Mesin Pengimbang dengan Tangan Anda Sendiri

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 Mengimbangi Alat dengan Suspensi Sokongan pada Spring Jalur

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 Gerabak yang Digantung pada Spring Jalur. (Sokongan Spindle Utama dengan Penggantungan Spring Strip)

Rajah 2.5. Mesin Galas Lembut untuk Mengimbangi Pengecas Turbo dengan Sokongan pada Spring Jalur, 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 sokongan boleh alih (perantaraan) 4. Sokongan 2 dan 3 menempatkan unit gelendong 5 dan 6, yang 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. Gelendong utama 5, yang dipasang pada sokongan 2, diputar oleh motor elektrik melalui pemacu tali sawat.

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 Spring 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 spring rata (plat) menarik pemaju amatur mesin pengimbang untuk pelbagai tujuan, termasuk mesin untuk mengimbangi aci engkol, rotor pengecas turbo automotif, dan sebagainya.

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 Galas Lembut yang telah dibincangkan sebelum ini, dirian Galas Lembut yang agak mudah kadangkala juga dibina. Dirian ini membolehkan pengimbangan mekanisme berputar berkualiti tinggi untuk pelbagai tujuan dengan kos 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 menunjukkan sebuah fotografi tentang dudukan untuk mengimbangkan roda pengamplasan, yang dihasilkan untuk pengeluaran dalaman oleh P. Asharin.

Rajah 2.11. Alas untuk Menyeimbangkan Roda Pengamplasan

Rakaman ini terdiri daripada komponen utama berikut:

• Plat 1, dipasang pada empat pegas silinder 2;
• Motor elektrik 3, rotornya juga berfungsi sebagai gelendong, tempat mandrel 4 dipasang, digunakan untuk memasang dan mengikat roda pelelas pada gelendong.

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.

Rajah 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""

Asas pendirian ini juga menggunakan Plat 1, dipasang pada pegas silinder 2. Pada Plat 1, sebuah pam vakum 3 dipasang, yang mempunyai penggerak elektrik sendiri yang mampu mengubah kelajuan secara meluas dari 0 hingga 60,000 RPM. Penderia getaran 4 dipasang pada sarung pam, yang digunakan untuk mengukur getaran di dua bahagian berbeza pada ketinggian yang berbeza.

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.

Sebagai contoh, pada frekuensi putaran sub-kritikal, ketidakseimbangan baki rotor pam adalah di bawah toleransi gred kualiti imbangan paling halus yang ditakrifkan dalam ISO 21940-11 (dahulunya ISO 1940-1), G0.4 — hasil bangku dalaman yang bersamaan dengan G0.16 notional, yang lebih ketat daripada mana-mana gred yang disenaraikan dalam standard.

Getaran baki pada perumah pam yang dicapai semasa pengimbangan pada kelajuan putaran sehingga 8,000 RPM tidak melebihi 0.01 mm/sec.

Penyeimbang yang dihasilkan mengikut skema yang diterangkan di atas juga berkesan untuk menyeimbangkan mekanisme lain, seperti kipas. Contoh-contoh penyangga yang direka untuk menyeimbangkan kipas ditunjukkan dalam Rajah 2.13 dan 2.14.

Rajah 2.13. Alas untuk Menyeimbangkan Impeler Kipas

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

Mesin imbangan galas keras berbeza daripada mesin galas lembut yang dibincangkan sebelum ini dari segi reka bentuk penyokongnya. Penyokongnya dibuat dalam bentuk plat kaku dengan slot (potongan) yang rumit. Frekuensi semula jadi penyokong ini jauh (sekurang-kurangnya 2–3 kali) melebihi frekuensi putaran maksimum rotor yang diimbangkan pada mesin tersebut.

Mesin galas keras lebih serba boleh berbanding mesin galas lembut, kerana ia biasanya membolehkan penyeimbangan rotor berkualiti tinggi pada julat yang lebih luas bagi ciri-ciri jisim dan dimensi mereka. Satu kelebihan penting mesin ini ialah ia membolehkan penyeimbangan rotor dengan ketepatan tinggi pada kelajuan putaran yang agak rendah, iaitu dalam julat 200–500 RPM atau lebih rendah.

Rajah 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).

Untuk mengukur deformasi relatif tersebut, mesin Hard Bearing boleh menggunakan sama ada penderia kuasa atau penderia getaran yang sangat sensitif daripada pelbagai jenis, termasuk penderia pemindahan getaran tanpa sentuhan.

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".

Rajah 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).

Rajah 2.16.a. Mesin Galas Keras untuk Menyeimbangkan Poros Penggerak, Diperbuat oleh N. Obyedkov (Magnitogorsk)

Rajah 2.16.b menunjukkan sebuah fotografi sokongan hadapan mesin dengan spindel utama 3, yang digerakkan, seperti yang dinyatakan sebelum ini, oleh pemacu tali daripada motor elektrik asinkron 4. Sokongan ini dipasang dengan kukuh pada rangka.

Rajah 2.16.b. Sokongan Spindel Hadapan (Hadapan).

Rajah 2.16.c menampilkan gambar salah satu daripada dua penyokong perantaraan boleh alih mesin ini. Penyokong ini terletak pada gelangsar 7, membolehkan pergerakan memanjang di sepanjang panduan bingkai. Penyokong ini merangkumi peranti khas 8, yang direka untuk memasang dan melaras ketinggian galas perantaraan pada poros pemacu seimbang.

