1. Pengenalan

(Mengapa terdapat keperluan untuk menulis karya ini?)

Analisis struktur penggunaan peranti pengimbang yang dikeluarkan oleh LLC "Kinematics" (Vibromera) mendedahkan bahawa kira-kira 30% daripadanya dibeli untuk digunakan sebagai sistem pengukur dan pengkomputeran pegun untuk mesin pengimbang dan/atau penyangga. Dua kumpulan pengguna (pelanggan) peralatan kami dapat dikenal pasti.

Kumpulan pertama termasuk perusahaan yang pakar dalam pengeluaran besar-besaran mesin pengimbang dan menjualnya kepada pelanggan luar. Perusahaan ini menggaji pakar berkelayakan tinggi dengan pengetahuan mendalam dan pengalaman luas dalam mereka bentuk, mengeluarkan dan mengendalikan pelbagai jenis mesin pengimbang. Cabaran yang timbul dalam interaksi dengan kumpulan pengguna ini paling kerap berkaitan dengan menyesuaikan sistem dan perisian pengukur kami kepada mesin sedia ada atau yang baru dibangunkan, tanpa menangani isu pelaksanaan strukturnya.

Kumpulan kedua terdiri daripada pengguna yang membangunkan dan mengeluarkan mesin (stands) untuk keperluan mereka sendiri. Pendekatan ini kebanyakannya dijelaskan oleh keinginan pengeluar bebas untuk mengurangkan kos pengeluaran mereka sendiri, yang dalam beberapa kes boleh berkurangan dua hingga tiga kali atau lebih. Kumpulan pengguna ini sering tidak mempunyai pengalaman yang sesuai dalam mencipta mesin dan biasanya bergantung pada penggunaan akal fikiran, maklumat daripada internet dan sebarang analog yang tersedia dalam kerja mereka.

Berinteraksi dengan mereka menimbulkan banyak persoalan, yang, sebagai tambahan kepada maklumat tambahan tentang sistem pengukur mesin pengimbang, meliputi pelbagai isu yang berkaitan dengan pelaksanaan struktur mesin, kaedah pemasangannya pada asas, pemilihan pemacu, dan mencapai ketepatan pengimbangan yang betul, dsb.

Memandangkan minat yang ketara yang ditunjukkan oleh sekumpulan besar pengguna kami dalam isu-isu pembuatan mesin pengimbang secara bebas, pakar dari LLC "Kinematics" (Vibromera) telah menyediakan himpunan dengan komen dan cadangan mengenai soalan yang paling kerap ditanya.

2. Jenis Mesin Pengimbang (Stand) dan Ciri Reka Bentuknya

Mesin pengimbang ialah peranti teknologi yang direka untuk menghapuskan ketidakseimbangan statik atau dinamik rotor untuk pelbagai tujuan. Ia menggabungkan mekanisme yang memecut rotor yang seimbang kepada frekuensi putaran tertentu dan sistem pengukuran dan pengkomputeran khusus yang menentukan jisim dan penempatan pemberat pembetulan yang diperlukan untuk mengimbangi ketidakseimbangan rotor.

Pembinaan bahagian mekanikal mesin biasanya terdiri daripada rangka katil di mana tiang sokongan (galas) dipasang. Ini digunakan untuk memasang produk seimbang (rotor) dan termasuk pemacu yang bertujuan untuk memutarkan rotor. Semasa proses pengimbangan, yang dilakukan semasa produk berputar, sensor sistem pengukur (yang jenisnya bergantung pada reka bentuk mesin) sama ada mendaftarkan getaran dalam galas atau daya pada galas.

Data yang diperoleh dengan cara ini membolehkan untuk menentukan jisim dan lokasi pemasangan pemberat pembetulan yang diperlukan untuk mengimbangi ketidakseimbangan.

Pada masa ini, dua jenis reka bentuk mesin pengimbang (stand) paling lazim:

• Mesin galas lembut (dengan sokongan fleksibel);
• Mesin Galas Keras (dengan sokongan tegar).

2.1. Mesin dan Penyangga Galas Lembut

Ciri asas mesin pengimbang Galas Lembut (dirian) ialah ia mempunyai penyokong yang agak fleksibel, dibuat berdasarkan penggantungan spring, gerabak dipasang spring, penyokong spring rata atau silinder, dsb. Frekuensi semula jadi penyokong ini adalah sekurang-kurangnya 2 -3 kali lebih rendah daripada kekerapan putaran rotor seimbang yang dipasang padanya. Contoh klasik pelaksanaan struktur sokongan Soft Bearing yang fleksibel boleh dilihat dalam sokongan model mesin DB-50, gambar yang ditunjukkan dalam Rajah 2.1.

Rajah 2.1. Sokongan model mesin pengimbang DB-50.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.1, bingkai boleh alih (gelangsar) 2 dipasang pada tiang pegun 1 sokongan menggunakan penggantungan pada spring jalur 3. Di bawah pengaruh daya emparan yang disebabkan oleh ketidakseimbangan rotor yang dipasang pada sokongan, gerabak (gelangsar) 2 boleh melakukan ayunan mendatar berbanding tiang pegun 1, yang diukur menggunakan sensor getaran.

Pelaksanaan struktur sokongan ini memastikan mencapai frekuensi semula jadi yang rendah ayunan gerabak, yang boleh sekitar 1-2 Hz. Ini membolehkan pengimbangan rotor pada julat luas frekuensi putarannya, bermula dari 200 RPM. Ciri ini, bersama-sama dengan kesederhanaan relatif pembuatan sokongan sedemikian, menjadikan reka bentuk ini menarik kepada kebanyakan pengguna kami yang mengeluarkan mesin pengimbang untuk keperluan mereka sendiri bagi pelbagai tujuan.

Rajah 2.2. Sokongan Galas Lembut Mesin Pengimbang, Dikilangkan oleh "Polymer LTD", Makhachkala

Rajah 2.2 menunjukkan gambar mesin pengimbang Bearing Lembut dengan sokongan yang diperbuat daripada spring gantungan, yang dihasilkan untuk keperluan dalaman di "Polymer LTD" di Makhachkala. Mesin ini direka bentuk untuk penggelek pengimbang yang digunakan dalam pengeluaran bahan polimer.

Rajah 2.3 menampilkan gambar mesin pengimbang dengan penggantungan jalur serupa untuk gerabak, bertujuan untuk mengimbangi alatan khusus.

Rajah 2.4.a dan 2.4.b tunjukkan gambar mesin Galas Lembut buatan sendiri untuk mengimbangi aci pemacu, yang penyokongnya juga dibuat menggunakan spring suspensi jalur.

Rajah 2.5 membentangkan gambar mesin Soft Bearing yang direka untuk mengimbangi pengecas turbo, dengan sokongan gerabaknya juga digantung pada spring jalur. Mesin ini, yang dibuat untuk kegunaan peribadi A. Shahgunyan (St. Petersburg), dilengkapi dengan sistem pengukuran "Balanset 1".

Menurut pengilang (lihat Rajah 2.6), mesin ini menyediakan keupayaan untuk mengimbangi turbin dengan baki ketidakseimbangan tidak melebihi 0.2 g*mm.

Rajah 2.3. Mesin Galas Lembut untuk Alat Pengimbangan dengan Suspensi Sokongan pada Spring Springs

Rajah 2.4.a. Mesin Galas Lembut untuk Mengimbangi Aci Pemacu (Mesin Dipasang)

Rajah 2.4.b. Mesin Galas Lembut untuk Mengimbangi Aci Pemacu dengan Sokongan Pengangkutan Digantung pada Spring Springs. (Sokongan Spindle Utama dengan Penggantungan Spring Strip)

Rajah 2.5. Mesin Galas Lembut untuk Mengimbangi Pengecas Turbo dengan Sokongan pada Spring Springs, Dikilangkan oleh A. Shahgunyan (St. Petersburg)

Rajah 2.6. Salinan Skrin Sistem Pengukur 'Balanset 1' yang Menunjukkan Keputusan Pengimbangan Rotor Turbin pada Mesin A. Shahgunyan

Sebagai tambahan kepada versi klasik sokongan mesin pengimbang Soft Bearing yang dibincangkan di atas, penyelesaian struktur lain juga telah meluas.

Rajah 2.7 dan 2.8 memaparkan gambar mesin pengimbang untuk aci pemacu, yang sokongannya dibuat berdasarkan spring rata (plat). Mesin-mesin ini dihasilkan untuk keperluan proprietari perusahaan swasta "Dergacheva" dan LLC "Tatcardan" ("Kinetics-M").

Mesin pengimbang Bearing Lembut dengan sokongan sedemikian sering dihasilkan semula oleh pengeluar amatur kerana kesederhanaan dan kebolehkilangannya yang relatif. Prototaip ini pada amnya sama ada mesin siri VBRF daripada "K. Schenck" atau mesin pengeluaran domestik yang serupa.

Mesin yang ditunjukkan dalam Rajah 2.7 dan 2.8 direka untuk mengimbangi aci pemacu dua sokongan, tiga sokongan dan empat sokongan. Mereka mempunyai pembinaan yang serupa, termasuk:

• rangka katil 1 yang dikimpal, berdasarkan dua rasuk I yang disambungkan dengan rusuk silang;
• sokongan gelendong (depan) pegun 2;
• sokongan gelendong alih (belakang) 3;
• satu atau dua penyokong boleh alih (perantaraan) 4. Menyokong 2 dan 3 unit gelendong rumah 5 dan 6, bertujuan untuk memasang aci pemacu seimbang 7 pada mesin.

Rajah 2.7. Mesin Galas Lembut untuk Mengimbangi Aci Pemacu oleh Perusahaan Swasta "Dergacheva" dengan Sokongan pada Spring Rata (Plat)

Rajah 2.8. Mesin Galas Lembut untuk Mengimbangi Aci Pemacu oleh LLC "Tatcardan" ("Kinetics-M") dengan Sokongan pada Spring Rata

Penderia getaran 8 dipasang pada semua sokongan, yang digunakan untuk mengukur ayunan melintang sokongan. Spindle utama 5, dipasang pada sokongan 2, diputar oleh motor elektrik melalui pemacu tali pinggang.

Rajah 2.9.a dan 2.9.b tunjukkan gambar sokongan mesin pengimbang, yang berasaskan mata air rata.

Rajah 2.9. Sokongan Mesin Pengimbang Galas Lembut dengan Mata Air Rata

• a) Pandangan sisi;
• b) Pandangan hadapan

Memandangkan pengeluar amatur kerap menggunakan sokongan sedemikian dalam reka bentuk mereka, adalah berguna untuk memeriksa ciri pembinaan mereka dengan lebih terperinci. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.9.a, sokongan ini terdiri daripada tiga komponen utama:

• Plat sokongan bawah 1: Untuk sokongan gelendong hadapan, plat dipasang dengan tegar pada panduan; untuk sokongan perantaraan atau penyokong gelendong belakang, plat bawah direka bentuk sebagai gerabak yang boleh bergerak di sepanjang panduan bingkai.
• Plat sokongan atas 2, di mana unit sokongan dipasang (penyokong penggelek 4, gelendong, galas perantaraan, dsb.).
• Dua mata air rata 3, menyambungkan plat galas bawah dan atas.

