การทรงตัวเครื่องจักรด้วยมือของคุณเอง

1. บทนำ

(ทำไมจึงมีความจำเป็นต้องเขียนงานชิ้นนี้?)

จากการวิเคราะห์โครงสร้างการบริโภคของอุปกรณ์ปรับสมดุลที่ผลิตโดยบริษัทจำกัด "Kinematics" (Vibromera) พบว่าประมาณ 301,000 เครื่องถูกซื้อไปใช้เป็นระบบวัดและคำนวณแบบอยู่กับที่สำหรับเครื่องจักรและ/หรือแท่นวางปรับสมดุล สามารถระบุกลุ่มผู้บริโภค (ลูกค้า) ของอุปกรณ์ของเราได้สองกลุ่ม.

กลุ่มแรกประกอบด้วยกิจการที่เชี่ยวชาญในการผลิตเครื่องบาลานซ์เป็นจำนวนมากและจำหน่ายให้กับลูกค้าภายนอก กิจการเหล่านี้มีผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณสมบัติสูงซึ่งมีความรู้ลึกซึ้งและประสบการณ์มากมายในการออกแบบ ผลิต และใช้งานเครื่องบาลานซ์หลากหลายประเภท ความท้าทายที่เกิดขึ้นในการติดต่อสื่อสารกับกลุ่มผู้บริโภคกลุ่มนี้มักเกี่ยวข้องกับการปรับระบบวัดและซอฟต์แวร์ของเราให้เหมาะกับเครื่องที่มีอยู่หรือเครื่องที่พัฒนาขึ้นใหม่ โดยไม่ต้องแก้ไขปัญหาเกี่ยวกับการดำเนินการทางโครงสร้างของเครื่อง

กลุ่มที่สองประกอบด้วยผู้บริโภคที่พัฒนาและผลิตเครื่องจักร (แท่น) สำหรับความต้องการของตนเอง วิธีการนี้ส่วนใหญ่เกิดจากความต้องการของผู้ผลิตอิสระที่ต้องการลดต้นทุนการผลิตของตนเอง ซึ่งในบางกรณีสามารถลดลงได้ถึงสองถึงสามเท่าหรือมากกว่า กลุ่มผู้บริโภคนี้มักขาดประสบการณ์ที่เหมาะสมในการสร้างเครื่องจักรและมักพึ่งพาการใช้สามัญสำนึก ข้อมูลจากอินเทอร์เน็ต และต้นแบบอ้างอิงใดๆ ที่หาได้ในการทำงาน

การโต้ตอบกับพวกเขาทำให้เกิดคำถามมากมาย ซึ่งนอกเหนือจากข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบการวัดของเครื่องบาลานซ์แล้ว ยังครอบคลุมประเด็นต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการทางโครงสร้างของเครื่องจักร วิธีการติดตั้งบนฐานราก การเลือกไดร์ฟ และการบรรลุความแม่นยำในการบาลานซ์ที่เหมาะสม เป็นต้น

เนื่องจากผู้บริโภคกลุ่มใหญ่ให้ความสนใจอย่างมากในประเด็นเกี่ยวกับการผลิตเครื่องปรับสมดุลด้วยตนเอง ผู้เชี่ยวชาญจากบริษัท "Kinematics" (Vibromera) จึงได้รวบรวมข้อมูลพร้อมข้อคิดเห็นและคำแนะนำเกี่ยวกับคำถามที่พบบ่อยที่สุด.

2. ประเภทของเครื่องปรับสมดุล (แท่น) และลักษณะการออกแบบ

เครื่องปรับสมดุลเป็นอุปกรณ์ทางเทคโนโลยีที่ออกแบบมาเพื่อขจัดความไม่สมดุลแบบคงที่หรือแบบไดนามิกของโรเตอร์เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ โดยประกอบด้วยกลไกที่เร่งความเร็วโรเตอร์ที่ปรับสมดุลแล้วให้มีความถี่การหมุนที่กำหนด และระบบวัดและคำนวณเฉพาะทางที่ใช้ในการกำหนดมวลและการจัดวางตุ้มน้ำหนักแก้ไขที่จำเป็นเพื่อชดเชยความไม่สมดุลของโรเตอร์.

ส่วนประกอบทางกลของเครื่องจักรโดยทั่วไปประกอบด้วยโครงฐานซึ่งติดตั้งเสารองรับ (แบริ่ง) เสาเหล่านี้ใช้สำหรับยึดผลิตภัณฑ์ที่ปรับสมดุลแล้ว (โรเตอร์) และมีกลไกขับเคลื่อนสำหรับหมุนโรเตอร์ ในระหว่างกระบวนการปรับสมดุล ซึ่งดำเนินการในขณะที่ผลิตภัณฑ์กำลังหมุน เซ็นเซอร์ของระบบวัด (ซึ่งประเภทขึ้นอยู่กับการออกแบบของเครื่องจักร) จะบันทึกการสั่นสะเทือนในแบริ่งหรือแรงที่กระทำต่อแบริ่ง.

ข้อมูลที่ได้มาด้วยวิธีนี้ช่วยให้สามารถกำหนดมวลและตำแหน่งการติดตั้งของน้ำหนักแก้ไขที่จำเป็นเพื่อชดเชยความไม่สมดุลได้

ปัจจุบัน มีการออกแบบเครื่องปรับสมดุล (แท่น) อยู่สองประเภทที่ได้รับความนิยมมากที่สุด:

• เครื่องจักรแบริ่งอ่อน (พร้อมอุปกรณ์รองรับที่ยืดหยุ่นได้)
• เครื่องจักรแบริ่งแข็ง (พร้อมโครงยึดที่แข็งแรง)

2.1. เครื่องจักรและแท่นรองรับแบบนิ่ม

คุณสมบัติพื้นฐานของเครื่องปรับสมดุลแบบ Soft Bearing (แท่น) คือมีฐานรองรับที่มีความยืดหยุ่นค่อนข้างสูง โดยออกแบบบนพื้นฐานของระบบกันสะเทือนแบบสปริง, รถเข็นที่ติดตั้งบนสปริง, แท่นรองรับแบบสปริงแบนหรือทรงกระบอก เป็นต้น ความถี่ธรรมชาติของฐานรองรับเหล่านี้จะต่ำกว่าความถี่การหมุนของโรเตอร์ที่ติดตั้งอยู่บนเครื่องอย่างน้อย 2-3 เท่า ตัวอย่างคลาสสิกของการดำเนินการโครงสร้างของระบบรองรับแบบนุ่ม (Soft Bearing) ที่สามารถเห็นได้คือการรองรับของเครื่องจักรแบบ DB-50 ซึ่งภาพถ่ายของมันปรากฏอยู่ในรูปที่ 2.1

