6. Variasi Desain Penyangga pada Pegas Datar

Pelat atas 1 penyangga dapat digunakan untuk memasang spindel atau bantalan perantara. Tergantung pada tujuan penyangga, pelat bawah 4 dapat dipasang secara kaku pada pemandu mesin atau dipasang pada slide yang dapat digerakkan, sehingga penyangga dapat bergerak di sepanjang pemandu. Braket 5 digunakan untuk memasang mekanisme penguncian untuk penyangga, memungkinkannya dipasang dengan aman selama akselerasi dan deselerasi rotor seimbang.

Pegas pipih untuk penyangga mesin bantalan lunak harus terbuat dari pegas daun atau baja paduan berkualitas tinggi. Penggunaan baja struktural biasa dengan kekuatan luluh rendah tidak disarankan, karena dapat mengalami deformasi sisa di bawah beban statis dan dinamis selama pengoperasian, yang menyebabkan penurunan akurasi geometris mesin dan bahkan hilangnya stabilitas penyangga.

Untuk mesin dengan massa rotor seimbang yang tidak melebihi 300 - 500 kg, ketebalan penyangga dapat ditingkatkan menjadi 30 – 40 mm, dan untuk mesin yang dirancang untuk menyeimbangkan rotor dengan massa maksimum mulai dari 1000 hingga 3000 kg, ketebalan penyangga dapat mencapai 50 – 60 mm atau lebih. Seperti yang ditunjukkan oleh analisis karakteristik dinamis dari penyangga yang disebutkan di atas, frekuensi getaran alaminya, yang diukur pada bidang transversal (bidang pengukuran deformasi relatif bagian "fleksibel" dan "kaku"), biasanya melebihi 100 Hz atau lebih. Frekuensi getaran alami penyangga Hard Bearing pada bidang frontal, yang diukur searah dengan sumbu rotasi rotor seimbang, biasanya jauh lebih rendah. Dan frekuensi inilah yang harus dipertimbangkan terutama ketika menentukan batas atas rentang frekuensi operasi untuk rotor berputar yang diseimbangkan pada mesin. Seperti yang disebutkan di atas, penentuan frekuensi ini dapat dilakukan dengan metode eksitasi benturan yang dijelaskan pada bagian 3.1.

Gambar 3.7. Mesin untuk menyeimbangkan rotor motor listrik, dirakit, dikembangkan oleh A. Mokhov.

Gambar 3.8. Mesin untuk menyeimbangkan rotor turbopump, Dikembangkan oleh G. Glazov (Bishkek)

3.1.4.2. Dukungan Mesin Bantalan Lunak dengan Suspensi pada Pegas Strip

Dalam mendesain pegas strip yang digunakan untuk suspensi penyangga, perhatian harus diberikan pada pemilihan ketebalan dan lebar strip pegas, yang di satu sisi harus tahan terhadap beban statis dan dinamis rotor pada penyangga, dan di sisi lain, harus mencegah kemungkinan getaran torsi suspensi penyangga, yang bermanifestasi sebagai run-out aksial.

Contoh implementasi struktural mesin penyeimbang yang menggunakan suspensi pegas strip ditunjukkan pada Gambar 2.1 - 2.5 (lihat bagian 2.1), serta pada Gambar 3.7 dan 3.8 di bagian ini.

3.1.4.4. Penopang Bantalan Keras untuk Mesin

Sebagaimana ditunjukkan oleh pengalaman kami yang luas dengan klien, sebagian besar produsen penyeimbang rakitan sendiri baru-baru ini mulai lebih menyukai mesin bantalan keras dengan penyangga kaku. Pada bagian 2.2, Gambar 2.16 – 2.18 menggambarkan foto berbagai desain struktural mesin yang menggunakan penyangga tersebut. Sketsa khas penyangga kaku, yang dikembangkan oleh salah satu klien kami untuk konstruksi mesin mereka, disajikan pada Gambar 3.10. Penyangga ini terdiri dari pelat baja datar dengan alur berbentuk P, yang secara konvensional membagi penyangga menjadi bagian "kaku" dan "fleksibel". Di bawah pengaruh gaya ketidakseimbangan, bagian "fleksibel" dari penyangga dapat berubah bentuk relatif terhadap bagian "kaku"nya. Besarnya deformasi ini, yang ditentukan oleh ketebalan penyangga, kedalaman alur, dan lebar jembatan yang menghubungkan bagian "fleksibel" dan "kaku" dari penyangga, dapat diukur menggunakan sensor yang sesuai dari sistem pengukuran mesin. Karena tidak adanya metode untuk menghitung kekakuan transversal dari penyangga tersebut, dengan mempertimbangkan kedalaman h dari alur berbentuk P, lebar t dari jembatan, serta ketebalan penyangga r (lihat Gambar 3.10), parameter desain ini biasanya ditentukan secara eksperimental oleh pengembang.

Untuk mesin dengan massa rotor seimbang yang tidak melebihi 300 - 500 kg, ketebalan penyangga dapat ditingkatkan menjadi 30 – 40 mm, dan untuk mesin yang dirancang untuk menyeimbangkan rotor dengan massa maksimum mulai dari 1000 hingga 3000 kg, ketebalan penyangga dapat mencapai 50 – 60 mm atau lebih. Seperti yang ditunjukkan oleh analisis karakteristik dinamis dari penyangga yang disebutkan di atas, frekuensi getaran alaminya, yang diukur pada bidang transversal (bidang pengukuran deformasi relatif bagian "fleksibel" dan "kaku"), biasanya melebihi 100 Hz atau lebih. Frekuensi getaran alami penyangga Hard Bearing pada bidang frontal, yang diukur searah dengan sumbu rotasi rotor seimbang, biasanya jauh lebih rendah. Dan frekuensi inilah yang harus dipertimbangkan terutama ketika menentukan batas atas rentang frekuensi operasi untuk rotor berputar yang diseimbangkan pada mesin.

Gambar 3.26. Contoh Penggunaan Bed Mesin Bubut Bekas untuk Pembuatan Mesin Bantalan Keras untuk Menyeimbangkan Auger.

Gambar 3.27. Contoh Penggunaan Bed Mesin Bubut Bekas untuk Pembuatan Mesin Bantalan Lunak untuk Poros Penyeimbang.

Gambar 3.28. Contoh Pembuatan Tempat Tidur Rakitan dari Saluran

Gambar 3.29. Contoh Pembuatan Tempat Tidur yang Dilas dari Saluran

Gambar 3.30. Contoh Pembuatan Tempat Tidur yang Dilas dari Saluran

Gambar 3.31. Contoh Tempat Tidur Mesin Balancing yang Terbuat dari Beton Polimer

Biasanya, saat memproduksi alas seperti itu, bagian atasnya diperkuat dengan sisipan baja yang digunakan sebagai pemandu tempat penyangga mesin penyeimbang diletakkan. Baru-baru ini, alas yang terbuat dari beton polimer dengan lapisan peredam getaran telah banyak digunakan. Teknologi pembuatan alas ini dijelaskan dengan baik secara daring dan dapat dengan mudah diimplementasikan oleh produsen rumahan. Karena kesederhanaan dan biaya produksi yang rendah, alas ini memiliki beberapa keunggulan utama dibandingkan alas logam:

  • Koefisien redaman yang lebih tinggi untuk osilasi getaran;
  • Konduktivitas termal yang lebih rendah, memastikan deformasi termal yang minimal pada tempat tidur;
  • Ketahanan korosi yang lebih tinggi;
  • Tidak adanya tekanan internal.

3.1.4.3. Penyangga Mesin Bantalan Lunak yang Dibuat Menggunakan Pegas Silinder

Contoh mesin penyeimbang Bantalan Lunak, di mana pegas kompresi silinder digunakan dalam desain penyangga, ditunjukkan pada Gambar 3.9. Kelemahan utama dari solusi desain ini terkait dengan berbagai tingkat deformasi pegas di penyangga depan dan belakang, yang terjadi jika beban pada penyangga tidak sama selama penyeimbangan rotor asimetris. Hal ini secara alami menyebabkan ketidaksejajaran penyangga dan kemiringan sumbu rotor pada bidang vertikal. Salah satu konsekuensi negatif dari cacat ini adalah munculnya gaya yang menyebabkan rotor bergeser secara aksial selama rotasi.