Untuk mengelakkan risiko peningkatan getaran penyokong semasa operasi, yang boleh berlaku semasa pecutan atau nyahpecutan rotor seimbang, penyokong mungkin termasuk mekanisme penguncian (lihat Rajah 2.9.b). Mekanisme ini terdiri daripada pendakap tegar 5, yang boleh disambungkan dengan kunci sipi 6 yang disambungkan ke salah satu mata air rata sokongan. Apabila kunci 6 dan pendakap 5 dipasang, sokongan dikunci, menghapuskan risiko peningkatan getaran semasa pecutan dan nyahpecutan.

Apabila mereka bentuk sokongan yang dibuat dengan spring rata (plat), pengeluar mesin mesti menilai kekerapan ayunan semula jadinya, yang bergantung pada kekakuan spring dan jisim rotor yang seimbang. Mengetahui parameter ini membolehkan pereka bentuk secara sedar memilih julat frekuensi putaran operasi pemutar, mengelakkan bahaya ayunan resonan penyokong semasa pengimbangan.

Pengesyoran untuk mengira dan secara eksperimen menentukan frekuensi semula jadi bagi ayunan penyokong, serta komponen lain mesin pengimbang, dibincangkan dalam Bahagian 3.

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, kesederhanaan dan kebolehkilangan reka bentuk sokongan menggunakan mata air rata (plat) menarik pemaju amatur mesin pengimbang untuk pelbagai tujuan, termasuk mesin untuk mengimbangi aci engkol, pemutar pengecas turbo automotif, dsb.

Sebagai contoh, Rajah 2.10.a dan 2.10.b menunjukkan lakaran pandangan umum mesin yang direka untuk mengimbangi rotor pengecas turbo. Mesin ini dikeluarkan dan digunakan untuk keperluan dalaman di LLC "SuraTurbo" di Penza.

2.10.a. Mesin untuk Mengimbangi Rotor Pengecas Turbo (Pandangan Sisi)

2.10.b. Mesin untuk Mengimbangi Rotor Pengecas Turbo (Pandangan dari Bahagian Sokongan Hadapan)

Sebagai tambahan kepada mesin pengimbang Soft Bearing yang telah dibincangkan sebelum ini, pendirian Soft Bearing yang agak mudah kadangkala dicipta. Pendirian ini membolehkan pengimbangan mekanisme berputar berkualiti tinggi untuk pelbagai tujuan dengan kos yang minimum.

Beberapa penyangga sedemikian diulas di bawah, dibina berdasarkan plat rata (atau bingkai) yang dipasang pada pegas mampatan silinder. Pegas ini biasanya dipilih supaya frekuensi semula jadi ayunan plat dengan mekanisme seimbang yang dipasang padanya adalah 2 hingga 3 kali lebih rendah daripada frekuensi putaran rotor mekanisme ini semasa pengimbangan.

Rajah 2.11 shows a photograph of a stand for balancing abrasive wheels, manufactured for the in-house production by P. Asharin.

Figure 2.11. Stand for Balancing Abrasive Wheels

The stand consists of the following main components:

• Plate 1, mounted on four cylindrical springs 2;
• Electric motor 3, whose rotor also serves as the spindle, on which a mandrel 4 is mounted, used for installing and securing the abrasive wheel on the spindle.

Ciri utama pendirian ini ialah penyertaan sensor denyut 5 untuk sudut putaran rotor motor elektrik, yang digunakan sebagai sebahagian daripada sistem pengukuran pendirian ("Balanset 2C") untuk menentukan kedudukan sudut bagi mengeluarkan jisim pembetulan daripada roda kasar.

Figure 2.12 menunjukkan gambar penyangga yang digunakan untuk mengimbangi pam vakum. Penyangga ini telah dibangunkan mengikut pesanan oleh JSC "Measurement Plant".

Rajah 2.12. Penyangga untuk Pam Vakum Pengimbangan oleh JSC "Loji Pengukuran""

The basis of this stand also uses Plate 1, mounted on cylindrical springs 2. On Plate 1, a vacuum pump 3 is installed, which has its own electric drive capable of varying speeds widely from 0 to 60,000 RPM. Vibration sensors 4 are mounted on the pump casing, which are used to measure vibrations in two different sections at different heights.

Untuk penyegerakan proses pengukuran getaran dengan sudut putaran rotor pam, sensor sudut fasa laser 5 digunakan pada penyangga. Walaupun pembinaan luaran penyangga sedemikian kelihatan ringkas, ia membolehkan pengimbangan pendesak pam yang berkualiti tinggi dicapai.

Contohnya, pada frekuensi putaran sub-kritikal, ketidakseimbangan baki rotor pam memenuhi keperluan yang ditetapkan untuk kelas kualiti imbangan G0.16 mengikut ISO 1940-1-2007 "Getaran. Keperluan untuk kualiti imbangan rotor tegar. Bahagian 1. Penentuan ketidakseimbangan yang dibenarkan.""

The residual vibration of the pump casing achieved during balancing at rotational speeds up to 8,000 RPM does not exceed 0.01 mm/sec.

Balancing stands manufactured according to the scheme described above are also effective in balancing other mechanisms, such as fans. Examples of stands designed for balancing fans are shown in Figures 2.13 and 2.14.

Figure 2.13. Stand for Balancing Fan Impellers

Kualiti pengimbangan kipas yang dicapai pada pendirian sedemikian agak tinggi. Menurut pakar dari "Atlant-project" LLC, pada pendirian yang direka oleh mereka berdasarkan cadangan dari "Kinematics" LLC (lihat Rajah 2.14), tahap getaran baki yang dicapai ketika mengimbangkan kipas adalah 0.8 mm/saat. Ini lebih daripada tiga kali lebih baik daripada toleransi yang ditetapkan untuk kipas dalam kategori BV5 mengikut ISO 31350-2007 "Getaran. Kipas industri. Keperluan untuk getaran yang dihasilkan dan kualiti keseimbangan.""

Rajah 2.14. Penyangga untuk Mengimbangi Pendesak Kipas Peralatan Kalis Letupan oleh "Atlant-project" LLC, Podolsk

Data serupa yang diperoleh di JSC "Lissant Fan Factory" menunjukkan bahawa penyangga sedemikian, yang digunakan dalam pengeluaran bersiri kipas saluran, secara konsisten memastikan getaran sisa tidak melebihi 0.1 mm/s.

2.2. Mesin Galas Keras

Hard Bearing balancing machines differ from the previously discussed Soft Bearing machines in the design of their supports. Their supports are made in the form of rigid plates with intricate slots (cut-outs). The natural frequencies of these supports significantly (at least 2-3 times) exceed the maximum rotational frequency of the rotor balanced on the machine.

Hard Bearing machines are more versatile than Soft Bearing ones, as they typically allow for high-quality balancing of rotors over a wider range of their mass and dimensional characteristics. An important advantage of these machines is also that they enable high-precision balancing of rotors at relatively low rotational speeds, which can be within the range of 200-500 RPM and lower.

Figure 2.15 menunjukkan gambar mesin pengimbang Galas Keras tipikal yang dikeluarkan oleh "K. Schenk." Daripada rajah ini, jelas bahawa bahagian individu sokongan, yang dibentuk oleh slot yang rumit, mempunyai kekakuan yang berbeza-beza. Di bawah pengaruh daya ketidakseimbangan rotor, ini boleh menyebabkan ubah bentuk (anjakan) beberapa bahagian sokongan berbanding bahagian lain. (Dalam Rajah 2.15, bahagian sokongan yang lebih tegar diserlahkan dengan garis putus-putus merah, dan bahagiannya yang agak patuh berwarna biru).

To measure the said relative deformations, Hard Bearing machines can use either force sensors or highly sensitive vibration sensors of various types, including non-contact vibration displacement sensors.

Rajah 2.15. Mesin Pengimbang Galas Keras oleh "K. Schenk""

Seperti yang ditunjukkan oleh analisis permintaan yang diterima daripada pelanggan untuk instrumen siri "Balanset", minat dalam pembuatan mesin Galas Keras untuk kegunaan dalaman telah meningkat secara berterusan. Ini difasilitasi oleh penyebaran maklumat pengiklanan yang meluas tentang ciri reka bentuk mesin pengimbang domestik, yang digunakan oleh pengeluar amatur sebagai analog (atau prototaip) untuk pembangunan mereka sendiri.

Mari kita pertimbangkan beberapa variasi mesin Galas Keras yang dikeluarkan untuk keperluan dalaman beberapa pengguna instrumen siri "Balanset".

Figures 2.16.a – 2.16.d tunjukkan gambar mesin Galas Keras yang direka untuk mengimbangi aci pemacu, yang dikeluarkan oleh N. Obyedkov (bandar Magnitogorsk). Seperti yang dilihat dalam Rajah 2.16.a, mesin ini terdiri daripada rangka tegar 1, di mana penyokong 2 (dua gelendong dan dua perantaraan) dipasang. Gelendong utama 3 mesin diputarkan oleh motor elektrik tak segerak 4 melalui pemacu tali sawat. Pengawal frekuensi 6 digunakan untuk mengawal kelajuan putaran motor elektrik 4. Mesin ini dilengkapi dengan sistem pengukuran dan pengkomputeran "Balanset 4" 5, yang merangkumi unit pengukuran, komputer, empat sensor daya dan sensor sudut fasa (sensor tidak ditunjukkan dalam Rajah 2.16.a).

Figure 2.16.a. Hard Bearing Machine for Balancing Drive Shafts, Manufactured by N. Obyedkov (Magnitogorsk)

Figure 2.16.b shows a photograph of the front support of the machine with the leading spindle 3, which is driven, as previously noted, by a belt drive from an asynchronous electric motor 4. This support is rigidly mounted on the frame.

Figure 2.16.b. Front (Leading) Spindle Support.

Figure 2.16.c features a photograph of one of the two movable intermediate supports of the machine. This support rests on slides 7, allowing for its longitudinal movement along the frame guides. This support includes a special device 8, designed for installing and adjusting the height of the intermediate bearing of the balanced drive shaft.

Figure 2.16.c. Intermediate Movable Support of the Machine

Figure 2.16.d menunjukkan gambar sokongan gelendong belakang (dipacu), yang, seperti sokongan perantaraan, membolehkan pergerakan di sepanjang panduan rangka mesin.

Figure 2.16.d. Rear (Driven) Spindle Support.

All the supports discussed above are vertical plates mounted on flat bases. The plates feature T-shaped slots (see Fig. 2.16.d), which divide the support into an inner part 9 (more rigid) and an outer part 10 (less rigid). The differing stiffness of the inner and outer parts of the support may result in relative deformation of these parts under the forces of unbalance from the balanced rotor.

Force sensors are typically used to measure the relative deformation of the supports in homemade machines. An example of how a force sensor is installed on a Hard Bearing balancing machine support is shown in Figure 2.16.e. As seen in this figure, the force sensor 11 is pressed against the side surface of the inner part of the support by a bolt 12, which passes through a threaded hole in the outer part of the support.

To ensure even pressure of bolt 12 across the entire plane of the force sensor 11, a flat washer 13 is placed between it and the sensor.

Figure 2.16.d. Example of Force Sensor Installation on a Support.