Rajah 2.16.c. Sokongan Boleh Alih Perantaraan Mesin

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

Rajah 2.16.d. Sokongan Spindel Belakang (Dipacu).

Semua penyokong yang dibincangkan di atas adalah plat menegak yang dipasang pada pangkalan rata. Plat-plat tersebut mempunyai slot berbentuk T (lihat Rajah 2.16.d), yang membahagikan penyokong kepada bahagian dalam 9 (lebih kaku) dan bahagian luar 10 (kurang kaku). Perbezaan kekakuan antara bahagian dalam dan luar penyokong boleh mengakibatkan deformasi relatif pada bahagian-bahagian ini di bawah daya ketidakseimbangan daripada rotor seimbang.

Penderia daya biasanya digunakan untuk mengukur deformasi relatif penyokong dalam mesin buatan sendiri. Contoh bagaimana penderia daya dipasang pada penyokong mesin penyeimbangan Hard Bearing ditunjukkan dalam Rajah 2.16.e. Seperti yang dapat dilihat dalam rajah ini, penderia daya 11 ditekan ke permukaan sisi bahagian dalam penyokong oleh bolt 12, yang melalui lubang berulir pada bahagian luar penyokong.

Untuk memastikan tekanan sekata pada bolt 12 merentasi seluruh satah penderia kuasa 11, sebuah pencuci rata 13 diletakkan di antara bolt tersebut dan penderia.

Rajah 2.16.d. Contoh pemasangan sensor daya pada penyokong.

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.

Rajah 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;
• Motor elektrik 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) dalam satah pertama skru, dan 2220 g*mm (12.0 g pada jejari 185 mm) dalam satah kedua. Bagi rotor seberat 500 kg yang beroperasi pada frekuensi putaran 3500 RPM, ketidakseimbangan ini sepadan dengan kelas G6.3 menurut ISO 21940-11 (dahulunya ISO 1940-1), 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. Asas Teori Reka Bentuk Galas

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).

Daripada graf-graf ini, dapat disimpulkan bahawa apabila frekuensi putaran rotor seimbang menghampiri frekuensi semula jadi osilasi penyokong (iaitu apabila nisbah fp/fo hampir dengan 1), terdapat peningkatan ketara dalam amplitud yang berkaitan dengan osilasi resonans penyokong (lihat Rajah 3.1.a). Pada masa yang sama, graf 3.1.b menunjukkan bahawa dalam zon resonans, terdapat perubahan mendadak pada sudut fasa ∆F°, yang boleh mencapai sehingga 180°.

Dengan kata lain, apabila membimbangkan mana-mana mekanisme dalam zon resonans, perubahan kecil pada frekuensi putarannya boleh menyebabkan ketidakstabilan ketara dalam keputusan pengukuran amplitud dan fasa getarannya, mengakibatkan kesilapan dalam pengiraan parameter berat pembetulan dan menjejaskan kualiti pembimbangan.

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.

Rajah 3.1. Graf yang menunjukkan perubahan amplitud relatif dan fasa getaran penyokong mesin penyeimbang sebagai fungsi perubahan kekerapan putaran.

• Ад – Amplitud getaran dinamik penyokong;
• e = m*r / M - Ketidakseimbangan khusus rotor yang seimbang;
• m – Jisim rotor yang tidak seimbang;
• M – Jisim rotor;
• r – Jejari di mana jisim tidak seimbang terletak pada rotor;
• fp – Frekuensi putaran rotor;
• fo – Frekuensi semula jadi getaran penyokong

Berdasarkan maklumat yang dibentangkan, mengendalikan mesin dalam kawasan resonans penyokongnya (ditandakan dalam warna merah pada Rajah 3.1) tidak disyorkan. Graf yang ditunjukkan dalam Rajah 3.1 juga menunjukkan bahawa bagi ketidakseimbangan rotor yang sama, getaran sebenar pada penyokong mesin Soft Bearing adalah jauh lebih rendah berbanding getaran pada penyokong mesin Soft Bearing.

Daripada ini, dapat disimpulkan bahawa penderia yang digunakan untuk mengukur getaran penyokong dalam mesin galas keras mesti mempunyai kepekaan yang lebih tinggi berbanding mesin galas lembut. Kesimpulan ini disokong sepenuhnya oleh amalan sebenar penggunaan penderia, yang menunjukkan bahawa penderia getaran mutlak (vibro-akselerometer dan/atau penderia kelajuan getaran), yang berjaya digunakan dalam mesin penyeimbangan galas lembut, sering kali tidak dapat mencapai kualiti penyeimbangan yang diperlukan pada mesin galas keras.

Pada mesin-mesin ini, disyorkan menggunakan penderia getaran relatif, seperti penderia daya atau penderia pergeseran yang sangat sensitif.

3.1.2. Menganggarkan Frekuensi Semula Jadi Sokongan Menggunakan Kaedah Pengiraan

Seorang pereka boleh melakukan pengiraan anggaran (taksiran) frekuensi semula jadi sokongan fo menggunakan formula 3.1, dengan secara simplistik menganggapnya sebagai sistem getaran dengan satu darjah kebebasan, yang (lihat Rajah 2.19.a) diwakili oleh jisim M yang berosilasi pada pegas dengan kekakuan K.