Gbr. 3.9. Varian Konstruksi Penyangga Bantalan Lunak untuk Mesin Penyeimbang yang Menggunakan Pegas Silinder.

3.1.4.4. Penopang Bantalan Keras untuk Mesin

Sebagaimana ditunjukkan oleh pengalaman kami yang luas dengan klien, sebagian besar produsen penyeimbang rakitan sendiri baru-baru ini mulai lebih menyukai mesin bantalan keras dengan penyangga kaku. Pada bagian 2.2, Gambar 2.16 – 2.18 menggambarkan foto berbagai desain struktural mesin yang menggunakan penyangga tersebut. Sketsa khas penyangga kaku, yang dikembangkan oleh salah satu klien kami untuk konstruksi mesin mereka, disajikan pada Gambar 3.10. Penyangga ini terdiri dari pelat baja datar dengan alur berbentuk P, yang secara konvensional membagi penyangga menjadi bagian "kaku" dan "fleksibel". Di bawah pengaruh gaya ketidakseimbangan, bagian "fleksibel" dari penyangga dapat berubah bentuk relatif terhadap bagian "kaku"nya. Besarnya deformasi ini, yang ditentukan oleh ketebalan penyangga, kedalaman alur, dan lebar jembatan yang menghubungkan bagian "fleksibel" dan "kaku" dari penyangga, dapat diukur menggunakan sensor yang sesuai dari sistem pengukuran mesin. Karena tidak adanya metode untuk menghitung kekakuan transversal dari penyangga tersebut, dengan mempertimbangkan kedalaman h dari alur berbentuk P, lebar t dari jembatan, serta ketebalan penyangga r (lihat Gambar 3.10), parameter desain ini biasanya ditentukan secara eksperimental oleh pengembang.

Чертеж.jpg

Gbr. 3.10. Sketsa Penyangga Bantalan Keras untuk Mesin Penyeimbang

Foto-foto yang menampilkan berbagai implementasi penyangga tersebut, yang diproduksi untuk mesin milik klien kami sendiri, disajikan pada Gambar 3.11 dan 3.12. Dengan merangkum data yang diperoleh dari beberapa klien kami yang merupakan produsen mesin, persyaratan untuk ketebalan penyangga, yang ditetapkan untuk mesin dengan berbagai ukuran dan kapasitas beban, dapat dirumuskan. Misalnya, untuk mesin yang dimaksudkan untuk menyeimbangkan rotor dengan berat 0,1 hingga 50-100 kg, ketebalan penyangga dapat mencapai 20 mm.

Gbr. 3.11. Penyangga Bantalan Keras untuk Mesin Penyeimbang, Diproduksi oleh A. Sinitsyn

Gbr. 3.12. Dukungan Bantalan Keras untuk Mesin Penyeimbang, Diproduksi oleh D. Krasilnikov

Untuk mesin dengan massa rotor seimbang yang tidak melebihi 300 - 500 kg, ketebalan penyangga dapat ditingkatkan menjadi 30 – 40 mm, dan untuk mesin yang dirancang untuk menyeimbangkan rotor dengan massa maksimum mulai dari 1000 hingga 3000 kg, ketebalan penyangga dapat mencapai 50 – 60 mm atau lebih. Seperti yang ditunjukkan oleh analisis karakteristik dinamis dari penyangga yang disebutkan di atas, frekuensi getaran alaminya, yang diukur pada bidang transversal (bidang pengukuran deformasi relatif bagian "fleksibel" dan "kaku"), biasanya melebihi 100 Hz atau lebih. Frekuensi getaran alami penyangga Hard Bearing pada bidang frontal, yang diukur searah dengan sumbu rotasi rotor seimbang, biasanya jauh lebih rendah. Dan frekuensi inilah yang harus dipertimbangkan terutama ketika menentukan batas atas rentang frekuensi operasi untuk rotor berputar yang diseimbangkan pada mesin. Seperti yang disebutkan di atas, penentuan frekuensi ini dapat dilakukan dengan metode eksitasi benturan yang dijelaskan pada bagian 3.1.

3.2. Rakitan Pendukung Mesin Penyeimbang

3.2.1. Jenis Utama Rakitan Pendukung

Dalam pembuatan mesin penyeimbang Hard Bearing dan Soft Bearing, jenis rakitan pendukung yang terkenal berikut ini, yang digunakan untuk pemasangan dan rotasi rotor yang seimbang pada penyangga, dapat direkomendasikan, termasuk:

  • Rakitan pendukung prismatik;
  • Rakitan pendukung dengan rol yang berputar;
  • Rakitan penyangga spindel.

3.2.1.1. Rakitan Pendukung Prismatik

Rakitan ini, yang memiliki berbagai pilihan desain, biasanya dipasang pada penyangga mesin kecil dan menengah, di mana rotor dengan massa tidak melebihi 50 - 100 kg dapat diseimbangkan. Contoh versi paling sederhana dari rakitan penyangga prismatik disajikan pada Gambar 3.13. Rakitan penyangga ini terbuat dari baja dan digunakan pada mesin penyeimbang turbin. Sejumlah produsen mesin penyeimbang kecil dan menengah, ketika memproduksi rakitan penyangga prismatik, lebih memilih untuk menggunakan bahan non-logam (dielektrik), seperti tekstolit, fluoroplastik, kaprolon, dll.

3.13. Varian Eksekusi Rakitan Pendukung Prismatik, Digunakan pada Mesin Penyeimbang untuk Turbin Mobil

Rakitan pendukung serupa (lihat Gambar 3.8 di atas) diterapkan, misalnya, oleh G. Glazov pada mesinnya, yang juga ditujukan untuk menyeimbangkan turbin mobil. Solusi teknis asli dari rakitan pendukung prismatik, yang terbuat dari fluoroplastik (lihat Gambar 3.14), diusulkan oleh LLC "Technobalance".

Gambar 3.14. Rakitan Penopang Prisma oleh LLC "Technobalance""

Rakitan penyangga khusus ini dibentuk menggunakan dua selongsong silindris 1 dan 2, yang dipasang pada sudut tertentu satu sama lain dan dipasang pada sumbu penyangga. Rotor yang seimbang bersentuhan dengan permukaan selongsong di sepanjang garis pembentuk silinder, yang meminimalkan area kontak antara poros rotor dan penyangga, sehingga mengurangi gaya gesekan pada penyangga. Jika perlu, dalam kasus keausan atau kerusakan pada permukaan penyangga di area kontaknya dengan poros rotor, kemungkinan kompensasi keausan disediakan dengan memutar selongsong di sekitar sumbunya dengan sudut tertentu. Perlu dicatat bahwa ketika menggunakan rakitan penyangga yang terbuat dari bahan non-logam, perlu untuk menyediakan kemungkinan struktural untuk menghubungkan rotor yang seimbang ke badan mesin, yang menghilangkan risiko terjadinya muatan listrik statis yang kuat selama pengoperasian. Hal ini, pertama, membantu mengurangi interferensi dan gangguan listrik yang dapat memengaruhi kinerja sistem pengukuran mesin, dan kedua, menghilangkan risiko personel terkena dampak listrik statis.

3.2.1.2. Rakitan Pendukung Rol

Rakitan ini biasanya dipasang pada penyangga mesin yang dirancang untuk menyeimbangkan rotor dengan massa melebihi 50 kilogram atau lebih. Penggunaannya secara signifikan mengurangi gaya gesekan pada penyangga dibandingkan dengan penyangga prismatik, sehingga memudahkan rotasi rotor yang diseimbangkan. Sebagai contoh, Gambar 3.15 menunjukkan varian desain rakitan penyangga di mana rol digunakan untuk memposisikan produk. Dalam desain ini, bantalan gelinding standar digunakan sebagai rol 1 dan 2, yang cincin luarnya berputar pada sumbu stasioner yang terpasang pada badan penyangga mesin 3. Gambar 3.16 menggambarkan sketsa desain yang lebih kompleks dari rakitan penyangga rol yang diimplementasikan dalam proyek mereka oleh salah satu produsen mesin penyeimbang buatan sendiri. Seperti yang terlihat pada gambar, untuk meningkatkan kapasitas beban rol (dan akibatnya seluruh rakitan pendukung), sepasang bantalan gelinding 1 dan 2 dipasang di badan rol 3. Implementasi praktis dari desain ini, terlepas dari semua keuntungannya yang jelas, tampaknya merupakan tugas yang cukup kompleks, terkait dengan kebutuhan fabrikasi independen dari badan rol 3, yang mana persyaratan yang sangat tinggi untuk akurasi geometris dan karakteristik mekanis material diberlakukan.