Semasa operasi mesin, daya ketidakseimbangan dari rotor yang seimbang bertindak melalui unit sokongan (gelendong atau galas perantaraan) pada bahagian luar sokongan, yang mula bergerak secara kitaran (ubah bentuk) relatif kepada bahagian dalamannya pada frekuensi putaran rotor. Ini menghasilkan daya berubah-ubah yang bertindak pada sensor 11, berkadaran dengan daya ketidakseimbangan. Di bawah pengaruhnya, isyarat elektrik yang berkadaran dengan magnitud ketidakseimbangan rotor dijana pada output sensor daya.

Isyarat daripada sensor daya, yang dipasang pada semua sokongan, dimasukkan ke dalam sistem pengukuran dan pengkomputeran mesin, di mana ia digunakan untuk menentukan parameter pemberat pembetulan.

Figure 2.17.a. memaparkan gambar mesin Galas Keras yang sangat khusus yang digunakan untuk mengimbangkan aci "skru". Mesin ini dikeluarkan untuk kegunaan dalaman di LLC "Ufatverdosplav".

Seperti yang dilihat dalam rajah, mekanisme putaran mesin mempunyai pembinaan yang dipermudahkan, yang terdiri daripada komponen utama berikut:

• Bingkai dikimpal 1, berfungsi sebagai katil;
• Dua penyokong pegun 2, dipasang dengan tegar pada bingkai;
• Electric motor 3, yang memacu aci seimbang (skru) 5 melalui pemacu tali pinggang 4.

Rajah 2.17.a. Mesin Galas Keras untuk Mengimbangi Aci Skru, Dikilangkan oleh LLC "Ufatverdosplav""

Sokongan 2 mesin adalah plat keluli yang dipasang secara menegak dengan slot berbentuk T. Di bahagian atas setiap sokongan, terdapat penggelek sokongan yang dihasilkan menggunakan galas bergolek, di mana aci seimbang 5 berputar.

Untuk mengukur ubah bentuk sokongan, yang berlaku di bawah tindakan ketidakseimbangan rotor, sensor daya 6 digunakan (lihat Rajah 2.17.b), yang dipasang di slot sokongan. Sensor ini disambungkan ke peranti "Balanset 1", yang digunakan pada mesin ini sebagai sistem pengukuran dan pengkomputeran.

Walaupun mekanisme putaran mesin ini agak ringkas, ia membolehkan pengimbangan skru yang berkualiti tinggi, yang, seperti yang dilihat dalam Rajah 2.17.a., mempunyai permukaan heliks yang kompleks.

Menurut LLC "Ufatverdosplav," ketidakseimbangan awal skru telah dikurangkan hampir 50 kali ganda pada mesin ini semasa proses pengimbangan.

Rajah 2.17.b. Sokongan Mesin Galas Keras untuk Mengimbangi Aci Skru dengan Penderia Daya

Ketidakseimbangan baki yang dicapai ialah 3552 g*mm (19.2 g pada jejari 185 mm) pada satah pertama skru, dan 2220 g*mm (12.0 g pada jejari 185 mm) pada satah kedua. Bagi rotor seberat 500 kg dan beroperasi pada frekuensi putaran 3500 RPM, ketidakseimbangan ini sepadan dengan kelas G6.3 mengikut ISO 1940-1-2007, yang memenuhi keperluan yang ditetapkan dalam dokumentasi teknikalnya.

Reka bentuk asal (lihat Rajah 2.18), yang melibatkan penggunaan tapak tunggal untuk pemasangan sokongan serentak untuk dua mesin pengimbang Bearing Keras dengan saiz yang berbeza, telah dicadangkan oleh SV Morozov. Kelebihan jelas penyelesaian teknikal ini, yang membolehkan meminimumkan kos pengeluaran pengeluar, termasuk:

• Menjimatkan ruang pengeluaran;
• Penggunaan satu motor elektrik dengan pemacu frekuensi berubah-ubah untuk mengendalikan dua mesin berbeza;
• Penggunaan satu sistem pengukur untuk mengendalikan dua mesin yang berbeza.

Rajah 2.18. Mesin Pengimbang Galas Keras ("Tandem"), Dikilangkan oleh SV Morozov

3. Keperluan Pembinaan Unit Asas dan Mekanisme Mesin Pengimbang

3.1. Galas

3.1.1. Theoretical Foundations of Bearing Design

Dalam bahagian sebelumnya, pelaksanaan reka bentuk utama sokongan Galas Lembut dan Galas Keras untuk mesin pengimbang telah dibincangkan secara terperinci. Parameter penting yang mesti dipertimbangkan oleh pereka bentuk semasa mereka bentuk dan mengeluarkan sokongan ini ialah frekuensi ayunan semula jadinya. Ini penting kerana pengukuran bukan sahaja amplitud getaran (ubah bentuk kitaran) sokongan tetapi juga fasa getaran diperlukan untuk mengira parameter pemberat pembetulan oleh sistem pengukuran dan pengkomputeran mesin.

Jika frekuensi semula jadi sokongan bertepatan dengan frekuensi putaran rotor seimbang (resonans sokongan), pengukuran amplitud dan fasa getaran yang tepat adalah mustahil. Ini digambarkan dengan jelas dalam graf yang menunjukkan perubahan amplitud dan fasa ayunan sokongan sebagai fungsi frekuensi putaran rotor seimbang (lihat Rajah 3.1).

From these graphs, it follows that as the rotational frequency of the balanced rotor approaches the natural frequency of the support oscillations (i.e., when the ratio fp/fo is close to 1), there is a significant increase in amplitude associated with the resonance oscillations of the support (see Fig. 3.1.a). Simultaneously, graph 3.1.b shows that in the resonance zone, there is a sharp change in the phase angle ∆F°, which can reach up to 180°.

In other words, when balancing any mechanism in the resonance zone, even small changes in its rotation frequency can lead to significant instability in the measurement results of amplitude and phase of its vibration, leading to errors in calculating the parameters of corrective weights and negatively affecting the quality of balancing.

Graf di atas mengesahkan cadangan terdahulu bahawa untuk mesin Galas Keras, had atas frekuensi operasi rotor hendaklah (sekurang-kurangnya) 2-3 kali lebih rendah daripada frekuensi semula jadi sokongan, fo. Bagi mesin Galas Lembut, had bawah frekuensi operasi yang dibenarkan bagi rotor seimbang hendaklah (sekurang-kurangnya) 2-3 kali lebih tinggi daripada frekuensi semula jadi sokongan.

Figure 3.1. Graphs showing changes in relative amplitude and phase of vibrations of the balancing machine support as a function of rotational frequency changes.

• Ад – Amplitude of dynamic vibrations of the support;
• e = m*r / M - Ketidakseimbangan khusus rotor yang seimbang;
• m – Unbalanced mass of the rotor;
• M – Mass of the rotor;
• r – Radius at which the unbalanced mass is located on the rotor;
• fp – Rotational frequency of the rotor;
• fo – Natural frequency of vibrations of the support

Given the information presented, operating the machine in the resonance area of its supports (highlighted in red in Fig. 3.1) is not recommended. The graphs shown in Fig. 3.1 also demonstrate that for the same imbalances of the rotor, the actual vibrations of the Soft Bearing machine supports are significantly lower than those occurring on the Soft Bearing machine supports.

From this, it follows that sensors used to measure vibrations of supports in Hard Bearing machines must have higher sensitivity than those in Soft Bearing machines. This conclusion is well supported by the actual practice of using sensors, which shows that absolute vibration sensors (vibro-accelerometers and/or vibro-velocity sensors), successfully used in Soft Bearing balancing machines, often cannot achieve the necessary balancing quality on Hard Bearing machines.

On these machines, it is recommended to use relative vibration sensors, such as force sensors or highly sensitive displacement sensors.

3.1.2. Estimating Natural Frequencies of Supports Using Calculation Methods

A designer can perform an approximate (estimative) calculation of the natural frequency of a support fo​ using formula 3.1, by simplistically treating it as a vibrational system with one degree of freedom, which (see Fig. 2.19.a) is represented by a mass M, oscillating on a spring with stiffness K.

The mass M used in the calculation for a symmetric inter-bearing rotor can be approximated by formula 3.2.

di mana Mo ialah jisim bahagian sokongan yang bergerak dalam kg; Mr ialah jisim rotor yang seimbang dalam kg; n ialah bilangan sokongan mesin yang terlibat dalam pengimbangan.

The stiffness K of the support is calculated using formula 3.3 based on the results of experimental studies that involve measuring the deformation ΔL of the support when it is loaded with a static force P (see Figs. 3.2.a and 3.2.b).

di mana ΔL ialah ubah bentuk sokongan dalam meter; P ialah daya statik dalam Newton.

The magnitude of the loading force P can be measured using a force-measuring instrument (e.g., a dynamometer). The displacement of the support ΔL is determined using a device for measuring linear displacements (e.g., a dial indicator).

3.1.3. Experimental Methods for Determining Natural Frequencies of Supports

Memandangkan pengiraan frekuensi semula jadi sokongan yang dibincangkan di atas, yang dilakukan menggunakan kaedah yang dipermudahkan, boleh menyebabkan ralat yang ketara, kebanyakan pembangun amatur lebih suka menentukan parameter ini melalui kaedah eksperimen. Untuk ini, mereka menggunakan keupayaan yang disediakan oleh sistem pengukur getaran moden mesin pengimbang, termasuk instrumen siri "Balanset".

3.1.3.1. Determining Natural Frequencies of Supports by Impact Excitation Method

The impact excitation method is the simplest and most common way to determine the natural frequency of vibrations of a support or any other machine component. It is based on the fact that when any object, such as a bell (see Fig. 3.3), is impact-excited, its response manifests as a gradually decaying vibrational response. The frequency of the vibrational signal is determined by the structural characteristics of the object and corresponds to the frequency of its natural vibrations. For impact excitation of vibrations, any heavy tool can be used, such as a rubber mallet or a regular mallet.

Figure 3.3. Diagram of Impact Excitation Used to Determine the Natural Frequencies of an Object

The mass of the hammer should approximately be 10% of the mass of the object being excited. To capture the vibrational response, a vibration sensor should be installed on the object under examination, with its measuring axis aligned with the direction of impact excitation. In some cases, a microphone from a noise measuring device may be used as a sensor to perceive the vibrational response of the object.

Getaran objek ditukar menjadi isyarat elektrik oleh sensor, yang kemudiannya dihantar ke alat pengukur, seperti input penganalisis spektrum. Instrumen ini merekodkan fungsi masa dan spektrum proses getaran pereputan (lihat Rajah 3.4), yang analisisnya membolehkan penentuan frekuensi (frekuensi) getaran semula jadi objek.

Figure 3.5. Program Interface Showing Time Function Graphs and Spectrum of Decaying Impact Vibrations of the Examined Structure

The analysis of the spectrum graph presented in Figure 3.5 (see the lower part of the work window) shows that the main component of the natural vibrations of the examined structure, determined with reference to the abscissa axis of the graph, occurs at a frequency of 9.5 Hz. This method can be recommended for studies of the natural vibrations of both Soft Bearing and Hard Bearing balancing machine supports.

3.1.3.2. Determining Natural Frequencies of Supports in Coasting Mode

Dalam beberapa kes, frekuensi semula jadi sokongan boleh ditentukan dengan mengukur amplitud dan fasa getaran secara kitaran "di pantai." Dalam melaksanakan kaedah ini, rotor yang dipasang pada mesin yang diperiksa pada mulanya dipercepatkan kepada kelajuan putaran maksimumnya, selepas itu pemacunya diputuskan sambungannya, dan frekuensi daya gangguan yang berkaitan dengan ketidakseimbangan rotor secara beransur-ansur berkurangan dari maksimum ke titik berhenti.