Jisim M yang digunakan dalam pengiraan bagi rotor antara galas simetri boleh dianggarkan dengan 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.

Kekakuan K sokongan dikira menggunakan formula 3.3 berdasarkan keputusan kajian eksperimen yang melibatkan pengukuran deformasi ΔL sokongan apabila ia dibebani dengan daya statik P (lihat Rajah 3.2.a dan 3.2.b).

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

Besarnya daya beban P boleh diukur menggunakan instrumen pengukur daya (contohnya dinamometer). Geseran sokongan ΔL ditentukan menggunakan peranti pengukur geseran linear (contohnya penunjuk dial).

3.1.3. Kaedah Eksperimen untuk Menentukan Frekuensi Semula Jadi Penyokong

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. Menentukan Frekuensi Semula Jadi Penyokong dengan Kaedah Eksitasi Impak

Kaedah eksitasi hentakan adalah cara paling mudah dan paling biasa untuk menentukan frekuensi semula jadi getaran penyokong atau mana-mana komponen mesin lain. Ia berdasarkan hakikat bahawa apabila mana-mana objek, seperti loceng (lihat Rajah 3.3), dieksitasi dengan hentakan, tindak balasnya muncul sebagai tindak balas getaran yang secara beransur-ansur merosot. Frekuensi isyarat getaran ditentukan oleh ciri-ciri struktur objek dan sepadan dengan frekuensi getaran semula jadinya. Untuk penggearan impak getaran, mana-mana alat berat boleh digunakan, seperti tukul getah atau tukul biasa.

Rajah 3.3. Diagram Eksitasi Impak yang Digunakan untuk Menentukan Frekuensi Semula Jadi Sesebuah Objek

Jisim tukul hendaklah kira-kira 10% daripada jisim objek yang digegarkan. Untuk menangkap tindak balas getaran, penderia getaran hendaklah dipasang pada objek yang sedang diperiksa, dengan paksi pengukurannya selari dengan arah penggegaran impak. Dalam beberapa kes, mikrofon daripada peranti pengukur bunyi boleh digunakan sebagai penderia untuk mengesan tindak balas getaran objek.

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.

Rajah 3.5. Antaramuka Program Menunjukkan Graf Fungsi Masa dan Spektrum Getaran Impak yang Memudarkan pada Struktur yang Dikaji

Analisis graf spektrum yang dipersembahkan dalam Rajah 3.5 (lihat bahagian bawah tetingkap kerja) menunjukkan bahawa komponen utama getaran semula jadi struktur yang dikaji, yang ditentukan berbanding paksi absis graf, berlaku pada frekuensi 9.5 Hz. Kaedah ini boleh disyorkan untuk kajian getaran semula jadi penyokong mesin penyeimbang Soft Bearing dan Hard Bearing.

3.1.3.2. Menentukan Frekuensi Semula Jadi Sokongan dalam Mod Meluncur

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.

Dalam kes ini, frekuensi semula jadi penyokong boleh ditentukan oleh dua ciri:

• Melalui lonjakan amplitud getaran tempatan yang diperhatikan di kawasan resonans;
• Melalui perubahan mendadak (sehingga 180°) dalam fasa getaran yang diperhatikan di zon lompatan amplitud.

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.

Perlu diambil perhatian bahawa, atas sebab-sebab yang jelas (lihat seksyen 3.1.1), kaedah mengenal pasti frekuensi semula jadi penyokong di pantai hanya boleh digunakan dalam kajian mesin imbangan Soft Bearing, di mana frekuensi kerja putaran rotor jauh melebihi frekuensi semula jadi penyokong dalam arah melintang.

Dalam kes mesin Hard Bearing, di mana frekuensi kerja putaran rotor yang mencetuskan getaran penyokong di pantai adalah jauh di bawah frekuensi semula jadi penyokong, penggunaan kaedah ini secara praktikalnya mustahil.

3.1.4. Cadangan Praktikal untuk Reka Bentuk dan Pembuatan Sokongan bagi Mesin Penyeimbangan

3.1.2. Mengira Frekuensi Semula Jadi Sokongan melalui Kaedah Komputasi

Pengiraan frekuensi semula jadi penyokong menggunakan skema pengiraan yang dibincangkan di atas boleh dilakukan dalam dua arah:

• Dalam arah melintang penyokong, yang sehaluan dengan arah pengukuran getaran mereka yang disebabkan oleh daya ketidakseimbangan rotor;
• Dalam arah paksi, selari dengan paksi putaran rotor seimbang yang dipasang pada penyokong mesin.

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. Mesin Gantungan Lembut dengan Spring Plat Datar

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.

Kaedah untuk melaraskan frekuensi semula jadi getaran penyokong pada spring rata adalah jelas. Larasan ini boleh dilakukan dengan mengubah dimensi geometri atau bentuk spring rata, contohnya dengan memotong alur memanjang atau melintang menggunakan mesin penggilingan yang mengurangkan kekakuan mereka.