รูปที่ 2.1 การรองรับของเครื่องจักรสมดุลรุ่น DB-50

ดังแสดงในรูปที่ 2.1 โครงที่เคลื่อนที่ได้ (สไลเดอร์) 2 ถูกยึดติดกับเสาคงที่ 1 ของฐานรองรับโดยใช้ระบบแขวนบนสปริงแถบ 3 ภายใต้แรงเหวี่ยงที่เกิดจากความไม่สมดุลของโรเตอร์ที่ติดตั้งบนฐานรองรับ รถเข็น (สไลเดอร์) 2 สามารถแกว่งในแนวนอนเมื่อเทียบกับเสาคงที่ 1 ซึ่งวัดโดยใช้เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือน

การออกแบบโครงสร้างของฐานรองรับนี้ช่วยให้ได้ความถี่ธรรมชาติต่ำของการสั่นของแคร่เลื่อน ซึ่งอาจอยู่ที่ประมาณ 1-2 Hz ทำให้สามารถถ่วงสมดุลโรเตอร์ได้ในช่วงความถี่การหมุนที่กว้าง โดยเริ่มตั้งแต่ 200 RPM คุณลักษณะนี้ ควบคู่กับความเรียบง่ายสัมพัทธ์ในการผลิตฐานรองรับลักษณะนี้ ทำให้การออกแบบนี้น่าสนใจสำหรับผู้บริโภคของเราหลายรายที่ผลิตเครื่องถ่วงสมดุลเพื่อใช้ตามความต้องการของตนเองในงานหลากหลายประเภท

รูปที่ 2.2. แท่นรองแบริ่งอ่อนของเครื่องปรับสมดุล ผลิตโดย "Polymer LTD" เมืองมาคาชคาลา

ภาพที่ 2.2 แสดงภาพถ่ายของเครื่องปรับสมดุลตลับลูกปืนอ่อนที่มีฐานรองทำจากสปริงช่วงล่าง ซึ่งผลิตขึ้นเพื่อใช้ภายในบริษัท "Polymer LTD" ในเมืองมาคาชคาลา เครื่องจักรนี้ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลลูกกลิ้งที่ใช้ในการผลิตวัสดุพอลิเมอร์.

รูปที่ 2.3 มีภาพถ่ายของเครื่องปรับสมดุลที่มีระบบรองรับแบบแถบคล้ายกันสำหรับตัวเลื่อน ซึ่งออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลเครื่องมือเฉพาะทาง

รูปที่ 2.4.a และ 2.4.b แสดงภาพถ่ายของเครื่องแบบ Soft Bearing ที่ทำขึ้นเองสำหรับถ่วงสมดุลเพลาขับ ซึ่งตัวรองรับก็ทำโดยใช้สปริงแถบแขวนเช่นกัน

รูปที่ 2.5 ภาพนี้แสดงเครื่องปรับสมดุลเทอร์โบชาร์จเจอร์แบบใช้ตลับลูกปืนอ่อน โดยมีส่วนรองรับของตัวเลื่อนก็แขวนอยู่บนสปริงแบบแถบ เครื่องนี้สร้างขึ้นเพื่อใช้งานส่วนตัวของ A. Shahgunyan (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก) และติดตั้งระบบวัด "Balanset 1".

ตามข้อมูลจากผู้ผลิต (ดูรูปที่ 2.6) เครื่องนี้มีความสามารถในการปรับสมดุลกังหันที่มีค่าความไม่สมดุลคงเหลือไม่เกิน 0.2 กรัม*มิลลิเมตร

รูปที่ 2.3 เครื่องแบบ Soft Bearing สำหรับถ่วงสมดุลเครื่องมือ พร้อมฐานรองรับแบบแขวนบนสปริงแถบ

รูปที่ 2.4.a. เครื่องแบบ Soft Bearing สำหรับถ่วงสมดุลเพลาขับ (ประกอบเครื่องแล้ว)

รูปที่ 2.4.b. เครื่องแบบ Soft Bearing สำหรับถ่วงสมดุลเพลาขับ พร้อมฐานรองรับแคร่เลื่อนที่แขวนด้วยสปริงแถบ (ตัวรองรับแกนนำพร้อมระบบรองรับแบบแถบสปริง)

รูปที่ 2.5 เครื่องแบบ Soft Bearing สำหรับถ่วงสมดุลเทอร์โบชาร์จเจอร์ พร้อมฐานรองรับบนสปริงแถบ ผลิตโดย A. Shahgunyan (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก)

รูปที่ 2.6 ภาพหน้าจอของระบบวัด 'Balanset 1' แสดงผลการปรับสมดุลใบพัดกังหันบนเครื่องจักรของ A. Shahgunyan

นอกเหนือจากเครื่องปรับสมดุลแบบ Soft Bearing รุ่นคลาสสิกที่ได้กล่าวถึงข้างต้นแล้ว ยังมีโครงสร้างทางเลือกอื่น ๆ ที่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายอีกด้วย

รูปที่ 2.7 และ 2.8 ภาพถ่ายแสดงเครื่องปรับสมดุลเพลาขับ ซึ่งมีฐานรองรับทำจากสปริงแผ่นเรียบ เครื่องจักรเหล่านี้ผลิตขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของบริษัทเอกชน "Dergacheva" และบริษัทจำกัด "Tatcardan" ("Kinetics-M") ตามลำดับ.

เครื่องปรับสมดุลแบริ่งแบบอ่อนที่มีฐานรองรับแบบนี้ มักถูกผลิตซ้ำโดยผู้ผลิตสมัครเล่น เนื่องจากมีความเรียบง่ายและผลิตได้ง่าย ต้นแบบเหล่านี้โดยทั่วไปจะเป็นเครื่องจักรซีรีส์ VBRF จาก "K. Schenck" หรือเครื่องจักรที่ผลิตในประเทศที่คล้ายคลึงกัน.

เครื่องจักรที่แสดงในรูปที่ 2.7 และ 2.8 ได้รับการออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลเพลาขับที่มีการรองรับสองจุด สามจุด และสี่จุด เครื่องจักรเหล่านี้มีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน ประกอบด้วย:

• โครงเตียงเชื่อม 1 ซึ่งประกอบด้วยคานรูปตัวไอสองชิ้นที่เชื่อมต่อกันด้วยครอสริบ
• ตัวรองรับแกนหมุน (ด้านหน้า) แบบอยู่กับที่ 2;
• ตัวรองรับแกนหมุน (ด้านหลัง) แบบเคลื่อนย้ายได้ 3;
• หนึ่งหรือสองตัวรองรับแบบเคลื่อนที่ได้ (ตัวกลาง) 4. ตัวรองรับ 2 และ 3 รองรับหน่วยแกนหมุน 5 และ 6 ซึ่งออกแบบมาเพื่อติดตั้งเพลาขับที่สมดุล 7 บนเครื่องจักร