In this case, the natural frequencies of supports can be determined by two characteristics:

• By a local jump in vibration amplitude observed in the resonance areas;
• By a sharp change (up to 180°) in the vibration phase observed in the zone of the amplitude jump.

Dalam peranti siri "Balanset", mod "Vibrometer" ("Balanset 1") atau mod "Pengimbangan. Pemantauan" ("Balanset 2C" dan "Balanset 4") boleh digunakan untuk mengesan frekuensi semula jadi objek "di pantai", yang membolehkan pengukuran kitaran amplitud dan fasa getaran pada frekuensi putaran rotor.

Tambahan pula, perisian "Balanset 1" juga merangkumi mod "Graf. Pelapis" khusus, yang membolehkan memplot graf perubahan amplitud dan fasa getaran sokongan di pantai sebagai fungsi perubahan frekuensi putaran, memudahkan proses mendiagnosis resonans dengan ketara.

It should be noted that, for obvious reasons (see section 3.1.1), the method of identifying natural frequencies of supports on the coast can only be used in the case of studying Soft Bearing balancing machines, where the working frequencies of rotor rotation significantly exceed the natural frequencies of supports in the transverse direction.

In the case of Hard Bearing machines, where the working frequencies of rotor rotation exciting the vibrations of supports on the coast are significantly below the natural frequencies of the supports, the use of this method is practically impossible.

3.1.4. Practical Recommendations for Designing and Manufacturing Supports for Balancing Machines

3.1.2. Calculating Natural Frequencies of Supports by Computational Methods

Calculations of the natural frequencies of supports using the above-discussed calculation scheme can be performed in two directions:

• In the transverse direction of the supports, which coincides with the direction of measuring their vibrations caused by the forces of rotor unbalance;
• In the axial direction, coinciding with the axis of rotation of the balanced rotor mounted on the machine supports.

Mengira frekuensi semula jadi sokongan dalam arah menegak memerlukan penggunaan teknik pengiraan yang lebih kompleks, yang (selain parameter sokongan dan rotor seimbang itu sendiri) mesti mengambil kira parameter bingkai dan spesifikasi pemasangan mesin di atas asas. Kaedah ini tidak dibincangkan dalam penerbitan ini. Analisis formula 3.1 membolehkan beberapa cadangan mudah yang harus dipertimbangkan oleh pereka mesin dalam aktiviti praktikal mereka. Khususnya, frekuensi semula jadi sokongan boleh diubah dengan mengubah kekakuan dan/atau jisimnya. Meningkatkan kekakuan meningkatkan frekuensi semula jadi sokongan, manakala meningkatkan jisim mengurangkannya. Perubahan ini mempunyai hubungan songsang segi empat sama tak linear. Contohnya, menggandakan kekakuan sokongan hanya meningkatkan frekuensi semula jadinya sebanyak 1.4. Begitu juga, menggandakan jisim bahagian sokongan yang bergerak hanya mengurangkan frekuensi semula jadinya sebanyak 1.4.

3.1.4.1. Soft Bearing Machines with Flat Plate Springs

Beberapa variasi reka bentuk penyokong mesin pengimbang yang dibuat dengan spring rata telah dibincangkan di atas dalam bahagian 2.1 dan digambarkan dalam Rajah 2.7 - 2.9. Menurut maklumat kami, reka bentuk sedemikian paling biasa digunakan dalam mesin yang bertujuan untuk mengimbangkan aci pemacu.

Sebagai contoh, mari kita pertimbangkan parameter spring yang digunakan oleh salah seorang pelanggan (LLC "Rost-Service", St. Petersburg) dalam pembuatan sokongan mesin mereka sendiri. Mesin ini bertujuan untuk mengimbangi aci pemacu 2, 3, dan 4-sokongan, dengan jisim tidak melebihi 200 kg. Dimensi geometri spring (tinggi * lebar * ketebalan) yang digunakan dalam sokongan gelendong utama dan pacuan mesin, yang dipilih oleh pelanggan, masing-masing ialah 300*200*3 mm.

Frekuensi semula jadi sokongan tanpa beban, yang ditentukan secara eksperimen oleh kaedah pengujaan hentaman menggunakan sistem pengukuran standard mesin "Balanset 4", didapati 11 - 12 Hz. Pada frekuensi semula jadi getaran sokongan sedemikian, frekuensi putaran rotor yang diseimbangkan semasa pengimbangan tidak boleh lebih rendah daripada 22-24 Hz (1320 – 1440 RPM).

Dimensi geometri pegas rata yang digunakan oleh pengeluar yang sama pada sokongan perantaraan masing-masing adalah 200*200*3 mm. Selain itu, seperti yang ditunjukkan oleh kajian, frekuensi semula jadi sokongan ini adalah lebih tinggi, mencapai 13-14 Hz.

Berdasarkan keputusan ujian, pengeluar mesin dinasihatkan untuk menyelaraskan (menyamakan) frekuensi semula jadi gelendong dan sokongan perantaraan. Ini akan memudahkan pemilihan julat frekuensi putaran operasi aci pemacu semasa pengimbangan dan mengelakkan potensi ketidakstabilan bacaan sistem pengukuran disebabkan oleh sokongan yang memasuki kawasan getaran resonan.

The methods for adjusting the natural frequencies of vibrations of supports on flat springs are obvious. This adjustment can be achieved by changing the geometric dimensions or shape of the flat springs, which is achieved, for example, by milling longitudinal or transverse slots that reduce their stiffness.

As previously mentioned, verification of the results of such adjustment can be conducted by identifying the natural frequencies of vibrations of the supports using the methods described in sections 3.1.3.1 and 3.1.3.2.

Figure 3.6 presents a classic version of the support design on flat springs, used in one of his machines by A. Sinitsyn. As shown in the figure, the support includes the following components:

• Upper plate 1;
• Two flat springs 2 and 3;
• Lower plate 4;
• Stop bracket 5.

Figure 3.6. Design Variation of a Support on Flat Springs

The upper plate 1 of the support can be used to mount the spindle or an intermediate bearing. Depending on the purpose of the support, the lower plate 4 can be rigidly attached to the machine guides or installed on movable slides, allowing the support to move along the guides. Bracket 5 is used to install a locking mechanism for the support, enabling it to be securely fixed during the acceleration and deceleration of the balanced rotor.

Pegas rata untuk sokongan mesin Bearing Lembut hendaklah diperbuat daripada pegas daun atau keluli aloi berkualiti tinggi. Penggunaan keluli struktur biasa dengan kekuatan alah yang rendah tidak digalakkan, kerana ia boleh mengalami ubah bentuk sisa di bawah beban statik dan dinamik semasa operasi, yang membawa kepada pengurangan ketepatan geometri mesin dan juga kehilangan kestabilan sokongan.

Bagi mesin dengan jisim rotor seimbang yang tidak melebihi 300 - 500 kg, ketebalan sokongan boleh ditingkatkan kepada 30 - 40 mm, dan bagi mesin yang direka untuk mengimbangi rotor dengan jisim maksimum antara 1000 hingga 3000 kg, ketebalan sokongan boleh mencapai 50 - 60 mm atau lebih. Seperti yang ditunjukkan oleh analisis ciri dinamik sokongan yang dinyatakan di atas, frekuensi getaran semula jadinya, yang diukur dalam satah melintang (satah pengukuran ubah bentuk relatif bahagian "fleksibel" dan "tegar"), biasanya melebihi 100 Hz atau lebih. Frekuensi getaran semula jadi sokongan Galas Keras berada dalam satah hadapan, diukur dalam arah yang sepadan dengan paksi putaran rotor seimbang, biasanya jauh lebih rendah. Dan frekuensi inilah yang harus dipertimbangkan terutamanya apabila menentukan had atas julat frekuensi operasi untuk rotor berputar yang seimbang pada mesin. Seperti yang dinyatakan di atas, penentuan frekuensi ini boleh dilakukan dengan kaedah pengujaan hentaman yang diterangkan dalam bahagian 3.1.

Figure 3.7. Machine for Balancing Electric Motor Rotors, Assembled, Developed by A. Mokhov.

Figure 3.8. Machine for Balancing Turbopump Rotors, Developed by G. Glazov (Bishkek)

3.1.4.2. Soft Bearing Machine Supports with Suspension on Strip Springs

In designing strip springs used for supporting suspensions, attention should be paid to selecting the thickness and width of the spring strip, which on one hand must withstand the static and dynamic load of the rotor on the support, and on the other hand, must prevent the possibility of torsional vibrations of the support suspension, manifesting as axial run-out.

Contoh pelaksanaan struktur mesin pengimbang menggunakan penggantungan spring jalur ditunjukkan dalam Rajah 2.1 - 2.5 (lihat bahagian 2.1), serta dalam Rajah 3.7 dan 3.8 bahagian ini.

3.1.4.4. Sokongan Galas Keras untuk Mesin

Seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman luas kami dengan pelanggan, sebahagian besar pengeluar pengimbang buatan sendiri baru-baru ini mula memilih mesin galas keras dengan sokongan tegar. Dalam bahagian 2.2, Rajah 2.16 – 2.18 menggambarkan gambar pelbagai reka bentuk struktur mesin yang menggunakan sokongan sedemikian. Lakaran tipikal sokongan tegar, yang dibangunkan oleh salah seorang pelanggan kami untuk pembinaan mesin mereka, ditunjukkan dalam Rajah 3.10. Sokongan ini terdiri daripada plat keluli rata dengan alur berbentuk P, yang secara konvensional membahagikan sokongan kepada bahagian "tegar" dan "fleksibel". Di bawah pengaruh daya ketidakseimbangan, bahagian "fleksibel" sokongan boleh berubah bentuk berbanding bahagian "tegarnya". Magnitud ubah bentuk ini, yang ditentukan oleh ketebalan sokongan, kedalaman alur, dan lebar jambatan yang menghubungkan bahagian "fleksibel" dan "tegar" sokongan, boleh diukur menggunakan sensor sistem pengukur mesin yang sesuai. Disebabkan kekurangan kaedah untuk mengira kekakuan melintang sokongan tersebut, dengan mengambil kira kedalaman h alur berbentuk P, lebar t jambatan, serta ketebalan sokongan r (lihat Rajah 3.10), parameter reka bentuk ini biasanya ditentukan secara eksperimen oleh pembangun.

Bagi mesin dengan jisim rotor seimbang yang tidak melebihi 300 - 500 kg, ketebalan sokongan boleh ditingkatkan kepada 30 - 40 mm, dan bagi mesin yang direka untuk mengimbangi rotor dengan jisim maksimum antara 1000 hingga 3000 kg, ketebalan sokongan boleh mencapai 50 - 60 mm atau lebih. Seperti yang ditunjukkan oleh analisis ciri dinamik sokongan yang dinyatakan di atas, frekuensi getaran semula jadinya, yang diukur dalam satah melintang (satah pengukuran ubah bentuk relatif bahagian "fleksibel" dan "tegar"), biasanya melebihi 100 Hz atau lebih. Frekuensi getaran semula jadi sokongan Galas Keras berada dalam satah hadapan, diukur dalam arah yang sepadan dengan paksi putaran rotor seimbang, biasanya jauh lebih rendah. Dan frekuensi inilah yang harus dipertimbangkan terutamanya apabila menentukan had atas julat frekuensi operasi untuk rotor berputar yang seimbang pada mesin.