Seperti yang telah disebutkan sebelum ini, pengesahan keputusan pelarasan sedemikian boleh dijalankan dengan mengenal pasti frekuensi semula jadi getaran penyokong menggunakan kaedah yang diterangkan dalam seksyen 3.1.3.1 dan 3.1.3.2.

Rajah 3.6 menyajikan versi klasik reka bentuk penyokong pada pegas rata, yang digunakan dalam salah satu mesinnya oleh A. Sinitsyn. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, penyokong ini merangkumi komponen-komponen berikut:

• Plat atas 1;
• Dua pegas rata 2 dan 3;
• Pinggan bawah 4;
• Penyangga henti 5.

Rajah 3.6. Variasi reka bentuk penyokong pada pegas rata

Plat atas 1 sokongan boleh digunakan untuk memasang spindel atau galas perantaraan. Bergantung pada tujuan sokongan, plat bawah 4 boleh dipasang kaku pada panduan mesin atau dipasang pada gelangsar boleh alih, membolehkan sokongan bergerak di sepanjang panduan. Braket 5 digunakan untuk memasang mekanisme penguncian bagi sokongan, membolehkan ia dipasang dengan selamat semasa pecutan dan perlambatan rotor seimbang.

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.

Rajah 3.7. Mesin untuk Menyeimbangkan Rotor Motor Elektrik yang Telah Dirakit, Dikembangkan oleh A. Mokhov.

Rajah 3.8. Mesin untuk Mengimbangkan Rotor Turbopam, dibangunkan oleh G. Glazov (Bishkek)

3.1.4.2. Sokongan Mesin Gantungan Lembut dengan Suspensi pada Spring Pita

Dalam mereka bentuk spring jalur yang digunakan untuk penyokong gantungan, perhatian harus diberikan kepada pemilihan ketebalan dan lebar jalur spring, yang di satu pihak mesti menahan beban statik dan dinamik rotor pada penyokong, dan di pihak lain mesti mencegah kemungkinan getaran putaran pada penyokong gantungan, yang terserlah sebagai pelarian paksi.

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.

Rajah 3.26. Contoh penggunaan katil mesin bubut terpakai untuk pembuatan mesin galas keras bagi pengimbangan auger.

Rajah 3.27. Contoh penggunaan katil mesin bubut terpakai untuk pembuatan mesin galas lembut bagi mengimbangkan poros.

Rajah 3.28. Contoh Pembuatan Katil Terpasang Daripada Saluran

Rajah 3.29. Contoh Pembuatan Katil Las daripada Saluran

Rajah 3.30. Contoh Pembuatan Katil Las daripada Saluran

Rajah 3.31. Contoh katil mesin penyeimbang yang diperbuat daripada konkrit polimer

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:

• Koefisien peredaman yang lebih tinggi untuk osilasi getaran;
• Konduktiviti terma yang lebih rendah, memastikan deformasi terma katil adalah minimum;
• Ketahanan kakisan yang lebih tinggi;
• Ketiadaan tegasan dalaman.

3.1.4.3. Sokongan Mesin Bantalan Lembut yang Dibuat Menggunakan Spring Silinder

Contoh mesin imbangan Soft Bearing, di mana spring mampatan silinder digunakan dalam reka bentuk penyokong, ditunjukkan dalam Rajah 3.9. Kekurangan utama penyelesaian reka bentuk ini berkaitan dengan tahap deformasi spring yang berbeza pada penyokong hadapan dan belakang, yang berlaku jika beban pada penyokong tidak sama semasa mengimbangkan rotor tidak simetri. Ini secara semula jadi menyebabkan penyelarasan semula sokongan dan kecondongan paksi rotor dalam satah menegak. Salah satu akibat negatif daripada kecacatan ini mungkin timbulnya daya yang menyebabkan rotor teralih secara paksi semasa putaran.

Rajah 3.9. Varian binaan penyokong galas lembut untuk mesin penyeimbang menggunakan pegas silinder.

3.1.4.4. Sokongan Galas Keras untuk Mesin

Rajah 3.10. Lakaran Sokongan Galas Keras untuk Mesin Penyeimbangan

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.

Rajah 3.11. Sokongan galas keras untuk mesin penyeimbang, dihasilkan oleh A. Sinitsyn

Rajah 3.12. Sokongan galas keras untuk mesin penyeimbangan, dihasilkan oleh 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. Menyokong Susunan Mesin Penyeimbang

3.2.1. Jenis Utama Susunan Sokongan

Dalam pengilangan kedua-dua mesin imbangan galas keras dan galas lembut, jenis-jenis susunan penyokong yang terkenal berikut, yang digunakan untuk pemasangan dan putaran rotor yang seimbang pada penyokong, boleh dicadangkan, termasuk:

• Susunan penyokong prisma;
• Menyokong rakaman dengan gelendong berputar;
• Susunan penyokong spindel.

3.2.1.1. Susunan Sokongan Prismatik

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. Varian Eksekusi Susunan Sokongan Prismatik, Digunakan pada Mesin Penyeimbangan Turbin Automobil

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. Susunan Sokongan Roller

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.

Rajah 3.15. Contoh Reka Bentuk Perkhidmat Sokongan Roller

Rajah 3.16. Contoh reka bentuk susunan penyokong roller dengan dua galas bergolek

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.