Gbr. 3.15. Contoh Desain Rakitan Penyangga Rol

Gbr. 3.16. Contoh Desain Rakitan Penyangga Rol dengan Dua Bantalan Gelinding

Gambar 3.17 menyajikan varian desain dari rakitan penyangga rol penyejajaran otomatis yang dikembangkan oleh para spesialis dari LLC "Technobalance". Dalam desain ini, kemampuan penyejajaran otomatis rol dicapai dengan memberikannya dua derajat kebebasan tambahan, yang memungkinkan rol untuk melakukan gerakan sudut kecil di sekitar sumbu X dan Y. Rakitan penyangga seperti ini, yang memastikan presisi tinggi dalam pemasangan rotor yang seimbang, biasanya direkomendasikan untuk digunakan pada penyangga mesin penyeimbang berat.

Gbr. 3.17. Contoh Desain Rakitan Penyangga Rol Penyelarasan Sendiri

Seperti yang disebutkan sebelumnya, rakitan penyangga rol biasanya memiliki persyaratan yang cukup tinggi untuk pembuatan dan kekakuan yang presisi. Khususnya, toleransi yang ditetapkan untuk runout radial rol tidak boleh melebihi 3-5 mikron.

Dalam praktiknya, hal ini tidak selalu tercapai bahkan oleh produsen ternama. Misalnya, selama pengujian penulis terhadap penyimpangan radial dari satu set rakitan penyangga rol baru, yang dibeli sebagai suku cadang untuk mesin penyeimbang model H8V, merek "K. Shenk", penyimpangan radial rolnya mencapai 10-11 mikron.

3.2.1.3. Rakitan Pendukung Spindel

Saat menyeimbangkan rotor dengan pemasangan flensa (misalnya, poros cardan) pada mesin penyeimbang, spindel digunakan sebagai rakitan pendukung untuk pemosisian, pemasangan, dan rotasi produk yang diseimbangkan.

Spindel adalah salah satu komponen mesin balancing yang paling kompleks dan penting, yang sebagian besar bertanggung jawab untuk mencapai kualitas balancing yang diperlukan.

Teori dan praktik perancangan dan pembuatan spindel cukup berkembang dan tercermin dalam berbagai publikasi, di antaranya, monograf "Detail dan Mekanisme Mesin Perkakas Pemotong Logam" [1], yang diedit oleh Dr. Eng. DN Reshetov, menonjol sebagai yang paling bermanfaat dan mudah diakses bagi pengembang.

Di antara persyaratan utama yang harus dipertimbangkan dalam desain dan pembuatan spindel mesin balancing, berikut ini adalah yang harus diprioritaskan:

a) Memberikan kekakuan tinggi pada struktur rakitan spindel yang cukup untuk mencegah deformasi yang tidak dapat diterima yang mungkin terjadi di bawah pengaruh gaya yang tidak seimbang dari rotor seimbang;

b) Memastikan kestabilan posisi sumbu rotasi spindel, yang ditandai dengan nilai yang diizinkan untuk runout radial, aksial, dan aksial spindel;

c) Memastikan ketahanan aus yang tepat pada jurnal spindel, serta tempat duduk dan permukaan pendukungnya yang digunakan untuk memasang produk yang seimbang.

Implementasi praktis dari persyaratan ini dirinci dalam Bagian VI "Spindel dan Penopangnya" dari karya [1].

Secara khusus, ada metodologi untuk memverifikasi kekakuan dan akurasi rotasi spindel, rekomendasi untuk memilih bantalan, memilih material spindel dan metode pengerasannya, serta banyak informasi berguna lainnya tentang topik ini.

Work [1] mencatat bahwa dalam desain spindel untuk sebagian besar jenis peralatan mesin pemotong logam, skema dua-bantalan terutama digunakan.

Contoh varian desain dari skema dua-bantalan yang digunakan pada spindel mesin frais (detailnya dapat dilihat pada karya [1]) ditunjukkan pada Gbr. 3.18.

Skema ini sangat cocok untuk pembuatan spindel mesin balancing, contoh varian desainnya ditunjukkan di bawah ini pada Gambar 3.19-3.22.

Gbr. 3.18. Sketsa Spindel Mesin Frais Dua-Bantalan

Gambar 3.19 menunjukkan salah satu varian desain rakitan spindel terdepan dari mesin penyeimbang, yang berputar pada dua bantalan dorong radial, yang masing-masing memiliki rumah 1 dan 2 yang independen. Flensa 4, yang dimaksudkan untuk pemasangan flensa poros cardan, dan katrol 5, yang digunakan untuk mentransmisikan rotasi ke spindel dari motor listrik menggunakan penggerak sabuk-V, dipasang pada poros spindel 3.

Gambar 3.19. Contoh Desain Spindel pada Dua Penyangga Bantalan Independen

Gambar 3.20 dan 3.21 menunjukkan dua desain rakitan spindel terkemuka yang terkait erat. Dalam kedua kasus tersebut, bantalan spindel dipasang di rumah umum 1, yang memiliki lubang aksial tembus yang diperlukan untuk memasang poros spindel. Di pintu masuk dan keluar lubang ini, rumah memiliki lubang khusus (tidak ditunjukkan pada gambar), yang dirancang untuk mengakomodasi bantalan dorong radial (roller atau bola) dan penutup flensa khusus 5, yang digunakan untuk mengamankan cincin luar bantalan.

Gambar 3.20. Contoh 1 Desain Spindel Terkemuka pada Dua Penyangga Bantalan yang Dipasang di Rumah Umum

Gambar 3.21. Contoh 2 Desain Spindel Terkemuka pada Dua Penyangga Bantalan yang Dipasang di Rumah Umum

Seperti pada versi sebelumnya (lihat Gbr. 3.19), pelat muka 2 dipasang pada poros spindel, yang dimaksudkan untuk pemasangan flens pada poros penggerak, dan katrol 3, yang digunakan untuk mentransmisikan rotasi ke spindel dari motor listrik melalui penggerak sabuk. Tungkai 4 juga dipasang pada poros spindel, yang digunakan untuk menentukan posisi sudut spindel, yang digunakan ketika memasang beban uji dan korektif pada rotor selama penyeimbangan.

Gambar 3.22. Contoh Desain Spindel yang Digerakkan (Belakang)

Gambar 3.22 menunjukkan varian desain rakitan spindel yang digerakkan (belakang) dari sebuah mesin, yang berbeda dari spindel utama hanya dengan tidak adanya katrol penggerak dan dahan, karena tidak diperlukan.

Gambar 3.23. Contoh Eksekusi Desain Spindel yang Digerakkan (Belakang)

Seperti yang terlihat di Gambar 3.20 - 3.22Rakitan spindel yang dibahas di atas dipasang pada penyangga Soft Bearing dari mesin balancing dengan menggunakan klem khusus (tali) 6. Metode pemasangan lainnya juga dapat digunakan jika perlu, untuk memastikan kekakuan dan presisi yang tepat dalam memposisikan rakitan spindel pada penyangga.

Gambar 3.23 mengilustrasikan desain pemasangan flens yang mirip dengan spindel tersebut, yang dapat digunakan untuk pemasangannya pada penyangga Hard Bearing pada mesin penyeimbang.