รูปที่ 2.7 เครื่องปรับสมดุลเพลาขับแบบแบริ่งอ่อนของบริษัทเอกชน "เดอร์กาเชวา" พร้อมฐานรองแบบสปริงแผ่นเรียบ

รูปที่ 2.8 เครื่องปรับสมดุลเพลาขับแบบแบริ่งอ่อนของบริษัท "Tatcardan" ("Kinetics-M") พร้อมฐานรองแบบสปริงแบน

เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือน 8 ถูกติดตั้งบนทุกจุดรองรับ ซึ่งใช้สำหรับวัดการสั่นสะเทือนในแนวขวางของจุดรองรับเหล่านั้น สปินเดิลนำ 5 ซึ่งติดตั้งอยู่บนจุดรองรับที่ 2 จะถูกหมุนโดยมอเตอร์ไฟฟ้าผ่านสายพานส่งกำลัง

รูปที่ 2.9.a และ 2.9.b แสดงภาพถ่ายของฐานรองรับเครื่องจักรบาลานซ์ ซึ่งใช้สปริงแบบแบนเป็นฐาน

รูปที่ 2.9. ฐานรองรับของเครื่องถ่วงสมดุลแบบ Soft Bearing ที่ใช้สปริงแบน

• ก) ด้านข้าง;
• ข) ด้านหน้า

เนื่องจากผู้ผลิตมือสมัครเล่นมักใช้โครงสร้างรองรับเช่นนี้ในงานออกแบบของตน จึงเป็นประโยชน์ที่จะตรวจสอบลักษณะโครงสร้างของมันอย่างละเอียดขึ้น ตามที่แสดงในรูป 2.9.a โครงสร้างรองรับนี้ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามส่วน:

• แผ่นรองด้านล่าง 1: สำหรับตัวรองรับแกนหมุนด้านหน้า แผ่นจะยึดติดกับตัวนำอย่างแน่นหนา สำหรับตัวรองรับระหว่างหรือตัวรองรับแกนหมุนด้านหลัง แผ่นล่างจะออกแบบให้เป็นตัวเลื่อนที่สามารถเคลื่อนที่ตามตัวนำของโครงได้
• แผ่นรองรับด้านบน 2, ซึ่งหน่วยรองรับถูกติดตั้งอยู่ (ตัวรองรับลูกกลิ้ง 4 ตัว, แกนหมุน, ตลับลูกปืนกลาง, เป็นต้น)
• สปริงแบนสองตัว 3, เชื่อมต่อแผ่นรองแบริ่งด้านล่างและด้านบน

เพื่อป้องกันความเสี่ยงของการสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้นของตัวรองรับระหว่างการทำงาน ซึ่งอาจเกิดขึ้นระหว่างการเร่งหรือการชะลอของโรเตอร์ที่ถ่วงสมดุล ตัวรองรับอาจมีกลไกล็อก (ดูรูป 2.9.b) กลไกนี้ประกอบด้วยขายึดแข็ง 5 ซึ่งสามารถเข้าล็อกด้วยตัวล็อกแบบเยื้องศูนย์ 6 ที่เชื่อมต่อกับสปริงแบนตัวหนึ่งของตัวรองรับ เมื่อตัวล็อก 6 และขายึด 5 เข้าล็อกกัน ตัวรองรับจะถูกล็อก จึงช่วยขจัดความเสี่ยงของการสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้นระหว่างการเร่งและการชะลอ

เมื่อออกแบบตัวรองรับที่ทำจากสปริงแบน (แผ่น) ผู้ผลิตเครื่องจักรต้องประเมินความถี่ธรรมชาติของการสั่นของตัวรองรับ ซึ่งขึ้นอยู่กับความแข็งของสปริงและมวลของโรเตอร์ที่ถ่วงสมดุล การทราบพารามิเตอร์นี้ช่วยให้ผู้ออกแบบสามารถเลือกช่วงความถี่การหมุนในการทำงานของโรเตอร์ได้อย่างมีเหตุผล เพื่อหลีกเลี่ยงอันตรายจากการสั่นสะเทือนเรโซแนนซ์ของตัวรองรับระหว่างการถ่วงสมดุล

ข้อเสนอแนะสำหรับการคำนวณและการหาค่าความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของตัวรองรับ รวมถึงส่วนประกอบอื่น ๆ ของเครื่องจักรสมดุล จะถูกกล่าวถึงในหัวข้อที่ 3

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ความเรียบง่ายและความสามารถในการผลิตของการออกแบบตัวรองรับโดยใช้สปริงแบบแผ่น (เพลท) ดึงดูดนักพัฒนาสมัครเล่นของเครื่องปรับสมดุลสำหรับวัตถุประสงค์ต่างๆ รวมถึงเครื่องปรับสมดุลเพลาข้อเหวี่ยง, โรเตอร์ของเทอร์โบชาร์จเจอร์ในรถยนต์ เป็นต้น

ตัวอย่างเช่น ภาพที่ 2.10.a และ 2.10.b แสดงภาพร่างโดยทั่วไปของเครื่องจักรที่ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลโรเตอร์ของเทอร์โบชาร์จเจอร์ เครื่องจักรนี้ผลิตขึ้นและใช้งานภายในบริษัท LLC "SuraTurbo" ในเมืองเพนซา.

2.10.a. เครื่องสำหรับปรับสมดุลโรเตอร์เทอร์โบชาร์จเจอร์ (มุมมองด้านข้าง)

2.10.b. เครื่องสำหรับปรับสมดุลโรเตอร์เทอร์โบชาร์จเจอร์ (มุมมองจากด้านหน้าของฐานรองรับ)

นอกเหนือจากเครื่องปรับสมดุลแบบ Soft Bearing ที่ได้กล่าวถึงไปแล้ว ยังมีการสร้างขาตั้ง Soft Bearing ที่ค่อนข้างง่ายขึ้นในบางครั้ง ขาตั้งเหล่านี้ช่วยให้สามารถปรับสมดุลของกลไกหมุนได้อย่างมีคุณภาพสูงสำหรับวัตถุประสงค์ต่าง ๆ ด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด

ด้านล่างนี้จะกล่าวถึงแท่นวางหลายแบบที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของแผ่นเรียบ (หรือโครง) ที่วางอยู่บนสปริงอัดทรงกระบอก โดยปกติแล้วจะเลือกสปริงเหล่านี้ให้ความถี่ธรรมชาติของการสั่นของแผ่นที่มีกลไกปรับสมดุลติดตั้งอยู่บนนั้นต่ำกว่าความถี่การหมุนของโรเตอร์ของกลไกนั้นในระหว่างการปรับสมดุลประมาณ 2 ถึง 3 เท่า.