Figure 3.26. Example of Using a Used Lathe Bed for Manufacturing a Hard Bearing Machine for Balancing Augers.

Figure 3.27. Example of Using a Used Lathe Bed for Manufacturing a Soft Bearing Machine for Balancing Shafts.

Figure 3.28. Example of Fabricating an Assembled Bed from Channels

Figure 3.29. Example of Fabricating a Welded Bed from Channels

Figure 3.30. Example of Manufacturing a Welded Bed from Channels

Figure 3.31. Example of a Balancing Machine Bed Made of Polymer Concrete

Biasanya, semasa mengeluarkan katil sedemikian, bahagian atasnya diperkukuh dengan sisipan keluli yang digunakan sebagai panduan di mana pendirian sokongan mesin pengimbang adalah asas. Baru-baru ini, katil yang diperbuat daripada konkrit polimer dengan salutan redaman getaran telah digunakan secara meluas. Teknologi untuk mengeluarkan katil ini diterangkan dengan baik dalam talian dan boleh dilaksanakan dengan mudah oleh pengeluar DIY. Disebabkan oleh kesederhanaan relatif dan kos pengeluaran yang rendah, katil ini mempunyai beberapa kelebihan utama berbanding rakan sejawat logamnya:

• Higher damping coefficient for vibrational oscillations;
• Lower thermal conductivity, ensuring minimal thermal deformation of the bed;
• Higher corrosion resistance;
• Absence of internal stresses.

3.1.4.3. Soft Bearing Machine Supports Made Using Cylindrical Springs

An example of a Soft Bearing balancing machine, in which cylindrical compression springs are used in the design of the supports, is shown in Figure 3.9. The main drawback of this design solution is related to the varying degrees of spring deformation in the front and rear supports, which occurs if the loads on the supports are unequal during the balancing of asymmetrical rotors. This naturally leads to misalignment of the supports and skewing of the rotor axis in the vertical plane. One of the negative consequences of this defect may be the emergence of forces that cause the rotor to shift axially during rotation.

Fig. 3.9. Soft Bearing Support Construction Variant for Balancing Machines Using Cylindrical Springs.

3.1.4.4. Sokongan Galas Keras untuk Mesin

Seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman luas kami dengan pelanggan, sebahagian besar pengeluar pengimbang buatan sendiri baru-baru ini mula memilih mesin galas keras dengan sokongan tegar. Dalam bahagian 2.2, Rajah 2.16 – 2.18 menggambarkan gambar pelbagai reka bentuk struktur mesin yang menggunakan sokongan sedemikian. Lakaran tipikal sokongan tegar, yang dibangunkan oleh salah seorang pelanggan kami untuk pembinaan mesin mereka, ditunjukkan dalam Rajah 3.10. Sokongan ini terdiri daripada plat keluli rata dengan alur berbentuk P, yang secara konvensional membahagikan sokongan kepada bahagian "tegar" dan "fleksibel". Di bawah pengaruh daya ketidakseimbangan, bahagian "fleksibel" sokongan boleh berubah bentuk berbanding bahagian "tegarnya". Magnitud ubah bentuk ini, yang ditentukan oleh ketebalan sokongan, kedalaman alur, dan lebar jambatan yang menghubungkan bahagian "fleksibel" dan "tegar" sokongan, boleh diukur menggunakan sensor sistem pengukur mesin yang sesuai. Disebabkan kekurangan kaedah untuk mengira kekakuan melintang sokongan tersebut, dengan mengambil kira kedalaman h alur berbentuk P, lebar t jambatan, serta ketebalan sokongan r (lihat Rajah 3.10), parameter reka bentuk ini biasanya ditentukan secara eksperimen oleh pembangun.

Fig. 3.10. Sketch of Hard Bearing Support for Balancing Machine

Gambar-gambar yang memaparkan pelbagai pelaksanaan sokongan sedemikian, yang dihasilkan untuk mesin pelanggan kami sendiri, dibentangkan dalam Rajah 3.11 dan 3.12. Meringkaskan data yang diperoleh daripada beberapa pelanggan kami yang merupakan pengeluar mesin, keperluan untuk ketebalan sokongan, yang ditetapkan untuk mesin pelbagai saiz dan kapasiti beban, boleh dirumuskan. Contohnya, untuk mesin yang bertujuan untuk mengimbangi rotor dengan berat dari 0.1 hingga 50-100 kg, ketebalan sokongan mungkin 20 mm.

Fig. 3.11. Hard Bearing Supports for Balancing Machine, Manufactured by A. Sinitsyn

Fig. 3.12. Hard Bearing Support for Balancing Machine, Manufactured by D. Krasilnikov

Bagi mesin dengan jisim rotor seimbang yang tidak melebihi 300 - 500 kg, ketebalan sokongan boleh ditingkatkan kepada 30 - 40 mm, dan bagi mesin yang direka untuk mengimbangi rotor dengan jisim maksimum antara 1000 hingga 3000 kg, ketebalan sokongan boleh mencapai 50 - 60 mm atau lebih. Seperti yang ditunjukkan oleh analisis ciri dinamik sokongan yang dinyatakan di atas, frekuensi getaran semula jadinya, yang diukur dalam satah melintang (satah pengukuran ubah bentuk relatif bahagian "fleksibel" dan "tegar"), biasanya melebihi 100 Hz atau lebih. Frekuensi getaran semula jadi sokongan Galas Keras berada dalam satah hadapan, diukur dalam arah yang sepadan dengan paksi putaran rotor seimbang, biasanya jauh lebih rendah. Dan frekuensi inilah yang harus dipertimbangkan terutamanya apabila menentukan had atas julat frekuensi operasi untuk rotor berputar yang seimbang pada mesin. Seperti yang dinyatakan di atas, penentuan frekuensi ini boleh dilakukan dengan kaedah pengujaan hentaman yang diterangkan dalam bahagian 3.1.

3.2. Supporting Assemblies of Balancing Machines

3.2.1. Main Types of Supporting Assemblies

In the manufacture of both Hard Bearing and Soft Bearing balancing machines, the following well-known types of supporting assemblies, used for the installation and rotation of balanced rotors on supports, can be recommended, including:

• Prismatic supporting assemblies;
• Supporting assemblies with rotating rollers;
• Spindle supporting assemblies.

3.2.1.1. Prismatic Supporting Assemblies

Perhimpunan ini, yang mempunyai pelbagai pilihan reka bentuk, biasanya dipasang pada penyokong mesin kecil dan sederhana, di mana rotor dengan jisim tidak melebihi 50 - 100 kg boleh diimbangi. Satu contoh versi paling mudah bagi perhimpunan penyokong prisma ditunjukkan dalam Rajah 3.13. Perhimpunan penyokong ini diperbuat daripada keluli dan digunakan pada mesin pengimbang turbin. Sebilangan pengeluar mesin pengimbang kecil dan sederhana, semasa mengeluarkan perhimpunan penyokong prisma, lebih suka menggunakan bahan bukan logam (dielektrik), seperti teksolit, fluoroplastik, kaprolon, dll.

3.13. Execution Variant of Prismatic Supporting Assembly, Used on a Balancing Machine for Automobile Turbines

Perhimpunan sokongan yang serupa (lihat Rajah 3.8 di atas) dilaksanakan, contohnya, oleh G. Glazov dalam mesinnya, yang juga bertujuan untuk mengimbangi turbin automobil. Penyelesaian teknikal asal bagi perhimpunan sokongan prisma, yang diperbuat daripada fluoroplastik (lihat Rajah 3.14), dicadangkan oleh LLC "Technobalance".

Rajah 3.14. Perhimpunan Sokongan Prismatik oleh LLC "Technobalance""

Perhimpunan sokongan khusus ini dibentuk menggunakan dua lengan silinder 1 dan 2, dipasang pada sudut antara satu sama lain dan dipasang pada paksi sokongan. Rotor seimbang menyentuh permukaan lengan di sepanjang garis penjana silinder, yang meminimumkan luas sentuhan antara aci rotor dan sokongan, seterusnya mengurangkan daya geseran dalam sokongan. Jika perlu, sekiranya berlaku haus atau kerosakan pada permukaan sokongan di kawasan sentuhannya dengan aci rotor, kemungkinan pampasan haus disediakan dengan memutarkan lengan di sekeliling paksinya pada beberapa sudut. Perlu diingatkan bahawa apabila menggunakan pemasangan sokongan yang diperbuat daripada bahan bukan logam, adalah perlu untuk menyediakan kemungkinan struktur untuk mengasaskan rotor seimbang ke badan mesin, yang menghapuskan risiko cas elektrik statik yang kuat berlaku semasa operasi. Ini, pertama, membantu mengurangkan gangguan elektrik dan gangguan yang boleh menjejaskan prestasi sistem pengukuran mesin, dan kedua, menghapuskan risiko kakitangan terjejas oleh tindakan elektrik statik.

3.2.1.2. Roller Supporting Assemblies

Perhimpunan ini biasanya dipasang pada sokongan mesin yang direka untuk mengimbangkan rotor dengan jisim melebihi 50 kilogram dan lebih. Penggunaannya dengan ketara mengurangkan daya geseran dalam sokongan berbanding sokongan prisma, memudahkan putaran rotor yang seimbang. Sebagai contoh, Rajah 3.15 menunjukkan varian reka bentuk perhimpunan sokongan di mana penggelek digunakan untuk kedudukan produk. Dalam reka bentuk ini, galas penggelek standard digunakan sebagai penggelek 1 dan 2, yang gelang luarnya berputar pada paksi pegun yang dipasang pada badan sokongan mesin 3. Rajah 3.16 menggambarkan lakaran reka bentuk perhimpunan sokongan penggelek yang lebih kompleks yang dilaksanakan dalam projek mereka oleh salah satu pengeluar mesin pengimbang buatan sendiri. Seperti yang dilihat dari lukisan, untuk meningkatkan kapasiti beban penggelek (dan seterusnya pemasangan sokongan secara keseluruhan), sepasang galas penggelek 1 dan 2 dipasang di badan penggelek 3. Pelaksanaan praktikal reka bentuk ini, meskipun terdapat semua kelebihannya yang jelas, nampaknya merupakan tugas yang agak kompleks, yang berkaitan dengan keperluan fabrikasi badan penggelek 3 secara bebas, yang mana keperluan yang sangat tinggi untuk ketepatan geometri dan ciri-ciri mekanikal bahan dikenakan.

Fig. 3.15. Example of Roller Supporting Assembly Design

Fig. 3.16. Example of Roller Supporting Assembly Design with Two Rolling Bearings

Rajah 3.17 membentangkan varian reka bentuk pemasangan sokongan penggelek penjajaran kendiri yang dibangunkan oleh pakar LLC "Technobalance". Dalam reka bentuk ini, keupayaan penjajaran kendiri penggelek dicapai dengan memberikannya dua darjah kebebasan tambahan, yang membolehkan penggelek membuat pergerakan sudut kecil di sekitar paksi X dan Y. Pemasangan sokongan sedemikian, yang memastikan ketepatan tinggi dalam pemasangan rotor seimbang, biasanya disyorkan untuk digunakan pada sokongan mesin pengimbang berat.