3.2.1.3.4. Menghitung Kekakuan Spindel dan Penyimpangan Radial

Untuk menentukan kekakuan spindel dan perkiraan penyimpangan radial, rumus 3.4 dapat digunakan (lihat skema perhitungan pada Gambar 3.24):

Y = P * [1/jB * ((c+g)² + jB/jA) / c²] (3.4)

dimana:

  • Y - perpindahan elastis spindel di ujung konsol spindel, cm;
  • P - beban terhitung yang bekerja pada konsol spindel, kg;
  • A - penyangga bantalan belakang poros;
  • B - penyangga bantalan depan poros;
  • g - panjang konsol spindel, cm;
  • c - jarak antara penyangga A dan B pada spindel, cm;
  • J1 - momen inersia rata-rata bagian spindel di antara penyangga, cm⁴;
  • J2 - momen inersia rata-rata bagian konsol spindel, cm⁴;
  • jB dan jA - kekakuan bantalan untuk penyangga depan dan belakang poros, masing-masing, kg/cm.

Dengan mengubah rumus 3.4, nilai yang dihitung yang diinginkan dari kekakuan rakitan spindel jшп dapat ditentukan:

jшп = P / Y, kg/cm (3.5)

Dengan mempertimbangkan rekomendasi pekerjaan [1] untuk mesin balancing berukuran sedang, nilai ini tidak boleh di bawah 50 kg/µm.

Untuk perhitungan runout radial, rumus 3.5 digunakan:

∆ = ∆B + g/c * (∆B + ∆A) (3.5)

dimana:

  • ∆ adalah runout radial pada ujung konsol spindel, µm;
  • ∆B adalah runout radial dari bantalan spindel depan, µm;
  • ∆A adalah runout radial dari bantalan spindel belakang, µm;
  • g adalah panjang konsol spindel, cm;
  • c adalah jarak antara penyangga A dan B dari spindel, cm.

3.2.1.3.5. Memastikan Persyaratan Keseimbangan Spindel

Rakitan spindel mesin penyeimbang harus seimbang dengan baik, karena ketidakseimbangan aktual apa pun akan berpindah ke rotor yang sedang diseimbangkan sebagai kesalahan tambahan. Saat menetapkan toleransi teknologi untuk ketidakseimbangan sisa spindel, umumnya disarankan agar kelas presisi penyeimbangannya setidaknya 1-2 kelas lebih tinggi daripada produk yang sedang diseimbangkan pada mesin tersebut.

Dengan mempertimbangkan fitur desain spindel yang dibahas di atas, penyeimbangannya harus dilakukan dalam dua bidang.

3.2.1.3.6. Memastikan Kapasitas Beban Bantalan dan Persyaratan Daya Tahan untuk Bantalan Spindel

Saat mendesain spindel dan memilih ukuran bantalan, disarankan untuk terlebih dahulu menilai daya tahan dan kapasitas beban bantalan. Metodologi untuk melakukan perhitungan ini dapat dirinci dalam ISO 18855-94 (ISO 281-89) "Bantalan Gelinding - Peringkat Beban Dinamis dan Masa Pakai" [3], serta dalam banyak buku panduan bantalan gelinding (termasuk digital).

3.2.1.3.7. Memastikan Persyaratan untuk Pemanasan yang Dapat Diterima pada Bantalan Spindel

Menurut rekomendasi dari pekerjaan [1], pemanasan maksimum yang diizinkan pada cincin luar bantalan spindel tidak boleh melebihi 70°C. Namun, untuk memastikan penyeimbangan berkualitas tinggi, pemanasan cincin luar yang direkomendasikan tidak boleh melebihi 40 - 45°C.

3.2.1.3.8. Memilih Jenis Penggerak Sabuk dan Desain Katrol Penggerak untuk Spindel

Saat merancang spindel penggerak mesin penyeimbang, disarankan untuk memastikan putarannya menggunakan penggerak sabuk datar. Contoh penggunaan yang tepat dari penggerak semacam itu untuk operasi spindel disajikan dalam Gambar 3.20 dan 3.23. Penggunaan penggerak sabuk V atau sabuk bergigi tidak diinginkan, karena dapat memberikan beban dinamis tambahan pada spindel akibat ketidakakuratan geometris pada sabuk dan puli, yang pada gilirannya dapat menyebabkan kesalahan pengukuran tambahan selama penyeimbangan. Persyaratan yang direkomendasikan untuk puli untuk sabuk penggerak datar diuraikan dalam ISO 17383-73 "Puli untuk sabuk penggerak datar" [4].

Katrol penggerak harus diposisikan di ujung belakang spindel, sedekat mungkin dengan rakitan bantalan (dengan overhang seminimal mungkin). Keputusan desain untuk penempatan katrol yang menjorok, dibuat dalam pembuatan spindel yang ditunjukkan pada Gambar 3.19dapat dianggap tidak berhasil, karena secara signifikan meningkatkan momen beban penggerak dinamis yang bekerja pada penyangga spindel.

Kelemahan lain yang signifikan dari desain ini adalah penggunaan v-belt drive, ketidakakuratan manufaktur dan perakitan yang juga dapat menjadi sumber beban tambahan yang tidak diinginkan pada spindel.

3.3. Tempat Tidur (Rangka)

Ranjang adalah struktur pendukung utama mesin balancing, yang menjadi dasar elemen-elemen utamanya, termasuk tiang penyangga dan motor penggerak. Saat memilih atau membuat alas mesin penyeimbang, penting untuk memastikan bahwa alas tersebut memenuhi beberapa persyaratan, termasuk kekakuan yang diperlukan, presisi geometris, ketahanan getaran, dan ketahanan aus pada pemandunya.

Praktik menunjukkan bahwa ketika membuat mesin untuk kebutuhan mereka sendiri, opsi tempat tidur berikut ini yang paling sering digunakan:

  • tempat tidur besi cor dari mesin pemotong logam bekas (mesin bubut, pertukangan, dll.);
  • tempat tidur yang dirakit berdasarkan saluran, dirakit menggunakan sambungan baut;
  • tempat tidur yang dilas berdasarkan saluran;
  • lapisan beton polimer dengan lapisan penyerap getaran.

Gambar 3.25. Contoh Penggunaan Tempat Tidur Mesin Pertukangan Kayu Bekas untuk Pembuatan Mesin Penyeimbang Poros Cardan.

3.4. Drive untuk Mesin Penyeimbang

Seperti yang ditunjukkan oleh analisis solusi desain yang digunakan oleh klien kami dalam pembuatan mesin penyeimbang, mereka terutama berfokus pada penggunaan motor AC yang dilengkapi dengan penggerak frekuensi variabel selama desain penggerak. Pendekatan ini memungkinkan berbagai kecepatan putaran yang dapat disesuaikan untuk rotor yang seimbang dengan biaya minimal. Kekuatan motor penggerak utama yang digunakan untuk memutar rotor seimbang biasanya dipilih berdasarkan massa rotor ini dan dapat diperkirakan:

  • 0,25 - 0,72 kW untuk mesin yang dirancang untuk menyeimbangkan rotor dengan massa ≤ 5 kg;
  • 0,72 - 1,2 kW untuk mesin yang dirancang untuk menyeimbangkan rotor dengan massa > 5 ≤ 50 kg;
  • 1,2 - 1,5 kW untuk mesin yang dirancang untuk menyeimbangkan rotor dengan massa > 50 ≤ 100 kg;
  • 1,5 - 2,2 kW untuk mesin yang dirancang untuk menyeimbangkan rotor dengan massa > 100 ≤ 500 kg;
  • 2.2 - 5 kW untuk mesin yang dirancang untuk menyeimbangkan rotor dengan massa > 500 ≤ 1000 kg;
  • 5 - 7,5 kW untuk mesin yang dirancang untuk menyeimbangkan rotor dengan massa > 1000 ≤ 3000 kg.

Motor-motor ini harus dipasang dengan kuat pada alas mesin atau fondasinya. Sebelum pemasangan pada mesin (atau di lokasi pemasangan), motor penggerak utama, bersama dengan katrol yang dipasang pada poros keluarannya, harus diseimbangkan dengan hati-hati. Untuk mengurangi gangguan elektromagnetik yang disebabkan oleh penggerak frekuensi variabel, disarankan untuk memasang filter jaringan pada input dan outputnya. Filter ini dapat berupa produk standar yang disediakan oleh produsen drive atau filter buatan sendiri yang dibuat dengan menggunakan cincin ferit.