รูปที่ 2.11 แสดงภาพถ่ายของแท่นสำหรับถ่วงล้อขัด ซึ่งผลิตสำหรับการผลิตภายในบริษัทโดย P. Asharin

รูปที่ 2.11 แท่นสำหรับถ่วงล้อขัด

ขาตั้งประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังต่อไปนี้:

• แผ่นที่ 1ติดตั้งบนสปริงทรงกระบอกสี่ตัว 2;
• มอเตอร์ไฟฟ้า 3ซึ่งโรเตอร์ของมันยังทำหน้าที่เป็นแกนหมุน โดยมีแกนนำ 4 ติดตั้งอยู่ ใช้สำหรับติดตั้งและยึดล้อขัดบนแกนหมุน

คุณสมบัติที่สำคัญของแท่นนี้คือการมีเซ็นเซอร์วัดชีพจร 5 สำหรับวัดมุมการหมุนของโรเตอร์มอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งใช้เป็นส่วนหนึ่งของระบบวัดของแท่น ("Balanset 2C") เพื่อกำหนดตำแหน่งเชิงมุมสำหรับการกำจัดมวลแก้ไขออกจากล้อขัด.

รูปที่ 2.12 ภาพนี้แสดงขาตั้งที่ใช้สำหรับปรับสมดุลปั๊มสุญญากาศ ขาตั้งนี้ได้รับการพัฒนาตามสั่งโดยบริษัท JSC "Measurement Plant".

รูปที่ 2.12 ขาตั้งสำหรับปรับสมดุลปั๊มสุญญากาศของบริษัท JSC "Measurement Plant""

ฐานของจุดยืนนี้ยังใช้ แผ่นที่ 1ติดตั้งบนสปริงทรงกระบอก 2 บนแผ่นเพลท 1 มีปั๊มสุญญากาศ 3 ซึ่งติดตั้งอยู่และมีระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าของตัวเองที่สามารถปรับความเร็วได้กว้างตั้งแต่ 0 ถึง 60,000 รอบต่อนาที เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือน 4 ติดตั้งอยู่บนตัวปั๊ม ซึ่งใช้สำหรับวัดการสั่นสะเทือนในสองส่วนที่แตกต่างกันที่ระดับความสูงต่างกัน

เพื่อให้การวัดการสั่นสะเทือนสอดคล้องกับมุมการหมุนของโรเตอร์ปั๊ม จึงใช้เซ็นเซอร์วัดมุมเฟสเลเซอร์ 5 บนแท่นวาง แม้ว่าโครงสร้างภายนอกของแท่นวางดังกล่าวจะดูเรียบง่าย แต่ก็ช่วยให้สามารถปรับสมดุลใบพัดของปั๊มได้อย่างมีคุณภาพสูงมาก.

ตัวอย่างเช่น ที่ความถี่การหมุนต่ำกว่าความเร็ววิกฤต ความไม่สมดุลคงเหลือของโรเตอร์ปั๊มต่ำกว่าค่าความคลาดเคลื่อนของเกรดคุณภาพการถ่วงสมดุลที่ละเอียดที่สุดที่กำหนดใน ISO 21940-11 (เดิมคือ ISO 1940-1) คือ G0.4 ซึ่งเป็นผลจากแท่นทดสอบภายในที่เทียบเท่ากับ G0.16 ตามสมมุติฐาน ซึ่งเข้มงวดกว่าเกรดใดๆ ที่ระบุในมาตรฐาน

การสั่นสะเทือนที่เหลืออยู่ของตัวเรือนปั๊มที่ได้ระหว่างการปรับสมดุลที่ความเร็วรอบสูงสุดถึง 8,000 รอบต่อนาที ไม่เกิน 0.01 มิลลิเมตรต่อวินาที

แท่นปรับสมดุลที่ผลิตตามแผนที่อธิบายไว้ข้างต้นยังมีประสิทธิภาพในการปรับสมดุลกลไกอื่น ๆ เช่น พัดลม ตัวอย่างของแท่นที่ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลพัดลมแสดงในรูปที่ 2.13 และ 2.14

รูปที่ 2.13. แท่นสำหรับถ่วงสมดุลใบพัดพัดลม

คุณภาพของการปรับสมดุลพัดลมที่ทำบนแท่นวางดังกล่าวค่อนข้างสูง ตามที่ผู้เชี่ยวชาญจากบริษัท "Atlant-project" จำกัด ระบุว่า บนแท่นวางที่พวกเขาออกแบบตามคำแนะนำจากบริษัท "Kinematics" จำกัด (ดูรูปที่ 2.14) ระดับการสั่นสะเทือนที่เหลืออยู่เมื่อปรับสมดุลพัดลมอยู่ที่ 0.8 มม./วินาที ซึ่งดีกว่าค่าความคลาดเคลื่อนที่กำหนดไว้สำหรับพัดลมในหมวด BV5 ตามมาตรฐาน ISO 31350-2007 "การสั่นสะเทือน พัดลมอุตสาหกรรม ข้อกำหนดสำหรับคุณภาพการสั่นสะเทือนและการปรับสมดุล" มากกว่าสามเท่า"

รูปที่ 2.14 ขาตั้งสำหรับปรับสมดุลใบพัดพัดลมของอุปกรณ์ป้องกันการระเบิด ผลิตโดยบริษัท "Atlant-project" จำกัด เมืองโพดอลสค์

ข้อมูลที่คล้ายกันซึ่งได้จากบริษัท JSC "Lissant Fan Factory" แสดงให้เห็นว่า ขาตั้งดังกล่าวที่ใช้ในการผลิตพัดลมแบบต่อเนื่อง ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการสั่นสะเทือนที่เหลืออยู่จะไม่เกิน 0.1 มม./วินาที อย่างสม่ำเสมอ.

2.2. เครื่องถ่วงสมดุลแบบ Hard Bearing

เครื่องปรับสมดุลแบบลูกปืนแข็งแตกต่างจากเครื่องปรับสมดุลแบบลูกปืนนิ่มที่ได้กล่าวถึงก่อนหน้านี้ในด้านการออกแบบของตัวรองรับ ตัวรองรับของเครื่องปรับสมดุลแบบลูกปืนแข็งทำเป็นแผ่นแข็งที่มีช่องตัดซับซ้อน ตัวรองรับเหล่านี้มีความถี่ธรรมชาติที่สูงกว่าความถี่การหมุนสูงสุดของโรเตอร์ที่ปรับสมดุลบนเครื่องอย่างน้อย 2-3 เท่า

เครื่องจักรแบบลูกปืนแข็งมีความอเนกประสงค์มากกว่าเครื่องจักรแบบลูกปืนอ่อน เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วสามารถปรับสมดุลโรเตอร์ได้อย่างมีคุณภาพสูงในช่วงน้ำหนักและคุณลักษณะทางมิติที่กว้างกว่า ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของเครื่องจักรเหล่านี้คือสามารถปรับสมดุลโรเตอร์ได้อย่างแม่นยำสูงที่ความเร็วรอบค่อนข้างต่ำ ซึ่งอาจอยู่ในช่วง 200-500 รอบต่อนาทีหรือต่ำกว่า