Rajah 3.17. Contoh reka bentuk susunan penyokong roller penyelarasan sendiri

Seperti yang disebutkan tadi, rakaman penyokong gelendong biasanya mempunyai keperluan yang agak tinggi untuk pembuatan tepat dan kekakuan. Khususnya, toleransi larian jejari gelendong tidak boleh melebihi 3–5 mikron.

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. Susunan Sokongan Spindel

Apabila membalans rotor dengan pemasangan flange (contohnya poros kardan) pada mesin penyeimbang, spindel digunakan sebagai susunan penyokong untuk penentuan kedudukan, pemasangan, dan putaran produk yang telah diimbangi.

Spindel adalah salah satu komponen paling kompleks dan kritikal pada mesin penyeimbangan, yang banyak bertanggungjawab untuk mencapai kualiti penyeimbangan yang diperlukan.

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.

Antara keperluan utama yang perlu dipertimbangkan dalam reka bentuk dan pembuatan poros mesin penyeimbangan, perkara-perkara berikut harus diutamakan:

a) Menyediakan ketegaran tinggi pada struktur perhimpunan spindel yang mencukupi untuk mencegah deformasi yang tidak boleh diterima yang mungkin berlaku di bawah pengaruh daya ketidakseimbangan rotor yang telah diseimbangkan;

b) Memastikan kestabilan kedudukan paksi putaran spindel, dicirikan oleh nilai yang dibenarkan bagi pelariyan radial, aksial, dan pelariyan aksial spindel;

c) Memastikan ketahanan haus yang mencukupi pada poros utama spindel, serta pada permukaan dudukan dan penyokong yang digunakan untuk memasang produk yang seimbang.

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

Secara khusus, terdapat metodologi untuk mengesahkan kekakuan dan ketepatan putaran spindel, cadangan untuk memilih galas, memilih bahan spindel dan kaedah pengerasanannya, serta banyak maklumat berguna lain mengenai topik ini.

Rujukan [1] menyatakan bahawa dalam reka bentuk spindel bagi kebanyakan jenis mesin perkakas pemotong logam, skema dua galas digunakan terutamanya.

Satu contoh variasi reka bentuk skema dua galas sedemikian yang digunakan dalam poros mesin penggilingan (butiran boleh didapati dalam kerja [1]) ditunjukkan dalam Rajah 3.18.

Skema ini amat sesuai untuk pembuatan poros mesin penyeimbang, contoh variasi reka bentuknya ditunjukkan di bawah dalam Rajah 3.19–3.22.

Rajah 3.18. Lakaran poros mesin penggiling dua galas

Rajah 3.19 menunjukkan salah satu varian reka bentuk penyusun spindel utama mesin penyeimbangan, yang berputar pada dua galas tumpuan radial, masing-masing mempunyai rumah bebas 1 dan 2. Flens 4, yang bertujuan untuk pemasangan flens poros kardan, dan pulley 5, yang digunakan untuk memindahkan putaran ke spindel daripada motor elektrik menggunakan pemacu tali V, dipasang pada poros spindel 3.

Rajah 3.19. Contoh Reka Bentuk Spindel pada Dua Sokongan Gandar Bebas

Rajah 3.20 dan 3.21 Tunjukkan dua reka bentuk yang rapat berkaitan bagi set poros utama. Dalam kedua-dua kes, galas poros dipasang dalam sarung bersama 1, yang mempunyai lubang paksi lintang yang diperlukan untuk memasang poros spindel. Di bahagian masuk dan keluar lubang ini, sarung mempunyai lubang khas (tidak ditunjukkan dalam rajah), direka untuk menempatkan galas tumpuan radial (gelendong atau bola) dan penutup flan 5 khas, yang digunakan untuk mengunci cincin luaran galas.

Rajah 3.20. Contoh 1 Reka Bentuk Spindel Utama pada Dua Sokongan Gendang yang dipasang dalam Sarung Bersama

Rajah 3.21. Contoh 2 Reka Bentuk Spindel Utama pada Dua Sokongan Gendang yang dipasang dalam Sarung Bersama

Seperti dalam versi sebelumnya (lihat Rajah 3.19), sebuah plat muka 2 dipasang pada poros spindel, bertujuan untuk pemasangan flanji poros pemacu, dan sebuah pulley 3, digunakan untuk memindahkan putaran ke spindel daripada motor elektrik melalui pemacu tali. Sebuah lengan 4 juga dipasang pada poros spindel, yang digunakan untuk menentukan kedudukan sudut spindel, dimanfaatkan semasa memasang berat ujian dan berat pembetulan pada rotor semasa penyeimbangan.

Rajah 3.22. Contoh reka bentuk spindel tergerak (belakang)

Rajah 3.22 menunjukkan varian reka bentuk perkakas spindel (belakang) yang digerakkan pada sebuah mesin, yang berbeza daripada spindel hadapan hanya dengan ketiadaan pulley pemacu dan lengan, kerana ia tidak diperlukan.

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

Seperti yang dilihat dalam Rajah 3.20 – 3.22, rakaman spindel yang dibincangkan di atas dipasang pada penyokong Soft Bearing mesin imbangan menggunakan klamp khas (tali) 6. Kaedah pemasangan lain juga boleh digunakan jika perlu, memastikan kekakuan dan ketepatan yang betul dalam penempatan rakaman spindel pada penyokong.