4. Sistem Pengukuran Mesin Penyeimbang

Sebagian besar produsen mesin penyeimbang amatir, yang menghubungi LLC "Kinematics" (Vibromera), berencana untuk menggunakan sistem pengukuran seri "Balanset" yang diproduksi oleh perusahaan kami dalam desain mereka. Namun, ada juga beberapa pelanggan yang berencana untuk memproduksi sistem pengukuran tersebut secara mandiri. Oleh karena itu, masuk akal untuk membahas konstruksi sistem pengukuran untuk mesin penyeimbang secara lebih rinci. Persyaratan utama untuk sistem ini adalah kebutuhan untuk memberikan pengukuran presisi tinggi dari amplitudo dan fase komponen rotasi sinyal getaran, yang muncul pada frekuensi rotasi rotor yang diseimbangkan. Tujuan ini biasanya dicapai dengan menggunakan kombinasi solusi teknis, termasuk:

  • Penggunaan sensor getaran dengan koefisien konversi sinyal yang tinggi;
  • Penggunaan sensor sudut fase laser modern;
  • Pembuatan (atau penggunaan) perangkat keras yang memungkinkan amplifikasi dan konversi digital sinyal sensor (pemrosesan sinyal primer);
  • Implementasi pemrosesan perangkat lunak sinyal getaran, yang harus memungkinkan ekstraksi komponen rotasi sinyal getaran dengan resolusi tinggi dan stabil, yang muncul pada frekuensi rotasi rotor seimbang (pemrosesan sekunder).

Di bawah ini, kita akan membahas berbagai varian solusi teknis yang telah dikenal, yang diterapkan pada sejumlah instrumen penyeimbang ternama.

4.1. Pemilihan Sensor Getaran

Dalam sistem pengukuran mesin penyeimbang, berbagai jenis sensor getaran (transduser) dapat digunakan, termasuk:

  • Sensor akselerasi getaran (akselerometer);
  • Sensor kecepatan getaran;
  • Sensor perpindahan getaran;
  • Sensor gaya.

4.1.1. Sensor Akselerasi Getaran

Di antara sensor percepatan getaran, akselerometer piezo dan kapasitif (chip) adalah yang paling banyak digunakan, yang dapat digunakan secara efektif pada mesin penyeimbang tipe Soft Bearing. Dalam praktiknya, umumnya diperbolehkan menggunakan sensor percepatan getaran dengan koefisien konversi (Kpr) berkisar antara 10 hingga 30 mV/(m/s²). Pada mesin penyeimbang yang membutuhkan akurasi penyeimbangan yang sangat tinggi, disarankan untuk menggunakan akselerometer dengan Kpr mencapai level 100 mV/(m/s²) dan di atasnya. Sebagai contoh akselerometer piezo yang dapat digunakan sebagai sensor getaran untuk mesin penyeimbang, Gambar 4.1 menunjukkan akselerometer piezo DN3M1 dan DN3M1V6 yang diproduksi oleh LLC "Izmeritel".

Gambar 4.1. Akselerometer Piezo DN 3M1 dan DN 3M1V6

Untuk menghubungkan sensor tersebut ke instrumen dan sistem pengukur getaran, Anda perlu menggunakan penguat muatan eksternal atau built-in.

Gambar 4.2. Akselerometer Kapasitif AD1 Diproduksi oleh LLC "Kinematics" (Vibromera)

Perlu dicatat bahwa sensor ini, yang mencakup papan akselerometer kapasitif ADXL 345 yang banyak digunakan di pasaran (lihat Gambar 4.3), memiliki beberapa keunggulan signifikan dibandingkan akselerometer piezo. Secara khusus, harganya 4 hingga 8 kali lebih murah dengan karakteristik teknis yang serupa. Selain itu, mereka tidak memerlukan penggunaan penguat muatan yang mahal dan rewel yang diperlukan untuk akselerometer piezo.

Dalam kasus di mana kedua jenis akselerometer digunakan dalam sistem pengukuran mesin penyeimbang, integrasi perangkat keras (atau integrasi ganda) sinyal sensor biasanya dilakukan.

Gambar 4.2. Akselerometer Kapasitif AD 1, dirakit.

Gambar 4.2. Akselerometer Kapasitif AD1 Diproduksi oleh LLC "Kinematics" (Vibromera)

Perlu dicatat bahwa sensor ini, yang mencakup papan akselerometer kapasitif ADXL 345 yang banyak digunakan di pasaran (lihat Gambar 4.3), memiliki beberapa keunggulan signifikan dibandingkan akselerometer piezo. Secara khusus, harganya 4 hingga 8 kali lebih murah dengan karakteristik teknis yang serupa. Selain itu, mereka tidak memerlukan penggunaan penguat muatan yang mahal dan rewel yang diperlukan untuk akselerometer piezo.

Gambar 4.3. Papan akselerometer kapasitif ADXL 345.

Dalam hal ini, sinyal sensor awal, yang sebanding dengan akselerasi getaran, diubah menjadi sinyal yang sebanding dengan kecepatan atau perpindahan getaran. Prosedur integrasi ganda dari sinyal getaran sangat relevan apabila menggunakan akselerometer sebagai bagian dari sistem pengukuran untuk mesin penyeimbang kecepatan rendah, di mana rentang frekuensi putaran rotor yang lebih rendah selama penyeimbangan dapat mencapai 120 rpm ke bawah. Saat menggunakan akselerometer kapasitif dalam sistem pengukuran mesin penyeimbang, harus dipertimbangkan bahwa setelah integrasi, sinyalnya mungkin mengandung gangguan frekuensi rendah, yang bermanifestasi dalam rentang frekuensi 0,5 hingga 3 Hz. Hal ini dapat membatasi rentang frekuensi yang lebih rendah dari penyeimbangan pada mesin yang dimaksudkan untuk menggunakan sensor ini.

4.1.2. Sensor Kecepatan Getaran

4.1.2.1. Sensor Kecepatan Getaran Induktif.

Sensor ini mencakup kumparan induktif dan inti magnetik. Ketika kumparan bergetar relatif terhadap inti yang tidak bergerak (atau inti relatif terhadap kumparan yang tidak bergerak), EMF diinduksikan dalam kumparan, yang tegangannya berbanding lurus dengan kecepatan getaran elemen bergerak sensor. Koefisien konversi (Кпр) sensor induktif biasanya cukup tinggi, mencapai beberapa puluh atau bahkan ratusan mV/mm/detik. Khususnya, koefisien konversi sensor Schenck model T77 adalah 80 mV/mm/detik, dan untuk sensor IRD Mechanalysis model 544M, koefisien konversinya adalah 40 mV/mm/detik. Dalam beberapa kasus (misalnya, pada mesin penyeimbang Schenck), sensor kecepatan getaran induktif khusus yang sangat sensitif dengan penguat mekanis digunakan, di mana kecepatannya dapat melebihi 1000 mV/mm/detik. Jika sensor kecepatan getaran induktif digunakan dalam sistem pengukuran mesin penyeimbang, integrasi perangkat keras dari sinyal listrik yang sebanding dengan kecepatan getaran juga dapat dilakukan, mengubahnya menjadi sinyal yang sebanding dengan perpindahan getaran.

Gambar 4.4. Sensor Model 544M oleh IRD Mechanalysis.

Gambar 4.5. Sensor Model T77 oleh Schenck

Perlu dicatat, bahwa karena intensitas tenaga kerja dalam produksinya, sensor kecepatan getaran induktif merupakan barang yang cukup langka dan mahal. Oleh karena itu, meskipun ada keuntungan yang jelas dari sensor ini, namun produsen mesin penyeimbang amatir sangat jarang menggunakannya.

4.2. Sensor Sudut Fase

Untuk menyinkronkan proses pengukuran getaran dengan sudut rotasi rotor seimbang, digunakan sensor sudut fasa, seperti sensor laser (fotolistrik) atau induktif. Sensor-sensor ini diproduksi dalam berbagai desain oleh produsen dalam negeri maupun internasional. Kisaran harga sensor ini dapat sangat bervariasi, dari sekitar 40 hingga 200 dolar. Contoh perangkat tersebut adalah sensor sudut fasa yang diproduksi oleh "Diamex," yang ditunjukkan pada gambar 4.11.