รูปที่ 2.15 ภาพนี้แสดงตัวอย่างเครื่องปรับสมดุลแบริ่งแข็งทั่วไปที่ผลิตโดย "K. Schenk" จากภาพนี้ เห็นได้ชัดว่าชิ้นส่วนแต่ละส่วนของตัวรองรับ ซึ่งเกิดจากร่องที่ซับซ้อน มีความแข็งต่างกัน ภายใต้แรงที่เกิดจากการไม่สมดุลของโรเตอร์ อาจทำให้เกิดการเสียรูป (การเคลื่อนที่) ของบางส่วนของตัวรองรับเมื่อเทียบกับส่วนอื่นๆ (ในภาพที่ 2.15 ส่วนที่แข็งกว่าของตัวรองรับถูกเน้นด้วยเส้นประสีแดง และส่วนที่อ่อนกว่าถูกเน้นด้วยสีน้ำเงิน).

ในการวัดการเปลี่ยนรูปสัมพัทธ์ดังกล่าว เครื่องถ่วงสมดุลแบบ Hard Bearing สามารถใช้ได้ทั้งเซ็นเซอร์แรงหรือเซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนความไวสูงหลายชนิด รวมถึงเซ็นเซอร์วัดการกระจัดการสั่นสะเทือนแบบไม่สัมผัส

รูปที่ 2.15 เครื่องปรับสมดุลตลับลูกปืนแข็ง โดย "K. Schenk""

จากการวิเคราะห์คำขอจากลูกค้าสำหรับเครื่องมือซีรีส์ "Balanset" พบว่า ความสนใจในการผลิตเครื่องปรับสมดุลตลับลูกปืนแข็งสำหรับใช้ภายในองค์กรนั้นเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นผลมาจากการเผยแพร่ข้อมูลโฆษณาเกี่ยวกับคุณสมบัติการออกแบบของเครื่องปรับสมดุลที่ผลิตในประเทศอย่างแพร่หลาย โดยผู้ผลิตรายย่อยนำไปใช้เป็นแบบอย่าง (หรือต้นแบบ) ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ของตนเอง.

เรามาพิจารณาเครื่องจักรแบบแบริ่งแข็งรุ่นต่างๆ ที่ผลิตขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการภายในของลูกค้าจำนวนหนึ่งที่ใช้เครื่องมือซีรีส์ "Balanset" กัน.

รูปที่ 2.16.a – 2.16.d ภาพแสดงเครื่องปรับสมดุลเพลาขับแบบแข็ง (Hard Bearing machine) ซึ่งผลิตโดยบริษัท N. Obyedkov (เมือง Magnitogorsk) ดังที่แสดงในรูปที่ 2.16.a เครื่องจักรประกอบด้วยโครงสร้างแข็ง 1 ซึ่งติดตั้งตัวรองรับ 2 (แกนหมุนสองตัวและตัวกลางสองตัว) แกนหมุนหลัก 3 ของเครื่องจักรหมุนโดยมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส 4 ผ่านระบบขับเคลื่อนด้วยสายพาน ตัวควบคุมความถี่ 6 ใช้สำหรับควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ไฟฟ้า 4 เครื่องจักรนี้ติดตั้งระบบวัดและคำนวณ "Balanset 4" 5 ซึ่งประกอบด้วยหน่วยวัด คอมพิวเตอร์ เซ็นเซอร์วัดแรงสี่ตัว และเซ็นเซอร์วัดมุมเฟส (เซ็นเซอร์ไม่ได้แสดงในรูปที่ 2.16.a).

รูปที่ 2.16.a. เครื่องถ่วงสมดุลแบบ Hard Bearing สำหรับเพลาขับ ผลิตโดย N. Obyedkov (Magnitogorsk)

รูปที่ 2.16.b แสดงภาพถ่ายของส่วนรองรับด้านหน้าของเครื่องพร้อมแกนนำ 3 ซึ่งขับเคลื่อนตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ โดยสายพานจากมอเตอร์ไฟฟ้าแบบไม่ซิงโครนัส 4 ส่วนรองรับนี้ติดตั้งอย่างแข็งแรงบนโครงเครื่อง

รูปที่ 2.16.b. การรองรับแกนหมุนด้านหน้า (แกนนำ)

รูปที่ 2.16.c มีภาพถ่ายของหนึ่งในสองตัวรองรับกลางที่สามารถเคลื่อนย้ายได้ของเครื่องจักร ตัวรองรับนี้วางอยู่บนรางเลื่อน 7 ซึ่งช่วยให้สามารถเคลื่อนที่ตามแนวยาวไปตามรางนำของโครงเครื่องได้ ตัวรองรับนี้ประกอบด้วยอุปกรณ์พิเศษ 8 ที่ออกแบบมาเพื่อติดตั้งและปรับระดับความสูงของตลับลูกปืนกลางของเพลาขับสมดุล

รูปที่ 2.16.c. โครงยึดเคลื่อนที่ระดับกลางของเครื่องจักร

รูปที่ 2.16.d ภาพนี้แสดงส่วนของตัวรองรับแกนหมุนด้านหลัง (ด้านขับเคลื่อน) ซึ่งเช่นเดียวกับตัวรองรับตรงกลาง ช่วยให้สามารถเคลื่อนที่ไปตามรางนำของโครงเครื่องจักรได้.

รูปที่ 2.16.d. ตัวรองรับแกนหมุนด้านหลัง (แกนหมุนขับเคลื่อน)

แผ่นรองรับทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้นเป็นแผ่นแนวตั้งที่ติดตั้งบนฐานเรียบ แผ่นเหล่านี้มีร่องรูปตัว T (ดูรูปที่ 2.16.d) ซึ่งแบ่งแผ่นรองรับออกเป็นส่วนใน 9 (มีความแข็งมากกว่า) และส่วนนอก 10 (มีความแข็งน้อยกว่า) ความแข็งที่แตกต่างกันของส่วนในและส่วนนอกของแผ่นรองรับอาจทำให้เกิดการเสียรูปสัมพัทธ์ของส่วนเหล่านี้ภายใต้แรงไม่สมดุลจากโรเตอร์ที่สมดุล

เซ็นเซอร์แรงมักใช้เพื่อวัดการเปลี่ยนรูปสัมพัทธ์ของตัวรองรับในเครื่องจักรที่ทำเอง ตัวอย่างการติดตั้งเซ็นเซอร์แรงบนตัวรองรับของเครื่องปรับสมดุล Hard Bearing แสดงไว้ในรูป 2.16.e ตามที่เห็นในรูปนี้ เซ็นเซอร์แรง 11 ถูกกดติดกับผิวด้านข้างของส่วนในของตัวรองรับโดยสลักเกลียว 12 ซึ่งผ่านรูเกลียวในตัวรองรับส่วนนอก