Fig. 3.17. Example of Self-Aligning Roller Supporting Assembly Design

As mentioned earlier, roller support assemblies typically have fairly high requirements for precision manufacturing and rigidity. In particular, the tolerances set for radial runout of the rollers should not exceed 3-5 microns.

Dalam praktiknya, ini tidak selalunya dicapai walaupun oleh pengeluar terkenal. Contohnya, semasa pengujian pengarang terhadap larian jejari bagi satu set pemasangan sokongan penggelek baharu, yang dibeli sebagai alat ganti untuk mesin pengimbang model H8V, jenama "K. Shenk", larian jejari penggelek mereka mencapai 10-11 mikron.

3.2.1.3. Spindle Supporting Assemblies

When balancing rotors with flange mounting (for example, cardan shafts) on balancing machines, spindles are used as supporting assemblies for positioning, mounting, and rotation of the balanced products.

Spindles are one of the most complex and critical components of balancing machines, largely responsible for achieving the required balancing quality.

Teori dan amalan mereka bentuk dan mengeluarkan gelendong telah dibangunkan dengan agak baik dan tercermin dalam pelbagai penerbitan, antaranya, monograf "Butiran dan Mekanisme Alat Mesin Pemotongan Logam" [1], yang disunting oleh Dr. Eng. DN Reshetov, menonjol sebagai yang paling berguna dan mudah diakses oleh pembangun.

Among the main requirements that should be considered in the design and manufacturing of balancing machine spindles, the following should be prioritized:

a) Providing high rigidity of the spindle assembly structure sufficient to prevent unacceptable deformations that may occur under the influence of unbalance forces of the balanced rotor;

b) Ensuring the stability of the spindle rotation axis position, characterized by permissible values of radial, axial, and axial runouts of the spindle;

c) Ensuring proper wear resistance of the spindle journals, as well as its seating and supporting surfaces used for mounting balanced products.

Pelaksanaan praktikal keperluan ini diperincikan dalam Bahagian VI "Gelund dan Sokongannya" kerja [1].

In particular, there are methodologies for verifying the rigidity and rotational accuracy of spindles, recommendations for selecting bearings, choosing spindle material and methods of its hardening, as well as much other useful information on this topic.

Work [1] notes that in the design of spindles for most types of metal-cutting machine tools, a two-bearing scheme is mainly used.

An example of the design variant of such a two-bearing scheme used in milling machine spindles (details can be found in work [1]) is shown in Fig. 3.18.

This scheme is quite suitable for the manufacture of balancing machine spindles, examples of design variants of which are shown below in Figures 3.19-3.22.

Fig. 3.18. Sketch of a Two-Bearing Milling Machine Spindle

Figure 3.19 shows one of the design variants of the leading spindle assembly of a balancing machine, rotating on two radial-thrust bearings, each of which has its own independent housing 1 and 2. A flange 4, intended for flange mounting of a cardan shaft, and a pulley 5, used to transmit rotation to the spindle from the electric motor using a V-belt drive, are mounted on the spindle shaft 3.

Figure 3.19. Example of Spindle Design on Two Independent Bearing Supports

Figures 3.20 and 3.21 show two closely related designs of leading spindle assemblies. In both cases, the spindle bearings are installed in a common housing 1, which has a through axial hole necessary for installing the spindle shaft. At the entrance and exit of this hole, the housing has special bores (not shown in the figures), designed to accommodate radial thrust bearings (roller or ball) and special flange covers 5, used to secure the outer rings of the bearings.

Figure 3.20. Example 1 of a Leading Spindle Design on Two Bearing Supports Installed in a Common Housing

Figure 3.21. Example 2 of a Leading Spindle Design on Two Bearing Supports Installed in a Common Housing

As in the previous version (see Fig. 3.19), a faceplate 2 is installed on the spindle shaft, intended for flange mounting of the drive shaft, and a pulley 3, used to transmit rotation to the spindle from the electric motor via a belt drive. A limb 4 is also fixed to the spindle shaft, which is used to determine the angular position of the spindle, utilized when installing test and corrective weights on the rotor during balancing.

Figure 3.22. Example of a Design of a Driven (Rear) Spindle

Figure 3.22 shows a design variant of the driven (rear) spindle assembly of a machine, which differs from the leading spindle only by the absence of the drive pulley and limb, as they are not needed.

Rajah 3.23. Contoh Pelaksanaan Reka Bentuk Spindle Dipacu (Belakang)

As seen in Figures 3.20 – 3.22, the spindle assemblies discussed above are attached to the Soft Bearing supports of balancing machines using special clamps (straps) 6. Other methods of attachment can also be used if necessary, ensuring proper rigidity and precision in positioning the spindle assembly on the support.

Figure 3.23 illustrates a design of flange mounting similar to that spindle, which can be used for its installation on a Hard Bearing support of a balancing machine.

3.2.1.3.4. Mengira Kekakuan Spindle dan Larian Jejari

Untuk menentukan ketegaran gelendong dan jangkaan larian jejari, formula 3.4 boleh digunakan (lihat skema pengiraan dalam Rajah 3.24):

where:

• Y - anjakan elastik gelendong di hujung konsol gelendong, cm;
• P - beban yang dikira bertindak pada konsol gelendong, kg;
• A - sokongan galas belakang gelendong;
• B - sokongan galas hadapan gelendong;
• g - panjang konsol gelendong, cm;
• c - jarak antara penyokong A dan B gelendong, cm;
• J1 - momen inersia purata keratan gelendong antara penyokong, cm⁴;
• J2 - momen inersia purata bagi keratan konsol gelendong, cm⁴;
• jB dan jA - kekakuan galas untuk sokongan hadapan dan belakang gelendong, masing-masing, kg/cm.

By transforming formula 3.4, the desired calculated value of the spindle assembly stiffness jшп can be determined:

Considering the recommendations of work [1] for medium-sized balancing machines, this value should not be below 50 kg/µm.

Untuk pengiraan larian jejarian, formula 3.5 digunakan:

where:

• ∆ is the radial runout at the spindle console end, µm;
• ∆B is the radial runout of the front spindle bearing, µm;
• ∆A is the radial runout of the rear spindle bearing, µm;
• g is the spindle console length, cm;
• c is the distance between supports A and B of the spindle, cm.

3.2.1.3.5. Ensuring Spindle Balance Requirements

Perhimpunan spindel mesin pengimbang mestilah diseimbangkan dengan baik, kerana sebarang ketidakseimbangan sebenar akan dipindahkan kepada rotor yang diseimbangkan sebagai ralat tambahan. Apabila menetapkan toleransi teknologi untuk ketidakseimbangan baki spindel, secara amnya dinasihatkan bahawa kelas ketepatan pengimbangannya hendaklah sekurang-kurangnya 1 - 2 kelas lebih tinggi daripada produk yang diseimbangkan pada mesin.

Considering the design features of the spindles discussed above, their balancing should be performed in two planes.

3.2.1.3.6. Ensuring Bearing Load Capacity and Durability Requirements for Spindle Bearings

Semasa mereka bentuk gelendong dan memilih saiz galas, adalah dinasihatkan untuk menilai ketahanan dan kapasiti beban galas terlebih dahulu. Metodologi untuk melaksanakan pengiraan ini boleh diperincikan dalam ISO 18855-94 (ISO 281-89) "Rolling Bearings - Dynamic Load Rating and Rating Life" [3], serta dalam pelbagai buku panduan galas gulung (termasuk digital).

3.2.1.3.7. Ensuring Requirements for Acceptable Heating of Spindle Bearings

According to recommendations from work [1], the maximum permissible heating of the outer rings of spindle bearings should not exceed 70°C. However, to ensure high-quality balancing, the recommended heating of the outer rings should not exceed 40 – 45°C.

3.2.1.3.8. Choosing the Type of Belt Drive and the Design of the Drive Pulley for the Spindle

When designing the driving spindle of a balancing machine, it is recommended to ensure its rotation using a flat belt drive. An example of the proper use of such a drive for spindle operation is presented in Figures 3.20 and 3.23. Penggunaan pemacu tali pinggang-v atau tali pinggang bergigi adalah tidak diingini, kerana ia boleh mengenakan beban dinamik tambahan pada gelendong disebabkan oleh ketidaktepatan geometri pada tali pinggang dan takal, yang seterusnya boleh menyebabkan ralat pengukuran tambahan semasa pengimbangan. Keperluan yang disyorkan untuk takal untuk tali pinggang pemacu rata digariskan dalam ISO 17383-73 "Takal untuk tali pinggang pemacu rata" [4].

The drive pulley should be positioned at the rear end of the spindle, as close as possible to the bearing assembly (with the minimal possible overhang). The design decision for the overhanging placement of the pulley, made in the manufacture of the spindle shown in Figure 3.19, can be considered unsuccessful, as it significantly increases the moment of dynamic drive load acting on the spindle supports.

Another significant drawback of this design is the use of a v-belt drive, the manufacturing and assembly inaccuracies of which can also be a source of undesirable additional load on the spindle.

3.3. Bed (Frame)

The bed is the main supporting structure of the balancing machine, on which its main elements are based, including the support posts and the drive motor. When selecting or manufacturing the bed of a balancing machine, it is necessary to ensure it meets several requirements, including necessary stiffness, geometric precision, vibration resistance, and wear resistance of its guides.

Practice shows that when manufacturing machines for their own needs, the following bed options are most commonly used:

• cast iron beds from used metal-cutting machines (lathes, woodworking, etc.);
• assembled beds based on channels, assembled using bolt connections;
• welded beds based on channels;
• polymer concrete beds with vibration-absorbing coatings.

Figure 3.25. Example of Using a Used Woodworking Machine Bed for Manufacturing a Machine for Balancing Cardan Shafts.

3.4. Drives for Balancing Machines

As the analysis of design solutions used by our clients in the manufacture of balancing machines shows, they mainly focus on using AC motors equipped with variable frequency drives during the design of drives. This approach allows for a wide range of adjustable rotation speeds for the balanced rotors with minimal cost. The power of the main drive motors used for spinning the balanced rotors is usually selected based on the mass of these rotors and can approximately be:

• 0.25 - 0.72 kW untuk mesin yang direka untuk mengimbangi rotor dengan jisim ≤ 5 kg;
• 0.72 - 1.2 kW untuk mesin yang direka bentuk untuk mengimbangi rotor dengan jisim > 5 ≤ 50 kg;
• 1.2 - 1.5 kW untuk mesin yang direka bentuk untuk mengimbangi rotor dengan jisim > 50 ≤ 100 kg;
• 1.5 - 2.2 kW untuk mesin yang direka bentuk untuk mengimbangi rotor dengan jisim > 100 ≤ 500 kg;
• 2.2 - 5 kW untuk mesin yang direka bentuk untuk mengimbangi rotor dengan jisim > 500 ≤ 1000 kg;
• 5 - 7.5 kW untuk mesin yang direka bentuk untuk mengimbangkan rotor dengan jisim > 1000 ≤ 3000 kg.

These motors should be rigidly mounted on the machine bed or its foundation. Before installation on the machine (or at the installation site), the main drive motor, along with the pulley mounted on its output shaft, should be carefully balanced. To reduce electromagnetic interference caused by the variable frequency drive, it is recommended to install network filters at its input and output. These can be standard off-the-shelf products supplied by the manufacturers of the drives or homemade filters made using ferrite rings.