Gambar 4.11: Sensor Sudut Fase oleh "Diamex""

Sebagai contoh lain, Gambar 4.12 menunjukkan model yang diimplementasikan oleh LLC "Kinematics" (Vibromera), yang menggunakan tachometer laser model DT 2234C buatan China sebagai sensor sudut fasa. Keuntungan nyata dari sensor ini antara lain:

  • Jangkauan pengoperasian yang luas, memungkinkan pengukuran frekuensi putaran rotor dari 2,5 hingga 99.999 putaran per menit, dengan resolusi tidak kurang dari satu putaran;
  • Tampilan digital;
  • Kemudahan pengaturan takometer untuk pengukuran;
  • Keterjangkauan dan biaya pasar yang rendah;
  • Kesederhanaan modifikasi yang relatif untuk diintegrasikan ke dalam sistem pengukuran mesin penyeimbang.

https://images.ua.prom.st/114027425_w640_h2048_4702725083.jpg?PIMAGE_ID=114027425

Gambar 4.12: Laser Tachometer Model DT 2234C

Dalam sebagian kasus, apabila penggunaan sensor laser optik tidak diinginkan karena alasan apa pun, sensor ini dapat diganti dengan sensor perpindahan non-kontak induktif, seperti model ISAN E41A yang sudah disebutkan sebelumnya, atau produk serupa dari produsen lain.

4.3. Fitur Pemrosesan Sinyal dalam Sensor Getaran

Untuk pengukuran amplitudo dan fase yang tepat dari komponen rotasi sinyal getaran pada peralatan penyeimbang, biasanya digunakan kombinasi alat pemrosesan perangkat keras dan perangkat lunak. Alat-alat ini memungkinkan:

  • Penyaringan perangkat keras pita lebar pada sinyal analog sensor;
  • Penguatan sinyal analog sensor;
  • Integrasi dan/atau integrasi ganda (jika perlu) dari sinyal analog;
  • Pemfilteran pita sempit sinyal analog menggunakan filter pelacakan;
  • Konversi sinyal analog ke digital;
  • Penyaringan sinyal digital secara sinkron;
  • Analisis harmonik dari sinyal digital.

4.3.1. Pemfilteran Sinyal Broadband

Prosedur ini sangat penting untuk membersihkan sinyal sensor getaran dari potensi gangguan yang mungkin terjadi baik pada batas bawah maupun batas atas rentang frekuensi perangkat. Disarankan agar perangkat pengukur mesin penyeimbang mengatur batas bawah filter band-pass ke 2-3 Hz dan batas atas ke 50 (100) Hz. Penyaringan "bawah" membantu menekan noise frekuensi rendah yang mungkin muncul pada output berbagai jenis penguat pengukuran sensor. Penyaringan "atas" menghilangkan kemungkinan gangguan akibat frekuensi kombinasi dan potensi getaran resonansi komponen mekanis individual mesin.

4.3.2. Penguatan Sinyal Analog dari Sensor

Jika diperlukan peningkatan sensitivitas sistem pengukuran mesin penyeimbang, sinyal dari sensor getaran ke input unit pengukuran dapat diperkuat. Baik penguat standar dengan penguatan konstan maupun penguat multi-tahap, yang penguatannya dapat diubah secara terprogram tergantung pada tingkat sinyal sebenarnya dari sensor, dapat digunakan. Contoh penguat multi-tahap yang dapat diprogram termasuk penguat yang diimplementasikan dalam konverter pengukuran tegangan seperti E154 atau E14-140 oleh LLC "L-Card".

4.3.3. Integrasi

Seperti disebutkan sebelumnya, integrasi perangkat keras dan/atau integrasi ganda sinyal sensor getaran direkomendasikan dalam sistem pengukuran mesin penyeimbang. Dengan demikian, sinyal akselerometer awal, sebanding dengan akselerasi getaran, dapat diubah menjadi sinyal yang sebanding dengan kecepatan getaran (integrasi) atau perpindahan getaran (integrasi ganda). Demikian pula, sinyal sensor kecepatan getaran setelah integrasi dapat diubah menjadi sinyal yang sebanding dengan perpindahan getaran.

4.3.4. Pemfilteran Pita Sempit Sinyal Analog Menggunakan Filter Pelacakan

Untuk mengurangi interferensi dan meningkatkan kualitas pemrosesan sinyal getaran pada sistem pengukuran mesin penyeimbang, filter pelacak pita sempit dapat digunakan. Frekuensi pusat filter ini secara otomatis disetel ke frekuensi rotasi rotor yang diseimbangkan menggunakan sinyal sensor putaran rotor. Sirkuit terpadu modern, seperti MAX263, MAX264, MAX267, MAX268 dari "MAXIM", dapat digunakan untuk membuat filter tersebut.

4.3.5. Konversi Sinyal Analog ke Digital

Konversi analog ke digital adalah prosedur penting yang memastikan kemungkinan peningkatan kualitas pemrosesan sinyal getaran selama pengukuran amplitudo dan fase. Prosedur ini diimplementasikan di semua sistem pengukuran modern pada mesin penyeimbang. Contoh implementasi efektif ADC tersebut termasuk konverter pengukuran tegangan tipe E154 atau E14-140 dari LLC "L-Card", yang digunakan dalam beberapa sistem pengukuran mesin penyeimbang yang diproduksi oleh LLC "Kinematics" (Vibromera). Selain itu, LLC "Kinematics" (Vibromera) memiliki pengalaman menggunakan sistem mikroprosesor yang lebih murah berdasarkan pengontrol "Arduino", mikrokontroler PIC18F4620 dari "Microchip", dan perangkat serupa.

4.1.2.2. Sensor Kecepatan Getaran Berbasis Akselerometer Piezoelektrik

Sensor jenis ini berbeda dari akselerometer piezoelektrik standar karena memiliki penguat muatan dan integrator terintegrasi di dalam wadahnya, yang memungkinkan sensor tersebut menghasilkan sinyal yang proporsional dengan kecepatan getaran. Misalnya, sensor kecepatan getaran piezoelektrik yang diproduksi oleh produsen dalam negeri (perusahaan ZETLAB dan LLC "Vibropribor") ditunjukkan pada Gambar 4.6 dan 4.7.

Gambar 4.6. Sensor Model AV02 oleh ZETLAB (Rusia)

Gambar 4.7. Model sensor DVST 2 oleh LLC "Vibropribor""

Sensor semacam itu diproduksi oleh berbagai produsen (baik dalam maupun luar negeri) dan saat ini digunakan secara luas, khususnya pada peralatan getaran portabel. Harga sensor ini cukup tinggi dan bisa mencapai 20.000 hingga 30.000 rubel, bahkan dari produsen dalam negeri.

4.1.3. Sensor Perpindahan

Dalam sistem pengukuran mesin penyeimbang, sensor perpindahan non-kontak – kapasitif atau induktif – juga dapat digunakan. Sensor ini dapat beroperasi dalam mode statis, memungkinkan pencatatan proses getaran mulai dari 0 Hz. Penggunaannya dapat sangat efektif dalam kasus penyeimbangan rotor berkecepatan rendah dengan kecepatan putaran 120 rpm dan di bawahnya. Koefisien konversi sensor ini dapat mencapai 1000 mV/mm dan lebih tinggi, yang memberikan akurasi dan resolusi tinggi dalam mengukur perpindahan, bahkan tanpa penguatan tambahan. Keuntungan nyata dari sensor ini adalah biayanya yang relatif rendah, yang bagi beberapa produsen dalam negeri tidak melebihi 1000 rubel. Saat menggunakan sensor ini pada mesin penyeimbang, penting untuk mempertimbangkan bahwa celah kerja nominal antara elemen sensitif sensor dan permukaan objek yang bergetar dibatasi oleh diameter kumparan sensor. Sebagai contoh, untuk sensor yang ditunjukkan pada Gambar 4.8, model ISAN E41A dari "TEKO," celah kerja yang ditentukan biasanya adalah 3,8 hingga 4 mm, yang memungkinkan pengukuran perpindahan objek yang bergetar dalam rentang ±2,5 mm.