Rajah 3.23 Menggambarkan reka bentuk pemasangan flanji yang serupa dengan spindel tersebut, yang boleh digunakan untuk pemasangannya pada penyokong galas keras mesin penyeimbangan.

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):

di mana:

• 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.

Dengan memfaktori semula formula 3.4, nilai pengiraan kekakuan pemasangan spindel yang diingini jшп boleh ditentukan:

Mengambil kira cadangan dalam kerja [1] untuk mesin penyeimbangan bersaiz sederhana, nilai ini tidak seharusnya di bawah 50 kg/µm.

Untuk pengiraan larian jejarian, formula 3.5 digunakan:

di mana:

• ∆ ialah penyimpangan jejari pada hujung konsol spindel, µm;
• ∆B ialah penyimpangan jejari galas poros hadapan, µm;
• ∆A ialah penyimpangan jejari bantalan poros belakang, µm;
• g ialah panjang konsol spindel, cm;
• c ialah jarak antara penyokong A dan B poros, cm.

3.2.1.3.5. Memastikan Keperluan Imbangan Spindel

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.

Memandangkan ciri reka bentuk poros yang dibincangkan di atas, imbangannya hendaklah dilakukan dalam dua satah.

3.2.1.3.6. Memastikan Keupayaan Memikul Beban dan Keperluan Ketahanan untuk Gandar Gantungan Poros

Apabila mereka bentuk spindle dan memilih saiz galas, adalah dinasihatkan untuk menilai terlebih dahulu ketahanan dan kapasiti beban galas. Metodologi untuk melakukan pengiraan ini boleh diperincikan dalam ISO 281 "Rolling Bearings - Dynamic Load Ratings and Rating Life" [3], serta dalam banyak buku panduan galas gelincir (termasuk digital).

3.2.1.3.7. Memastikan Keperluan Pemanasan yang Boleh Diterima untuk Galas Spindel

Menurut saranan dalam kerja [1], pemanasan maksimum yang dibenarkan pada cincin luar galas poros tidak boleh melebihi 70°C. Walau bagaimanapun, untuk memastikan imbangan berkualiti tinggi, pemanasan yang disyorkan pada cincin luar tidak boleh melebihi 40–45°C.

3.2.1.3.8. Memilih jenis pemacu tali pinggang dan reka bentuk pulley pemacu untuk spindel

Apabila mereka bentuk spindel pemacu mesin penyeimbangan, disyorkan untuk memastikan putarannya menggunakan pemacu tali rata. Satu contoh penggunaan yang betul bagi pemacu sedemikian untuk operasi spindel dibentangkan dalam Rajah 3.20 dan 3.23. Menggunakan pemacu v-belt atau tali sawat bergigi adalah tidak diingini, kerana ia boleh mengenakan beban dinamik tambahan pada spindle akibat ketidaktepatan geometri pada tali sawat dan takal, yang seterusnya boleh membawa kepada ralat pengukuran tambahan semasa pengimbangan. Keperluan yang disyorkan untuk takal bagi tali sawat pemacu rata digariskan dalam standard kebangsaan GOST 17383-73 "Pulleys for flat drive belts" [4].

Pulley pemacu hendaklah diletakkan di hujung belakang poros, sedekat mungkin dengan rakitan galas (dengan menonjol yang sekurang-kurangnya mungkin). Keputusan reka bentuk untuk penempatan pulley yang menonjol, dibuat dalam pembuatan poros yang ditunjukkan dalam Rajah 3.19, boleh dianggap tidak berjaya, kerana ia meningkatkan dengan ketara tork beban pacuan dinamik yang bertindak pada penyokong spindel.

Kelemahan ketara lain bagi reka bentuk ini ialah penggunaan pemacu v-belt, di mana ketidaktepatan dalam pembuatan dan pemasangannya juga boleh menjadi punca beban tambahan yang tidak diingini pada poros.

3.3. Katil (Rangka)

Katil adalah struktur sokongan utama mesin penyeimbang, di mana elemen utamanya diletakkan, termasuk tiang penyokong dan motor penggerak. Apabila memilih atau menghasilkan katil mesin penyeimbang, perlu memastikan ia memenuhi beberapa keperluan, termasuk kekakuan yang diperlukan, ketepatan geometri, ketahanan getaran, dan ketahanan haus pada panduan.

Amalan menunjukkan bahawa apabila menghasilkan mesin untuk keperluan sendiri, pilihan katil berikut paling kerap digunakan:

• katil besi tuang daripada mesin pemotong logam terpakai (tayar gergaji, mesin bubut, dan lain-lain);
• katil yang dipasang berdasarkan saluran, dipasang menggunakan sambungan bolt;
• rangkangan yang dikimpal berdasarkan saluran;
• tempat tidur konkrit polimer dengan salutan penyerapan getaran.

Rajah 3.25. Contoh penggunaan katil mesin pertukangan kayu terpakai untuk pembuatan mesin pengimbangan poros Cardan.