4. Sistem Pengukuran Mesin Pengimbang

Kebanyakan pengeluar mesin pengimbang amatur, yang menghubungi LLC "Kinematics" (Vibromera), merancang untuk menggunakan sistem pengukuran siri "Balanset" yang dikeluarkan oleh syarikat kami dalam reka bentuk mereka. Walau bagaimanapun, terdapat juga beberapa pelanggan yang merancang untuk mengeluarkan sistem pengukuran sedemikian secara bebas. Oleh itu, adalah masuk akal untuk membincangkan pembinaan sistem pengukuran untuk mesin pengimbang dengan lebih terperinci. Keperluan utama untuk sistem ini adalah keperluan untuk menyediakan pengukuran amplitud dan fasa komponen putaran isyarat getaran yang tepat tinggi, yang muncul pada frekuensi putaran rotor yang seimbang. Matlamat ini biasanya dicapai dengan menggunakan gabungan penyelesaian teknikal, termasuk:

• Use of vibration sensors with a high signal conversion coefficient;
• Use of modern laser phase angle sensors;
• Creation (or use) of hardware that allows for the amplification and digital conversion of sensor signals (primary signal processing);
• Pelaksanaan pemprosesan perisian bagi isyarat getaran, yang sepatutnya membolehkan pengekstrakan komponen putaran isyarat getaran yang beresolusi tinggi dan stabil, yang ditunjukkan pada frekuensi putaran rotor yang seimbang (pemprosesan sekunder).

Di bawah, kami mempertimbangkan varian penyelesaian teknikal yang diketahui, yang dilaksanakan dalam beberapa instrumen pengimbangan yang terkenal.

4.1. Pemilihan Penderia Getaran

In the measurement systems of balancing machines, various types of vibration sensors (transducers) can be used, including:

• Vibration acceleration sensors (accelerometers);
• Vibration velocity sensors;
• Vibration displacement sensors;
• Force sensors.

4.1.1. Vibration Acceleration Sensors

Antara sensor pecutan getaran, pecutan piezo dan kapasitif (cip) adalah yang paling banyak digunakan, yang boleh digunakan secara berkesan dalam mesin pengimbang jenis Soft Bearing. Dalam praktiknya, secara amnya dibenarkan untuk menggunakan sensor pecutan getaran dengan pekali penukaran (Kpr) antara 10 hingga 30 mV/(m/s²). Dalam mesin pengimbang yang memerlukan ketepatan pengimbangan yang sangat tinggi, adalah dinasihatkan untuk menggunakan pecutan dengan Kpr mencapai tahap 100 mV/(m/s²) dan ke atas. Sebagai contoh pecutan piezo yang boleh digunakan sebagai sensor getaran untuk mesin pengimbang, Rajah 4.1 menunjukkan pecutan piezo DN3M1 dan DN3M1V6 yang dikeluarkan oleh LLC "Izmeritel".

Figure 4.1. Piezo Accelerometers DN 3M1 and DN 3M1V6

To connect such sensors to vibration measuring instruments and systems, it is necessary to use external or built-in charge amplifiers.

Rajah 4.2. Meter Pecutan Kapasitif AD1 Dikilangkan oleh LLC "Kinematik" (Vibromera)

It should be noted that these sensors, which include widely used market boards of capacitive accelerometers ADXL 345 (see Figure 4.3), have several significant advantages over piezo accelerometers. Specifically, they are 4 to 8 times cheaper with similar technical characteristics. Moreover, they do not require the use of costly and finicky charge amplifiers needed for piezo accelerometers.

In cases where both types of accelerometers are used in the measurement systems of balancing machines, hardware integration (or double integration) of the sensor signals is usually performed.

Figure 4.2. Capacitive Accelerometers AD 1, assembled.

Rajah 4.2. Meter Pecutan Kapasitif AD1 Dikilangkan oleh LLC "Kinematik" (Vibromera)

It should be noted that these sensors, which include widely used market boards of capacitive accelerometers ADXL 345 (see Figure 4.3), have several significant advantages over piezo accelerometers. Specifically, they are 4 to 8 times cheaper with similar technical characteristics. Moreover, they do not require the use of costly and finicky charge amplifiers needed for piezo accelerometers.

Figure 4.3. Capacitive accelerometer board ADXL 345.

In this case, the initial sensor signal, proportional to vibrational acceleration, is accordingly transformed into a signal proportional to vibrational velocity or displacement. The procedure of double integration of the vibration signal is particularly relevant when using accelerometers as part of the measuring systems for low-speed balancing machines, where the lower rotor rotation frequency range during balancing can reach 120 rpm and below. When using capacitive accelerometers in the measuring systems of balancing machines, it should be considered that after integration, their signals may contain low-frequency interference, manifesting in the frequency range from 0.5 to 3 Hz. This may limit the lower frequency range of balancing on machines intended to use these sensors.

4.1.2. Vibration Velocity Sensors

4.1.2.1. Inductive Vibration Velocity Sensors.

These sensors include an inductive coil and a magnetic core. When the coil vibrates relative to a stationary core (or the core relative to a stationary coil), an EMF is induced in the coil, the voltage of which is directly proportional to the vibration velocity of the movable element of the sensor. The conversion coefficients (Кпр) of inductive sensors are usually quite high, reaching several tens or even hundreds of mV/mm/sec. In particular, the conversion coefficient of the Schenck model T77 sensor is 80 mV/mm/sec, and for the IRD Mechanalysis model 544M sensor, it is 40 mV/mm/sec. In some cases (for example, in Schenck balancing machines), special highly sensitive inductive vibration velocity sensors with a mechanical amplifier are used, where Кпр can exceed 1000 mV/mm/sec. If inductive vibration velocity sensors are used in the measuring systems of balancing machines, hardware integration of the electrical signal proportional to vibration velocity can also be performed, converting it into a signal proportional to vibration displacement.

Figure 4.4. Model 544M sensor by IRD Mechanalysis.

Figure 4.5. Model T77 sensor by Schenck

It should be noted that due to the labor intensity of their production, inductive vibration velocity sensors are quite scarce and expensive items. Therefore, despite the obvious advantages of these sensors, amateur manufacturers of balancing machines use them very rarely.

4.2. Penderia Sudut Fasa

Untuk menyegerakkan proses pengukuran getaran dengan sudut putaran rotor yang seimbang, sensor sudut fasa, seperti sensor laser (fotoelektrik) atau induktif, digunakan. Sensor ini dihasilkan dalam pelbagai reka bentuk oleh pengeluar domestik dan antarabangsa. Julat harga untuk sensor ini boleh berbeza-beza dengan ketara, dari kira-kira 40 hingga 200 dolar. Satu contoh peranti sedemikian ialah sensor sudut fasa yang dikeluarkan oleh "Diamex," yang ditunjukkan dalam rajah 4.11.

Rajah 4.11: Sensor Sudut Fasa oleh "Diamex""

Sebagai contoh lain, Rajah 4.12 menunjukkan model yang dilaksanakan oleh LLC "Kinematics" (Vibromera), yang menggunakan takometer laser model DT 2234C buatan China sebagai sensor sudut fasa. The obvious advantages of this sensor include:

• A wide operating range, allowing measurement of rotor rotation frequency from 2.5 to 99,999 revolutions per minute, with a resolution of no less than one revolution;
• Digital display;
• Ease of setting up the tachometer for measurements;
• Affordability and low market cost;
• Relative simplicity of modification for integration into the measuring system of a balancing machine.

Figure 4.12: Laser Tachometer Model DT 2234C

Dalam sesetengah kes, apabila penggunaan penderia laser optik tidak diingini atas sebarang sebab, ia boleh digantikan dengan penderia anjakan bukan sentuhan induktif, seperti model ISAN E41A yang dinyatakan sebelum ini atau produk serupa daripada pengeluar lain.

4.3. Ciri Pemprosesan Isyarat dalam Penderia Getaran

Untuk pengukuran tepat amplitud dan fasa komponen putaran isyarat getaran dalam peralatan mengimbangi, gabungan perkakasan dan alat pemprosesan perisian biasanya digunakan. Alat ini membolehkan:

• Penapisan perkakasan jalur lebar bagi isyarat analog sensor;
• Penguatan isyarat analog sensor;
• Penyepaduan dan/atau penyepaduan berganda (jika perlu) isyarat analog;
• Penapisan jalur sempit isyarat analog menggunakan penapis penjejakan;
• Penukaran analog-ke-digital isyarat;
• Penapisan segerak bagi isyarat digital;
• Analisis harmonik isyarat digital.

4.3.1. Penapisan Isyarat Jalur Lebar

Prosedur ini penting untuk membersihkan isyarat sensor getaran daripada gangguan yang berpotensi berlaku pada kedua-dua batas bawah dan atas julat frekuensi peranti. Adalah dinasihatkan untuk peranti pengukur mesin pengimbang untuk menetapkan had bawah penapis jalur-lulus kepada 2-3 Hz dan had atas kepada 50 (100) Hz. Penapisan "Bawah" membantu menyekat hingar frekuensi rendah yang mungkin muncul pada output pelbagai jenis penguat pengukur sensor. Penapisan "Atas" menghapuskan kemungkinan gangguan disebabkan oleh frekuensi gabungan dan getaran resonan berpotensi bagi komponen mekanikal individu mesin.

4.3.2. Penguatan Isyarat Analog daripada Sensor

Jika terdapat keperluan untuk meningkatkan kepekaan sistem pengukur mesin pengimbang, isyarat daripada sensor getaran kepada input unit pengukur boleh dikuatkan. Kedua-dua penguat standard dengan gandaan malar dan penguat berbilang peringkat, yang gandaannya boleh diubah secara pengaturcaraan bergantung pada tahap isyarat sebenar daripada sensor, boleh digunakan. Satu contoh penguat berbilang peringkat boleh atur cara termasuk penguat yang dilaksanakan dalam penukar pengukuran voltan seperti E154 atau E14-140 oleh LLC "L-Card".

4.3.3. Integrasi

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, penyepaduan perkakasan dan/atau penyepaduan berganda isyarat sensor getaran disyorkan dalam sistem pengukur mesin pengimbang. Oleh itu, isyarat pecutan awal, berkadar dengan pecutan vibro, boleh diubah menjadi isyarat yang berkadar dengan kelajuan vibro (penyepaduan) atau anjakan-getaran (penyepaduan berganda). Begitu juga, isyarat sensor kelajuan vibro selepas penyepaduan boleh diubah menjadi isyarat yang berkadar dengan anjakan vibro.

4.3.4. Penapisan Narrowband Isyarat Analog Menggunakan Penapis Penjejakan

Untuk mengurangkan gangguan dan meningkatkan kualiti pemprosesan isyarat getaran dalam sistem pengukuran mesin pengimbang, penapis penjejakan jalur sempit boleh digunakan. Frekuensi pusat penapis ini ditala secara automatik kepada frekuensi putaran rotor yang seimbang menggunakan isyarat sensor putaran rotor. Litar bersepadu moden, seperti MAX263, MAX264, MAX267, MAX268 oleh "MAXIM", boleh digunakan untuk mencipta penapis sedemikian.