เพื่อให้แน่ใจว่าแรงกดของสลักเกลียว 12 กระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งระนาบของเซ็นเซอร์แรง 11 จึงมีการวางแหวนรองแบน 13 ไว้ระหว่างสลักเกลียวกับเซ็นเซอร์

รูปที่ 2.16.d. ตัวอย่างการติดตั้งเซ็นเซอร์แรงบนฐานรองรับ

ในระหว่างการทำงานของเครื่องจักร แรงที่ไม่สมดุลจากโรเตอร์ที่สมดุลจะกระทำผ่านหน่วยรองรับ (แกนหมุนหรือแบริ่งกลาง) ไปยังส่วนนอกของตัวรองรับ ซึ่งจะเริ่มเคลื่อนที่ (เสียรูป) เป็นวงจรสัมพันธ์กับส่วนในด้วยความถี่ของการหมุนของโรเตอร์ ส่งผลให้เกิดแรงแปรผันกระทำต่อเซ็นเซอร์ 11 ซึ่งเป็นสัดส่วนกับแรงที่ไม่สมดุล ภายใต้อิทธิพลนี้ สัญญาณไฟฟ้าที่เป็นสัดส่วนกับขนาดของความไม่สมดุลของโรเตอร์จะถูกสร้างขึ้นที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์วัดแรง.

สัญญาณจากเซ็นเซอร์วัดแรงที่ติดตั้งอยู่บนฐานรองรับทั้งหมด จะถูกส่งเข้าสู่ระบบวัดและประมวลผลของเครื่องจักร ซึ่งจะนำไปใช้ในการกำหนดค่าพารามิเตอร์ของตุ้มน้ำหนักปรับแก้.

รูปที่ 2.17.a. ภาพนี้แสดงเครื่องจักรเฉพาะทางสำหรับปรับสมดุลเพลา "สกรู" ที่เรียกว่าเครื่องจักร Hard Bearing เครื่องจักรนี้ผลิตขึ้นเพื่อใช้ภายในบริษัท LLC "Ufatverdosplav".

ดังที่เห็นในรูป กลไกขับหมุนของเครื่องมีโครงสร้างที่เรียบง่ายขึ้น ซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังต่อไปนี้:

• โครงเชื่อม 1ทำหน้าที่เป็นฐานรอง
• สองตัวรองรับคงที่ 2, ติดตั้งอย่างแน่นหนาบนโครง
• มอเตอร์ไฟฟ้า 3ซึ่งขับเคลื่อนเพลาสมดุล (สกรู) 5 ผ่านระบบสายพาน 4

รูปที่ 2.17.ก. เครื่องปรับสมดุลเพลาสกรูแบบตลับลูกปืนแข็ง ผลิตโดยบริษัทจำกัด "Ufatverdosplav""

แผ่นรองรับ 2 ของเครื่องจักรติดตั้งในแนวตั้งเป็นแผ่นเหล็กที่มีร่องรูปตัว T ที่ด้านบนของแต่ละแผ่นรองรับ มีลูกกลิ้งรองรับที่ผลิตโดยใช้ตลับลูกปืน ซึ่งเพลาสมดุล 5 หมุนอยู่

เพื่อวัดการเสียรูปของแท่นรองรับที่เกิดขึ้นภายใต้การกระทำของความไม่สมดุลของโรเตอร์ จึงใช้เซ็นเซอร์วัดแรง 6 (ดูรูปที่ 2.17.b) ซึ่งติดตั้งอยู่ในร่องของแท่นรองรับ เซ็นเซอร์เหล่านี้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ "Balanset 1" ซึ่งใช้ในเครื่องจักรนี้เป็นระบบวัดและคำนวณ.

แม้ว่ากลไกการหมุนของเครื่องจักรจะค่อนข้างเรียบง่าย แต่ก็ช่วยให้สามารถปรับสมดุลของสกรูได้อย่างมีคุณภาพสูง ซึ่งดังที่เห็นในรูปที่ 2.17.a. สกรูเหล่านี้มีพื้นผิวเป็นเกลียวที่ซับซ้อน.

จากข้อมูลของบริษัทจำกัด "Ufatverdosplav" ระบุว่า ความไม่สมดุลเริ่มต้นของสกรูในเครื่องจักรนี้ลดลงเกือบ 50 เท่าในระหว่างกระบวนการปรับสมดุล.

รูปที่ 2.17.b. ฐานรองรับของเครื่องถ่วงสมดุลแบบ Hard Bearing สำหรับเพลาสกรู พร้อมเซ็นเซอร์แรง

ความไม่สมดุลคงเหลือที่ทำได้คือ 3552 g*mm (19.2 g ที่รัศมี 185 mm) ในระนาบแรกของสกรู และ 2220 g*mm (12.0 g ที่รัศมี 185 mm) ในระนาบที่สอง สำหรับโรเตอร์น้ำหนัก 500 kg ที่ทำงานที่ความเร็วรอบ 3500 RPM ความไม่สมดุลนี้สอดคล้องกับคลาส G6.3 ตาม ISO 21940-11 (เดิมคือ ISO 1940-1) ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดในเอกสารทางเทคนิคของมัน

บริษัท SV Morozov ได้เสนอการออกแบบดั้งเดิม (ดูรูปที่ 2.18) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้ฐานเดียวสำหรับการติดตั้งตัวรองรับพร้อมกันสำหรับเครื่องปรับสมดุลตลับลูกปืนแข็งสองเครื่องที่มีขนาดแตกต่างกัน ข้อดีที่เห็นได้ชัดของวิธีการทางเทคนิคนี้ ซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิตของผู้ผลิตได้อย่างมาก ได้แก่:

• ประหยัดพื้นที่การผลิต
• การใช้มอเตอร์ไฟฟ้าหนึ่งตัวพร้อมตัวควบคุมความถี่แบบปรับได้สำหรับการทำงานของเครื่องจักรสองเครื่องที่แตกต่างกัน;
• การใช้ระบบวัดหนึ่งเดียวในการควบคุมเครื่องจักรสองเครื่องที่แตกต่างกัน

รูปที่ 2.18 เครื่องปรับสมดุลตลับลูกปืนแข็ง (แบบ "แทนเดม") ผลิตโดย SV Morozov

3. ข้อกำหนดสำหรับการก่อสร้างหน่วยพื้นฐานและกลไกของเครื่องจักรบาลานซ์

3.1. ตลับลูกปืน

3.1.1. พื้นฐานทางทฤษฎีของการออกแบบตลับลูกปืน

ในส่วนก่อนหน้านี้ ได้มีการกล่าวถึงรายละเอียดเกี่ยวกับการออกแบบหลักของตัวรองรับแบบอ่อนและแบบแข็งสำหรับเครื่องปรับสมดุลเครื่องจักรไปแล้ว พารามิเตอร์ที่สำคัญที่ผู้ออกแบบต้องพิจารณาเมื่อออกแบบและผลิตตัวรองรับเหล่านี้คือความถี่ธรรมชาติของการสั่นของตัวรองรับ เนื่องจากจำเป็นต้องวัดไม่เพียงแต่แอมพลิจูดของการสั่น (การเสียรูปเป็นวงจร) ของตัวรองรับเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเฟสของการสั่นด้วย ซึ่งจำเป็นสำหรับการคำนวณพารามิเตอร์ของน้ำหนักปรับแก้โดยระบบการวัดและการคำนวณของเครื่องจักร.