3.4. Penggerak untuk Mesin Pemutar Seimbang

Seperti yang ditunjukkan oleh analisis penyelesaian reka bentuk yang digunakan oleh pelanggan kami dalam pembuatan mesin penyeimbangan, mereka terutamanya menumpukan pada penggunaan motor AC yang dilengkapi pemacu frekuensi boleh ubah semasa mereka bentuk pemacu. Pendekatan ini membolehkan julat kelajuan putaran pelarasan yang luas untuk rotor yang seimbang dengan kos minimum. Kuasa motor pemacu utama yang digunakan untuk memusingkan rotor yang seimbang biasanya dipilih berdasarkan jisim rotor tersebut dan boleh anggaran:

• 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.

Motor-motor ini hendaklah dipasang dengan kukuh pada katil mesin atau alasannya. Sebelum pemasangan pada mesin (atau di tapak pemasangan), motor penggerak utama, bersama kolar yang dipasang pada poros keluaran, hendaklah diimbangi dengan teliti. Untuk mengurangkan gangguan elektromagnet yang disebabkan oleh pemacu frekuensi boleh ubah, disyorkan memasang penapis rangkaian pada input dan outputnya. Penapis ini boleh berupa produk standard siap pakai yang dibekalkan oleh pengeluar pemacu atau penapis buatan sendiri yang dibuat menggunakan cincin ferit.

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:

• Penggunaan penderia getaran dengan pekali penukaran isyarat yang tinggi;
• Penggunaan sensor sudut fasa laser moden;
• Penciptaan (atau penggunaan) perkakasan yang membolehkan penguatan dan penukaran digital isyarat sensor (pemprosesan isyarat primer);
• 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

Dalam sistem pengukuran mesin penyeimbangan, pelbagai jenis penderia getaran (transduser) boleh digunakan, termasuk:

• Penderia pecutan getaran (akselerometer);
• Penderia halaju getaran;
• Penderia pemindahan getaran;
• Penderia daya.

4.1.1. Penderia Pecutan Getaran

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".

Rajah 4.1. Pecutanmeter Piezo DN 3M1 dan DN 3M1V6

Untuk menyambungkan sensor sedemikian kepada instrumen dan sistem pengukuran getaran, adalah perlu menggunakan penguat cas luaran atau terbina dalam.

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

Perlu diambil perhatian bahawa sensor-sensor ini, termasuk papan pasaran akselerometer kapasitif ADXL 345 yang banyak digunakan (lihat Rajah 4.3), mempunyai beberapa kelebihan ketara berbanding akselerometer piezo. Secara khusus, ia 4 hingga 8 kali lebih murah dengan ciri teknikal yang serupa. Selain itu, ia tidak memerlukan penggunaan penguat cas yang mahal dan sukar diselaraskan seperti yang diperlukan untuk akselerometer piezo.

Dalam kes di mana kedua-dua jenis akselerometer digunakan dalam sistem pengukuran mesin penyeimbangan, integrasi perkakasan (atau integrasi berganda) isyarat sensor biasanya dijalankan.

Rajah 4.2. Pecutometer kapasitif AD 1, dipasang.

Rajah 4.3. Papan akselerometer kapasitif ADXL 345.

Dalam kes ini, isyarat awal penderia, yang berkadar terus dengan pecutan getaran, ditukarkan kepada isyarat yang berkadar terus dengan halaju atau sesaran getaran. Prosedur pengamiran berganda bagi isyarat getaran ini amat relevan apabila menggunakan akselerometer sebagai sebahagian daripada sistem pengukuran untuk mesin pengimbang berkelajuan rendah, di mana julat frekuensi putaran rotor yang lebih rendah semasa pengimbangan boleh mencapai 120 rpm dan ke bawah. Apabila menggunakan akselerometer kapasitif dalam sistem pengukuran mesin pengimbang, perlu diambil kira bahawa selepas pengamiran, isyaratnya mungkin mengandungi gangguan frekuensi rendah yang muncul dalam julat frekuensi 0.5 hingga 3 Hz. Ini boleh mengehadkan julat frekuensi pengimbangan terendah pada mesin yang direka untuk menggunakan penderia ini.

4.1.2. Penderia Kelajuan Getaran

4.1.2.1. Penderia Kelajuan Getaran Induktif.

Penderia ini merangkumi gegelung induktif dan teras magnetik. Apabila gegelung bergetar berbanding teras pegun (atau teras berbanding gegelung pegun), EMF diinduksi dalam gegelung, voltan yang dihasilkan adalah berkadar terus dengan kelajuan getaran elemen boleh alih penderia. Koefisien penukaran (Кпр) bagi sensor induktif biasanya agak tinggi, mencapai beberapa puluh atau malah ratusan mV/mm/sec. Khususnya, koefisien penukaran bagi sensor model T77 Schenck ialah 80 mV/mm/sec, dan bagi sensor model 544M IRD Mechanalysis, ia ialah 40 mV/mm/sec. Dalam beberapa kes (contohnya, dalam mesin penyeimbangan Schenck), sensor kelajuan getaran induktif khas yang sangat sensitif dengan penguat mekanikal digunakan, di mana Кпр boleh melebihi 1000 mV/mm/sec. Jika sensor kelajuan getaran induktif digunakan dalam sistem pengukuran mesin penyeimbangan, integrasi perkakasan isyarat elektrik yang berkadar dengan kelajuan getaran juga boleh dilakukan, menukarnya kepada isyarat yang berkadar dengan pemindahan getaran.

Rajah 4.4. Model sensor 544M oleh IRD Mechanalysis.