Gambar 4.8. Model Sensor Perpindahan Induktif ISAN E41A oleh TEKO (Rusia)

4.1.4. Sensor Gaya

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, sensor gaya digunakan dalam sistem pengukuran yang dipasang pada mesin penyeimbang Hard Bearing. Sensor-sensor ini, terutama karena kesederhanaan pembuatannya dan biaya yang relatif rendah, umumnya adalah sensor gaya piezoelektrik. Contoh sensor tersebut ditunjukkan pada Gambar 4.9 dan 4.10.

Gambar 4.9. Sensor Gaya SD 1 oleh Kinematika LLC

Gambar 4.10: Sensor Gaya untuk Mesin Penyeimbang Otomotif, Dijual oleh "STO Market""

Sensor gaya pengukur regangan, yang diproduksi oleh berbagai produsen dalam dan luar negeri, juga dapat digunakan untuk mengukur deformasi relatif pada penyangga mesin penyeimbang Hard Bearing.

4.4. Skema Fungsional Sistem Pengukuran Mesin Penyeimbang, "Balanset 2""

Sistem pengukuran "Balanset 2" mewakili pendekatan modern untuk mengintegrasikan fungsi pengukuran dan komputasi pada mesin penyeimbang. Sistem ini menyediakan perhitungan otomatis bobot koreksi menggunakan metode koefisien pengaruh dan dapat disesuaikan untuk berbagai konfigurasi mesin.

Skema fungsionalnya mencakup pengkondisian sinyal, konversi analog-ke-digital, pemrosesan sinyal digital, dan algoritma perhitungan otomatis. Sistem ini dapat menangani skenario penyeimbangan dua bidang dan multi-bidang dengan presisi tinggi.

4.5. Perhitungan Parameter Bobot Koreksi yang Digunakan dalam Penyeimbangan Rotor

Perhitungan bobot korektif didasarkan pada metode koefisien pengaruh, yang menentukan bagaimana rotor merespons bobot uji pada bidang yang berbeda. Metode ini mendasar bagi semua sistem penyeimbangan modern dan memberikan hasil yang akurat untuk rotor kaku maupun fleksibel.

4.5.1. Tugas Menyeimbangkan Rotor Penyangga Ganda dan Metode Penyelesaiannya

Untuk rotor dengan penyangga ganda (konfigurasi yang paling umum), tugas penyeimbangan melibatkan penentuan dua bobot korektif - satu untuk setiap bidang koreksi. Metode koefisien pengaruh menggunakan pendekatan berikut:

  1. Pengukuran awal (Percobaan 0): Mengukur getaran tanpa beban percobaan apa pun
  2. Percobaan pertama (Run 1): Tambahkan berat percobaan yang diketahui ke Bidang 1, ukur responsnya.
  3. Percobaan kedua (Run 2): Pindahkan beban percobaan ke Bidang 2, ukur responsnya.
  4. Perhitungan: Perangkat lunak menghitung bobot koreksi permanen berdasarkan respons yang terukur.

Landasan matematisnya melibatkan penyelesaian sistem persamaan linear yang menghubungkan pengaruh bobot percobaan dengan koreksi yang dibutuhkan di kedua bidang secara simultan.

Gambar 3.26 dan 3.27 menunjukkan contoh penggunaan alas bubut, berdasarkan mesin Hard Bearing khusus untuk menyeimbangkan auger dan mesin penyeimbang Soft Bearing universal untuk rotor silinder yang diproduksi. Untuk produsen DIY, solusi semacam itu memungkinkan untuk membuat sistem pendukung yang kaku untuk mesin penyeimbang dengan waktu dan biaya minimal, di mana dudukan penyangga dari berbagai jenis (baik Hard Bearing dan Soft Bearing) dapat dipasang. Tugas utama pabrikan dalam hal ini adalah memastikan (dan memulihkan jika perlu) presisi geometris dari pemandu mesin yang menjadi dasar penyangga. Dalam kondisi produksi DIY, pengikisan halus biasanya digunakan untuk mengembalikan akurasi geometris pemandu yang diperlukan.

Gambar 3.28 menunjukkan versi tempat tidur rakitan yang dibuat dari dua saluran. Dalam pembuatan ranjang ini, koneksi baut yang dapat dilepas digunakan, sehingga memungkinkan deformasi ranjang diminimalkan atau dihilangkan sama sekali selama perakitan tanpa operasi teknologi tambahan. Untuk memastikan akurasi geometris yang tepat dari pemandu alas yang ditentukan, pemrosesan mekanis (penggerindaan, penggilingan halus) flensa atas saluran yang digunakan mungkin diperlukan.

Gambar 3.29 dan 3.30 menyajikan variasi alas las, juga dibuat dari dua saluran. Teknologi manufaktur untuk alas tersebut mungkin memerlukan serangkaian operasi tambahan, seperti perlakuan panas untuk mengurangi tekanan internal yang terjadi selama pengelasan. Seperti halnya alas rakitan, untuk memastikan akurasi geometris yang tepat dari pemandu alas las, pemrosesan mekanis (penggerindaan, penggilingan halus) flensa atas saluran yang digunakan harus direncanakan.

4.5.2. Metodologi untuk Penyeimbangan Dinamis Rotor Multi-pendukung

Rotor multi-penopang (tiga atau empat titik tumpu) memerlukan prosedur penyeimbangan yang lebih kompleks. Setiap titik penopang berkontribusi pada perilaku dinamis secara keseluruhan, dan koreksi harus memperhitungkan interaksi antara semua bidang.

Metodologi ini memperluas pendekatan dua bidang dengan cara:

  • Mengukur getaran di semua titik tumpuan
  • Menggunakan beberapa posisi beban percobaan
  • Menyelesaikan sistem persamaan linear yang lebih besar
  • Mengoptimalkan distribusi bobot koreksi

Untuk poros kardan dan rotor panjang serupa, pendekatan ini biasanya mencapai tingkat ketidakseimbangan residual yang sesuai dengan tingkatan kualitas ISO G6.3 atau lebih baik.

4.5.3. Kalkulator untuk Menyeimbangkan Rotor Multi-pendukung

Algoritma perhitungan khusus telah dikembangkan untuk konfigurasi rotor tiga penyangga dan empat penyangga. Kalkulator ini diimplementasikan dalam perangkat lunak Balanset-4 dan dapat menangani geometri rotor yang kompleks secara otomatis.

Kalkulator tersebut memperhitungkan:

  • Kekakuan penyangga variabel
  • Kopling silang antar bidang koreksi
  • Optimalisasi penempatan bobot untuk aksesibilitas.
  • Verifikasi hasil perhitungan

5. Rekomendasi untuk Memeriksa Pengoperasian dan Akurasi Mesin Balancing

Akurasi dan keandalan mesin penyeimbang bergantung pada banyak faktor, termasuk akurasi geometris komponen mekanisnya, karakteristik dinamis penyangga, dan kemampuan operasional sistem pengukuran. Verifikasi rutin terhadap parameter-parameter ini memastikan kualitas penyeimbangan yang konsisten dan membantu mengidentifikasi potensi masalah sebelum memengaruhi produksi.

5.1. Memeriksa Akurasi Geometris Mesin

Verifikasi akurasi geometris meliputi pemeriksaan keselarasan penyangga, paralelisme pemandu, dan konsentrisitas rakitan spindel. Pemeriksaan ini harus dilakukan selama pengaturan awal dan secara berkala selama pengoperasian untuk memastikan akurasi tetap terjaga.

5.2. Memeriksa Karakteristik Dinamis Mesin

Verifikasi karakteristik dinamis melibatkan pengukuran frekuensi alami dari komponen penyangga dan rangka untuk memastikan frekuensi tersebut terpisah dengan benar dari frekuensi operasional. Hal ini mencegah masalah resonansi yang dapat mengganggu akurasi penyeimbangan.

5.3. Memeriksa Kemampuan Operasional Sistem Pengukuran

Verifikasi sistem pengukuran mencakup kalibrasi sensor, verifikasi penyelarasan fasa, dan pemeriksaan akurasi pemrosesan sinyal. Hal ini memastikan pengukuran amplitudo dan fasa getaran yang andal pada semua kecepatan operasi.