4.3.5. Penukaran Isyarat Analog-ke-Digital

Penukaran analog-ke-digital merupakan prosedur penting yang memastikan kemungkinan meningkatkan kualiti pemprosesan isyarat getaran semasa pengukuran amplitud dan fasa. Prosedur ini dilaksanakan dalam semua sistem pengukuran moden mesin pengimbang. Satu contoh pelaksanaan ADC yang berkesan termasuk penukar pengukuran voltan jenis E154 atau E14-140 oleh LLC "L-Card", yang digunakan dalam beberapa sistem pengukuran mesin pengimbang yang dikeluarkan oleh LLC "Kinematics" (Vibromera). Selain itu, LLC "Kinematics" (Vibromera) mempunyai pengalaman menggunakan sistem mikropemproses yang lebih murah berdasarkan pengawal "Arduino", mikropengawal PIC18F4620 oleh "Microchip", dan peranti yang serupa.

4.1.2.2. Sensor Halaju Getaran Berdasarkan Meter Pecutan Piezoelektrik

Sensor jenis ini berbeza daripada pecutan piezoelektrik standard kerana mempunyai penguat cas dan penyepadu terbina dalam di dalam perumahnya, yang membolehkannya mengeluarkan isyarat yang berkadar dengan halaju getaran. Contohnya, sensor halaju getaran piezoelektrik yang dikeluarkan oleh pengeluar domestik (syarikat ZETLAB dan LLC "Vibropribor") ditunjukkan dalam Rajah 4.6 dan 4.7.

Figure 4.6. Model AV02 sensor by ZETLAB (Russia)

Rajah 4.7. Sensor Model DVST 2 oleh LLC "Vibropribor""

Such sensors are manufactured by various producers (both domestic and foreign) and are currently widely used, especially in portable vibration equipment. The cost of these sensors is quite high and can reach 20,000 to 30,000 rubles each, even from domestic manufacturers.

4.1.3. Displacement Sensors

Dalam sistem pengukuran mesin pengimbang, sensor anjakan tanpa sentuhan – kapasitif atau induktif – juga boleh digunakan. Sensor ini boleh beroperasi dalam mod statik, membolehkan pendaftaran proses getaran bermula dari 0 Hz. Penggunaannya boleh menjadi sangat berkesan dalam hal pengimbangan rotor berkelajuan rendah dengan kelajuan putaran 120 rpm dan ke bawah. Pekali penukaran sensor ini boleh mencapai 1000 mV/mm dan lebih tinggi, yang memberikan ketepatan dan resolusi yang tinggi dalam mengukur anjakan, walaupun tanpa amplifikasi tambahan. Kelebihan jelas sensor ini ialah kosnya yang agak rendah, yang bagi sesetengah pengeluar domestik tidak melebihi 1000 rubel. Apabila menggunakan sensor ini dalam mesin pengimbang, adalah penting untuk mempertimbangkan bahawa jurang kerja nominal antara elemen sensitif sensor dan permukaan objek bergetar dihadkan oleh diameter gegelung sensor. Contohnya, bagi sensor yang ditunjukkan dalam Rajah 4.8, model ISAN E41A oleh "TEKO," jurang kerja yang ditentukan biasanya 3.8 hingga 4 mm, yang membolehkan pengukuran anjakan objek yang bergetar dalam julat ±2.5 mm.

Figure 4.8. Inductive Displacement Sensor Model ISAN E41A by TEKO (Russia)

4.1.4. Force Sensors

As previously noted, force sensors are used in the measurement systems installed on Hard Bearing balancing machines. These sensors, particularly due to their simplicity of manufacture and relatively low cost, are commonly piezoelectric force sensors. Examples of such sensors are shown in Figures 4.9 and 4.10.

Figure 4.9. Force Sensor SD 1 by Kinematika LLC

Rajah 4.10: Sensor Daya untuk Mesin Pengimbang Automotif, Dijual oleh "STO Market""

Strain gauge force sensors, which are manufactured by a wide range of domestic and foreign producers, can also be used to measure relative deformations in the supports of Hard Bearing balancing machines.

4.4. Skim Fungsian Sistem Pengukuran Mesin Pengimbang, "Balanset 2""

Sistem pengukuran "Balanset 2" mewakili pendekatan moden untuk mengintegrasikan fungsi pengukuran dan pengkomputeran dalam mesin pengimbang. Sistem ini menyediakan pengiraan automatik pemberat pembetulan menggunakan kaedah pekali pengaruh dan boleh disesuaikan untuk pelbagai konfigurasi mesin.

Skema fungsian ini merangkumi pengkondisian isyarat, penukaran analog-ke-digital, pemprosesan isyarat digital dan algoritma pengiraan automatik. Sistem ini boleh mengendalikan senario pengimbangan dua satah dan berbilang satah dengan ketepatan yang tinggi.

4.5. Pengiraan Parameter Berat Pembetulan Digunakan dalam Pengimbangan Rotor

Pengiraan pemberat pembetulan adalah berdasarkan kaedah pekali pengaruh, yang menentukan bagaimana rotor bertindak balas terhadap pemberat ujian dalam satah yang berbeza. Kaedah ini adalah asas kepada semua sistem pengimbangan moden dan memberikan keputusan yang tepat untuk rotor tegar dan fleksibel.

4.5.1. Tugas Mengimbangi Rotor Dwi-sokongan dan Kaedah Resolusinya

Bagi rotor sokongan dwi (konfigurasi yang paling biasa), tugas pengimbangan melibatkan penentuan dua pemberat pembetulan - satu untuk setiap satah pembetulan. Kaedah pekali pengaruh menggunakan pendekatan berikut:

1. Pengukuran awal (Jalan 0): Ukur getaran tanpa sebarang pemberat percubaan
2. Percubaan pertama (Percubaan 1): Tambahkan pemberat percubaan yang diketahui pada Satah 1, ukur tindak balas
3. Percubaan kedua (Percubaan 2): Alihkan pemberat percubaan ke Satah 2, ukur tindak balas
4. Pengiraan: Perisian mengira pemberat pembetulan kekal berdasarkan respons yang diukur

Asas matematik melibatkan penyelesaian sistem persamaan linear yang mengaitkan pengaruh pemberat percubaan dengan pembetulan yang diperlukan dalam kedua-dua satah secara serentak.

Figures 3.26 and 3.27 show examples of using lathe beds, based on which a specialized Hard Bearing machine for balancing augers and a universal Soft Bearing balancing machine for cylindrical rotors were manufactured. For DIY manufacturers, such solutions allow for creating a rigid support system for the balancing machine with minimal time and cost, on which support stands of various types (both Hard Bearing and Soft Bearing) can be mounted. The main task for the manufacturer in this case is to ensure (and restore if necessary) the geometric precision of the machine guides on which the support stands will be based. In DIY production conditions, fine scraping is usually used to restore the required geometric accuracy of the guides.

Figure 3.28 shows a version of an assembled bed made from two channels. In the manufacture of this bed, detachable bolted connections are used, allowing deformation of the bed to be minimized or completely eliminated during assembly without additional technological operations. To ensure proper geometric accuracy of the guides of the specified bed, mechanical processing (grinding, fine milling) of the top flanges of the channels used may be required.

Figures 3.29 and 3.30 present variations of welded beds, also made from two channels. The manufacturing technology for such beds may require a series of additional operations, such as heat treatment to relieve internal stresses that occur during welding. As with assembled beds, to ensure proper geometric accuracy of the guides of welded beds, mechanical processing (grinding, fine milling) of the top flanges of the channels used should be planned.

4.5.2. Metodologi untuk Pengimbangan Dinamik Rotor Berbilang Sokongan

Rotor berbilang sokongan (tiga atau empat titik galas) memerlukan prosedur pengimbangan yang lebih kompleks. Setiap titik sokongan menyumbang kepada keseluruhan tingkah laku dinamik dan pembetulan mesti mengambil kira interaksi antara semua satah.

Metodologi ini memperluaskan pendekatan dua satah dengan:

• Mengukur getaran pada semua titik sokongan
• Menggunakan pelbagai posisi berat percubaan
• Menyelesaikan sistem persamaan linear yang lebih besar
• Mengoptimumkan pengagihan berat pembetulan

Bagi aci kardan dan rotor panjang yang serupa, pendekatan ini biasanya mencapai tahap ketidakseimbangan sisa yang sepadan dengan gred kualiti ISO G6.3 atau lebih baik.

4.5.3. Kalkulator untuk Mengimbangi Rotor Berbilang Sokongan

Algoritma pengiraan khusus telah dibangunkan untuk konfigurasi rotor tiga sokongan dan empat sokongan. Kalkulator ini dilaksanakan dalam perisian Balanset-4 dan boleh mengendalikan geometri rotor yang kompleks secara automatik.

Kalkulator tersebut mengambil kira:

• Kekakuan sokongan berubah-ubah
• Gandingan silang antara satah pembetulan
• Pengoptimuman penempatan berat untuk kebolehcapaian
• Pengesahan keputusan yang dikira

5. Cadangan untuk Memeriksa Operasi dan Ketepatan Mesin Pengimbang

Ketepatan dan kebolehpercayaan mesin pengimbang bergantung kepada banyak faktor, termasuk ketepatan geometri komponen mekanikalnya, ciri dinamik sokongan dan keupayaan operasi sistem pengukur. Pengesahan parameter ini secara berkala memastikan kualiti pengimbangan yang konsisten dan membantu mengenal pasti potensi isu sebelum ia menjejaskan pengeluaran.

5.1. Menyemak Ketepatan Geometri Mesin

Pengesahan ketepatan geometri termasuk memeriksa penjajaran sokongan, keselarian panduan dan konsentrisiti pemasangan gelendong. Pemeriksaan ini harus dilakukan semasa persediaan awal dan secara berkala semasa operasi untuk memastikan ketepatan yang terjaga.

5.2. Menyemak Ciri Dinamik Mesin

Pengesahan ciri dinamik melibatkan pengukuran frekuensi semula jadi komponen sokongan dan bingkai untuk memastikan ia dipisahkan dengan betul daripada frekuensi operasi. Ini menghalang isu resonans yang boleh menjejaskan ketepatan pengimbangan.

5.3. Menyemak Keupayaan Operasi Sistem Pengukuran

Pengesahan sistem pengukuran merangkumi penentukuran sensor, pengesahan penjajaran fasa dan pemeriksaan ketepatan pemprosesan isyarat. Ini memastikan pengukuran amplitud dan fasa getaran yang andal pada semua kelajuan operasi.

5.4. Memeriksa Ciri-ciri Ketepatan mengikut ISO 20076-2007

ISO 20076-2007 menyediakan prosedur piawai untuk mengesahkan ketepatan mesin pengimbang menggunakan rotor ujian yang dikalibrasi. Prosedur ini membantu mengesahkan prestasi mesin berbanding piawaian yang diiktiraf di peringkat antarabangsa.

kesusasteraan

1. Reshetov DN (editor). "Butiran dan Mekanisme Peralatan Mesin Pemotong Logam." Moscow: Mashinostroenie, 1972.
2. Kellenberger W. "Pengisaran Berpilin Permukaan Silinder." Jentera, 1963.
3. ISO 18855-94 (ISO 281-89) "Galas Bergolek - Penarafan Beban Dinamik dan Jangka Hayat Penarafan.""
4. ISO 17383-73 "Tali untuk tali sawat pemacu rata.""
5. ISO 1940-1-2007 "Getaran. Keperluan untuk kualiti keseimbangan rotor tegar.""
6. ISO 20076-2007 "Prosedur pengesahan ketepatan mesin pengimbang.""