Rajah 4.5. Model sensor T77 oleh Schenck

Perlu diambil perhatian bahawa disebabkan intensiti buruh dalam pengeluarannya, penderia kelajuan getaran induktif adalah barangan yang agak sukar diperoleh dan mahal. Oleh itu, walaupun kelebihan jelas penderia ini, pengeluar amatur mesin penyeimbangan sangat jarang menggunakannya.

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. Kelebihan jelas sensor ini termasuk:

• Julat operasi yang luas, membolehkan pengukuran frekuensi putaran rotor daripada 2.5 hingga 99,999 putaran seminit, dengan ketepatan tidak kurang daripada satu putaran;
• Paparan digital;
• Kemudahan memasang takometer untuk pengukuran;
• Kemampuan membeli dan kos pasaran yang rendah;
• Kesederhanaan relatif pengubahsuaian untuk penyepaduan ke dalam sistem pengukuran mesin imbangan.

Rajah 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.

Rajah 4.6. Model sensor AV02 oleh ZETLAB (Rusia)

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

Penderia seperti ini dihasilkan oleh pelbagai pengeluar (baik tempatan mahupun asing) dan kini digunakan secara meluas, terutamanya dalam peralatan getaran mudah alih. Kos penderia ini agak tinggi dan boleh mencecah 20,000 hingga 30,000 rubel setiap satu, walaupun daripada pengeluar tempatan.

4.1.3. Penderia Geseran

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.

Rajah 4.8. Model Sensor Geseran Induktif ISAN E41A oleh TEKO (Rusia)

4.1.4. Penderia Kuasa

Seperti yang telah dinyatakan sebelum ini, sensor daya digunakan dalam sistem pengukuran yang dipasang pada mesin penyeimbangan Hard Bearing. Sensor-sensor ini, terutamanya disebabkan kesederhanaan pembuatan dan kos yang agak rendah, lazimnya adalah sensor daya piezoelektrik. Contoh sensor sedemikian ditunjukkan dalam Rajah 4.9 dan 4.10.

Rajah 4.9. Penderia Kuasa SD 1 oleh Kinematika LLC

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

Penderia daya strain gauge, yang dihasilkan oleh pelbagai pengeluar tempatan dan asing, juga boleh digunakan untuk mengukur deformasi relatif pada penyokong mesin penyeimbangan Hard Bearing.

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.

Rajah 3.26 dan 3.27 Tunjukkan contoh penggunaan katil bubut, berdasarkan katil tersebut, sebuah mesin Hard Bearing khusus untuk mengimbangkan auger dan sebuah mesin penyeimbang Soft Bearing serba boleh untuk rotor silinder telah dihasilkan. Bagi pengeluar DIY, penyelesaian seperti ini membolehkan penciptaan sistem sokongan yang kukuh untuk mesin penyeimbang dengan masa dan kos minimum, di mana kaki penyokong pelbagai jenis (sama ada Hard Bearing atau Soft Bearing) boleh dipasang. Tugas utama pengeluar dalam kes ini ialah memastikan (dan memulihkan jika perlu) ketepatan geometri panduan mesin di mana penyangga sokongan akan dipasang. Dalam keadaan pengeluaran DIY, pengikisan halus biasanya digunakan untuk memulihkan ketepatan geometri panduan yang diperlukan.

Rajah 3.28 menunjukkan satu versi katil yang dipasang daripada dua saluran. Dalam pembuatan katil ini, sambungan bolt boleh tanggal digunakan, membolehkan deformasi katil diminimumkan atau dihapuskan sepenuhnya semasa pemasangan tanpa operasi teknologi tambahan. Untuk memastikan ketepatan geometri yang betul pada panduan katil tersebut, pemprosesan mekanikal (pengamplasan, penggilingan halus) pada flens atas saluran yang digunakan mungkin diperlukan.

Rajah 3.29 dan 3.30 menyediakan variasi katil yang dikimpal, juga dibuat daripada dua saluran. Teknologi pembuatan untuk katil sedemikian mungkin memerlukan satu siri operasi tambahan, seperti rawatan haba untuk melegakan tegasan dalaman yang timbul semasa pengimpalan. Seperti pada katil yang dipasang, untuk memastikan ketepatan geometri yang betul pada panduan katil yang dikimpal, pemprosesan mekanikal (pengisaran, penggilingan halus) pada flens atas saluran yang digunakan perlu dirancang.

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 Ketepatan mengikut ISO 21940-21 (dahulunya ISO 2953)

ISO 21940-21 (dahulunya ISO 2953) menyediakan prosedur piawai untuk mengesahkan ketepatan mesin pengimbang menggunakan rotor ujian yang ditentukur. Prosedur ini membantu mengesahkan prestasi mesin berbanding standard 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 281 "Rolling Bearings - Dynamic Load Ratings and Rating Life."
4. GOST 17383-73 (standard kebangsaan) "Pulleys for flat drive belts."
5. ISO 21940-11 (dahulunya ISO 1940-1) "Mechanical vibration - Rotor balancing - Part 11: Procedures and tolerances for rotors with rigid behaviour."
6. ISO 21940-21 (dahulunya ISO 2953) "Mechanical vibration - Rotor balancing - Part 21: Description and evaluation of balancing machines."