5.4. Memeriksa Karakteristik Akurasi sesuai dengan ISO 20076-2007

ISO 20076-2007 menyediakan prosedur standar untuk memverifikasi akurasi mesin penyeimbang menggunakan rotor uji yang telah dikalibrasi. Prosedur ini membantu memvalidasi kinerja mesin terhadap standar yang diakui secara internasional.

Literatur

  1. Reshetov DN (editor). "Detail dan Mekanisme Mesin Perkakas Pemotong Logam." Moskow: Mashinostroenie, 1972.
  2. Kellenberger W. "Penggilingan Spiral Permukaan Silindris." Mesin, 1963.
  3. ISO 18855-94 (ISO 281-89) "Bantalan Gelinding - Peringkat Beban Dinamis dan Masa Pakai Terukur.""
  4. ISO 17383-73 "Katrol untuk sabuk penggerak datar.""
  5. ISO 1940-1-2007 "Getaran. Persyaratan untuk kualitas keseimbangan rotor kaku.""
  6. ISO 20076-2007 "Prosedur verifikasi akurasi mesin penyeimbang.""

Lampiran 1: Algoritma untuk Menghitung Parameter Penyeimbangan untuk Tiga Poros Penyangga

Penyeimbangan rotor tiga penyangga memerlukan penyelesaian sistem tiga persamaan dengan tiga variabel yang tidak diketahui. Lampiran ini menyediakan dasar matematika dan prosedur perhitungan langkah demi langkah untuk menentukan bobot koreksi dalam tiga bidang koreksi.

A1.1. Landasan Matematika

Untuk rotor dengan tiga penyangga, matriks koefisien pengaruh menghubungkan efek berat percobaan dengan respons getaran di setiap lokasi bantalan. Bentuk umum dari sistem persamaan tersebut adalah:

[V₁] = [A₁₁ A₁₂ A₁₃] [W₁]
[V₂] = [A₂₁ A₂₂ A₂₃] [W₂]
[V₃] = [A₃₁ A₃₂ A₃₃] [W₃]

dimana:

  • V₁, V₂, V₃ - vektor getaran pada penyangga 1, 2, dan 3
  • W₁, W₂, W₃ - bobot koreksi pada bidang 1, 2, dan 3
  • Aᵢⱼ - koefisien pengaruh yang menghubungkan berat j dengan getaran pada penyangga i

A1.2. Prosedur Perhitungan

  1. Pengukuran awal: Catat amplitudo dan fase getaran pada ketiga penyangga tanpa beban uji.
  2. Urutan berat percobaan: Terapkan beban percobaan yang diketahui pada setiap bidang koreksi secara berurutan, dan catat perubahan getarannya.
  3. Perhitungan koefisien pengaruh: Tentukan bagaimana setiap beban percobaan memengaruhi getaran pada setiap penyangga.
  4. Solusi matriks: Selesaikan sistem persamaan untuk menemukan bobot koreksi optimal.
  5. Penempatan beban: Pasang beban yang telah dihitung pada sudut yang ditentukan.
  6. Verifikasi: Konfirmasikan bahwa getaran sisa memenuhi spesifikasi.

A1.3. Pertimbangan Khusus untuk Rotor Tiga Penopang

Konfigurasi tiga penyangga umumnya digunakan untuk poros kardan panjang di mana penyangga tengah diperlukan untuk mencegah defleksi yang berlebihan. Pertimbangan utama meliputi:

  • Kekakuan penyangga menengah memengaruhi dinamika rotor secara keseluruhan.
  • Penyelarasan penyangga sangat penting untuk hasil yang akurat.
  • Besarnya bobot percobaan harus menyebabkan respons yang terukur pada semua penyangga.
  • Keterkaitan silang antar bidang memerlukan analisis yang cermat.

Lampiran 2: Algoritma untuk Menghitung Parameter Penyeimbangan untuk Empat Poros Penyangga

Penyeimbangan rotor empat penyangga merupakan konfigurasi umum yang paling kompleks, yang memerlukan solusi sistem matriks 4x4. Konfigurasi ini umum digunakan untuk rotor yang sangat panjang seperti rol pabrik kertas, poros mesin tekstil, dan rotor industri berat.

A2.1. Model Matematika yang Diperluas

Sistem empat tumpuan memperluas model tiga tumpuan dengan persamaan tambahan yang memperhitungkan lokasi tumpuan keempat:

[V₁] = [A₁₁ A₁₂ A₁₃ A₁₄] [W₁]
[V₂] = [A₂₁ A₂₂ A₂₃ A₂₄] [W₂]
[V₃] = [A₃₁ A₃₂ A₃₃ A₃₄] [W₃]
[V₄] = [A₄₁ A₄₂ A₄₃ A₄₄] [W₄]

A2.2. Prosedur Penimbangan Percobaan Berurutan

Prosedur empat penyangga memerlukan lima kali pengukuran:

  1. Jalankan 0: Pengukuran awal pada keempat penyangga
  2. Jalankan 1: Uji beban pada Bidang 1, ukur semua penyangga.
  3. Jalankan 2: Uji beban pada Bidang 2, ukur semua penyangga.
  4. Jalankan 3: Uji beban pada Bidang 3, ukur semua penyangga.
  5. Lari 4: Uji beban pada Bidang 4, ukur semua penyangga.

A2.3. Pertimbangan Optimasi

Penyeimbangan empat tumpuan seringkali memungkinkan beberapa solusi valid. Proses optimasi mempertimbangkan:

  • Meminimalkan total massa berat koreksi.
  • Memastikan lokasi penempatan beban yang mudah diakses.
  • Menyeimbangkan toleransi dan biaya manufaktur
  • Memenuhi batas getaran sisa yang ditentukan

Lampiran 3: Panduan Menggunakan Kalkulator Penyeimbang

Kalkulator penyeimbang Balanset mengotomatiskan prosedur matematika kompleks yang dijelaskan dalam Lampiran 1 dan 2. Panduan ini memberikan instruksi praktis untuk menggunakan kalkulator secara efektif dengan mesin penyeimbang DIY.

A3.1. Pengaturan dan Konfigurasi Perangkat Lunak

  1. Definisi mesin: Tentukan geometri mesin, lokasi penyangga, dan bidang koreksi.
  2. Kalibrasi sensor: Verifikasi orientasi sensor dan faktor kalibrasi.
  3. Persiapan beban percobaan: Hitung massa beban uji yang sesuai berdasarkan karakteristik rotor.
  4. Verifikasi keselamatan: Konfirmasikan kecepatan operasi yang aman dan metode pemasangan beban.

A3.2. Urutan Pengukuran

Kalkulator ini memandu pengguna melalui rangkaian pengukuran dengan umpan balik waktu nyata tentang kualitas pengukuran dan saran untuk meningkatkan rasio sinyal terhadap derau.

A3.3. Interpretasi Hasil

Kalkulator ini menyediakan beberapa format keluaran:

  • Tampilan vektor grafis yang menunjukkan persyaratan koreksi.
  • Spesifikasi numerik berat dan sudut
  • Metrik kualitas dan indikator kepercayaan
  • Saran untuk meningkatkan akurasi pengukuran

A3.4. Pemecahan Masalah Umum

Masalah umum dan solusinya saat menggunakan kalkulator dengan mesin rakitan sendiri:

  • Respons berat badan percobaan tidak memadai: Tingkatkan massa beban percobaan atau periksa pemasangan sensor.
  • Pengukuran yang tidak konsisten: Verifikasi integritas mekanis, periksa kondisi resonansi.
  • Hasil koreksi yang buruk: Verifikasi akurasi pengukuran sudut, periksa efek kopling silang.
  • Kesalahan perangkat lunak: Periksa sambungan sensor, verifikasi parameter input, pastikan RPM stabil.

Sensor getaran

Sensor Optik (Laser Tachometer)

Balanset-4

Magnetic Stand Insize-60-kgf

Rekaman reflektif

Penyeimbang dinamis "Balanset-1A" OEM

Penulis artikel: Feldman Valery Davidovich

Penyunting dan penerjemah: Nikolai Andreevich Shelkovenko

Saya mohon maaf atas kesalahan terjemahan yang mungkin terjadi.

WhatsApp