หากความถี่ธรรมชาติของฐานรองรับตรงกับความถี่การหมุนของโรเตอร์ที่สมดุล (การสั่นพ้องของฐานรองรับ) การวัดแอมพลิจูดและเฟสของการสั่นสะเทือนอย่างแม่นยำนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย ดังจะเห็นได้จากกราฟที่แสดงการเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดและเฟสของการสั่นของฐานรองรับเป็นฟังก์ชันของความถี่การหมุนของโรเตอร์ที่สมดุล (ดูรูปที่ 3.1).

จากกราฟเหล่านี้ สามารถสรุปได้ว่า เมื่อความถี่การหมุนของโรเตอร์ที่สมดุลเข้าใกล้ความถี่ธรรมชาติของการสั่นของฐานรองรับ (กล่าวคือ เมื่ออัตราส่วน fp/fo ใกล้เคียงกับ 1) จะเกิดการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของแอมพลิจูดที่เกี่ยวข้องกับการสั่นแบบเรโซแนนซ์ของฐานรองรับ (ดูรูปที่ 3.1.a) ในขณะเดียวกัน กราฟ 3.1.b แสดงให้เห็นว่าในเขตเรโซแนนซ์ มีการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันของมุมเฟส ∆F° ซึ่งสามารถสูงถึง 180°

กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อปรับสมดุลกลไกใดๆ ในเขตเรโซแนนซ์ แม้การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความถี่การหมุนก็สามารถนำไปสู่ความไม่เสถียรอย่างมีนัยสำคัญในผลการวัดแอมพลิจูดและเฟสของการสั่นสะเทือน ซึ่งส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการคำนวณพารามิเตอร์ของน้ำหนักแก้ไข และส่งผลเสียต่อคุณภาพของการปรับสมดุล

กราฟข้างต้นยืนยันคำแนะนำก่อนหน้านี้ว่า สำหรับเครื่องจักรที่มีแบริ่งแข็ง ความถี่ในการทำงานของโรเตอร์ที่สูงสุดควรต่ำกว่าความถี่ธรรมชาติของตัวรองรับอย่างน้อย 2-3 เท่า สำหรับเครื่องจักรที่มีแบริ่งอ่อน ความถี่ในการทำงานที่อนุญาตได้ของโรเตอร์ที่สมดุลแล้วควรสูงกว่าความถี่ธรรมชาติของตัวรองรับอย่างน้อย 2-3 เท่า.

รูปที่ 3.1 กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดสัมพัทธ์และเฟสของการสั่นสะเทือนของฐานรองรับเครื่องจักรบาลานซ์ตามการเปลี่ยนแปลงของความถี่การหมุน

• Ад – ความกว้างของคลื่นการสั่นสะเทือนแบบไดนามิกของฐานรองรับ;
• e = m*r / M - ความไม่สมดุลเฉพาะจุดของโรเตอร์ที่สมดุล;
• m – มวลของโรเตอร์ไม่สมดุล;
• M – มวลของโรเตอร์;
• r – รัศมีที่มวลไม่สมดุลตั้งอยู่บนโรเตอร์;
• fp – ความถี่การหมุนของโรเตอร์;
• fo – ความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของฐานรองรับ

จากข้อมูลที่นำเสนอ การใช้งานเครื่องจักรในพื้นที่เรโซแนนซ์ของฐานรองรับ (ซึ่งแสดงเป็นสีแดงในรูปที่ 3.1) ไม่แนะนำ การใช้กราฟที่แสดงในรูปที่ 3.1 ยังแสดงให้เห็นว่า สำหรับความไม่สมดุลของโรเตอร์เดียวกัน การสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นจริงของฐานรองรับเครื่องจักรแบบ Soft Bearing ต่ำกว่าการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นบนฐานรองรับเครื่องจักรแบบ Soft Bearing อย่างมีนัยสำคัญ

จากนี้สามารถสรุปได้ว่า เซ็นเซอร์ที่ใช้ในการวัดการสั่นสะเทือนของตัวรองรับในเครื่องจักรที่มีแบริ่งแข็งจะต้องมีความไวสูงกว่าเซ็นเซอร์ที่ใช้ในเครื่องจักรที่มีแบริ่งนิ่ม ข้อสรุปนี้ได้รับการสนับสนุนอย่างดีจากการปฏิบัติจริงในการใช้เซ็นเซอร์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนแบบสัมบูรณ์ (vibro-accelerometers และ/หรือ vibro-velocity sensors) ที่ใช้ประสบความสำเร็จในเครื่องปรับสมดุลที่มีแบริ่งนิ่ม มักไม่สามารถบรรลุคุณภาพการปรับสมดุลที่จำเป็นในเครื่องปรับสมดุลที่มีแบริ่งแข็งได้

บนเครื่องจักรเหล่านี้ แนะนำให้ใช้เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนแบบสัมพัทธ์ เช่น เซ็นเซอร์แรง หรือเซ็นเซอร์วัดการเคลื่อนที่ที่มีความไวสูง

3.1.2. การประมาณค่าความถี่ธรรมชาติของโครงสร้างรองรับโดยใช้วิธีการคำนวณ

นักออกแบบสามารถทำการคำนวณความถี่ธรรมชาติโดยประมาณ (การประมาณการ) ของโครงสร้างรองรับโดยใช้สูตร 3.1 โดยถือว่าโครงสร้างรองรับเป็นระบบการสั่นสะเทือนที่มีองศาอิสระเพียงหนึ่งองศา ซึ่ง (ดูรูปที่ 2.19.a) แทนด้วยมวล M ที่สั่นสะเทือนบนสปริงที่มีความแข็ง K

มวล M ที่ใช้ในการคำนวณสำหรับโรเตอร์ระหว่างแบริ่งแบบสมมาตรสามารถประมาณได้โดยใช้สูตร 3.2

โดยที่ Mo คือมวลของส่วนที่เคลื่อนที่ได้ของแท่นรองรับในหน่วยกิโลกรัม; Mr คือมวลของโรเตอร์ที่สมดุลในหน่วยกิโลกรัม; และ n คือจำนวนแท่นรองรับเครื่องจักรที่เกี่ยวข้องกับการปรับสมดุล.

ความแข็ง K ของตัวรองรับคำนวณโดยใช้สูตร 3.3 ซึ่งอ้างอิงจากผลการศึกษานำร่องที่เกี่ยวข้องกับการวัดการเปลี่ยนรูป ΔL ของตัวรองรับเมื่อถูกโหลดด้วยแรงคงที่ P (ดูรูป 3.2.a และ 3.2.b)

โดยที่ ΔL คือการเสียรูปของฐานรองในหน่วยเมตร และ P คือแรงสถิตในหน่วยนิวตัน.

ขนาดของแรงกระทำ P สามารถวัดได้โดยใช้เครื่องมือวัดแรง (เช่น ไดนาโมมิเตอร์) การเคลื่อนที่ของฐานรองรับ ΔL กำหนดโดยใช้เครื่องมือวัดการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง (เช่น ไดอัลอินดิเคเตอร์)

3.1.3. วิธีการทดลองเพื่อหาความถี่ธรรมชาติของโครงสร้างรองรับ

เนื่องจากการคำนวณความถี่ธรรมชาติของจุดรองรับที่กล่าวถึงข้างต้น ซึ่งดำเนินการโดยใช้วิธีที่ง่ายขึ้น อาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดอย่างมาก นักพัฒนาสมัครเล่นส่วนใหญ่จึงนิยมกำหนดค่าพารามิเตอร์เหล่านี้ด้วยวิธีการทดลอง โดยพวกเขาใช้ประโยชน์จากความสามารถของระบบวัดการสั่นสะเทือนที่ทันสมัยของเครื่องปรับสมดุล รวมถึงเครื่องมือในซีรีส์ "Balanset".

3.1.3.1. การหาความถี่ธรรมชาติของฐานรองรับโดยวิธีกระตุ้นด้วยแรงกระแทก

วิธีการกระตุ้นด้วยแรงกระแทกเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดและใช้กันทั่วไปที่สุดในการหาความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของฐานรองรับหรือส่วนประกอบอื่นๆ ของเครื่องจักรใดๆ วิธีนี้อาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อวัตถุใดๆ เช่น กระดิ่ง (ดูรูปที่ 3.3) ถูกกระตุ้นด้วยแรงกระแทก การตอบสนองของมันจะปรากฏเป็นการสั่นสะเทือนที่ค่อยๆ ลดลง ความถี่ของสัญญาณการสั่นสะเทือนถูกกำหนดโดยลักษณะโครงสร้างของวัตถุและสอดคล้องกับความถี่ของการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของวัตถุนั้น สำหรับการกระตุ้นการสั่นสะเทือนด้วยการกระแทก สามารถใช้เครื่องมือที่มีน้ำหนักมากใดก็ได้ เช่น ค้อนยางหรือค้อนธรรมดา

รูปที่ 3.3 แผนภาพการกระตุ้นด้วยแรงกระแทกที่ใช้ในการหาความถี่ธรรมชาติของวัตถุ

มวลของค้อนควรมีค่าประมาณ 10% ของมวลวัตถุที่ต้องการกระตุ้น เพื่อจับการตอบสนองการสั่นสะเทือน ควรติดตั้งเซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนบนวัตถุที่กำลังตรวจสอบ โดยให้แกนวัดของเซ็นเซอร์อยู่ในแนวเดียวกับทิศทางของการกระตุ้นด้วยแรงกระแทก ในบางกรณี อาจใช้ไมโครโฟนจากอุปกรณ์วัดเสียงรบกวนเป็นตัวเซ็นเซอร์เพื่อรับรู้การตอบสนองการสั่นสะเทือนของวัตถุ

การสั่นสะเทือนของวัตถุจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยเซ็นเซอร์ จากนั้นสัญญาณนั้นจะถูกส่งไปยังเครื่องมือวัด เช่น อินพุตของเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม เครื่องมือนี้จะบันทึกฟังก์ชันเวลาและสเปกตรัมของกระบวนการสั่นสะเทือนที่ลดลง (ดูรูปที่ 3.4) การวิเคราะห์ข้อมูลเหล่านี้จะช่วยให้สามารถกำหนดความถี่ของการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของวัตถุได้.

รูปที่ 3.5. อินเทอร์เฟซโปรแกรม แสดงกราฟฟังก์ชันเวลาและสเปกตรัมของการสั่นสะเทือนจากการกระแทกที่ลดลงของโครงสร้างที่ตรวจสอบ

การวิเคราะห์กราฟสเปกตรัมที่แสดงในรูปที่ 3.5 (ดูส่วนล่างของหน้าต่างการทำงาน) แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบหลักของการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของโครงสร้างที่ตรวจสอบ ซึ่งกำหนดโดยอ้างอิงกับแกนพิกัดของกราฟ เกิดขึ้นที่ความถี่ 9.5 เฮิรตซ์ วิธีการนี้สามารถแนะนำสำหรับการศึกษาการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของฐานรองรับเครื่องจักรบาลานซ์ทั้งแบบ Soft Bearing และ Hard Bearing

3.1.3.2. การกำหนดความถี่ธรรมชาติของฐานรองรับในโหมดปล่อยให้หมุนอิสระ

ในบางกรณี ความถี่ธรรมชาติของฐานรองรับสามารถกำหนดได้โดยการวัดแอมพลิจูดและเฟสของการสั่นสะเทือนแบบวนซ้ำ "ขณะหยุดนิ่ง" ในการดำเนินการตามวิธีนี้ โรเตอร์ที่ติดตั้งบนเครื่องจักรที่ตรวจสอบจะถูกเร่งความเร็วไปจนถึงความเร็วรอบสูงสุดในตอนแรก หลังจากนั้นระบบขับเคลื่อนจะถูกตัดการเชื่อมต่อ และความถี่ของแรงรบกวนที่เกี่ยวข้องกับความไม่สมดุลของโรเตอร์จะค่อยๆ ลดลงจากค่าสูงสุดจนถึงจุดหยุด.

ในกรณีนี้ ความถี่ธรรมชาติของจุดรองรับสามารถกำหนดได้โดยลักษณะสองประการ:

• โดยการกระโดดในท้องถิ่นของความกว้างของการสั่นที่สังเกตได้ในบริเวณการสั่นสะเทือนแบบเรโซแนนซ์;
• โดยการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน (สูงสุด 180°) ในเฟสการสั่นสะเทือนที่สังเกตได้ในช่วงของการกระโดดของแอมพลิจูด

ในอุปกรณ์ซีรีส์ "Balanset" โหมด "Vibrometer" ("Balanset 1") หรือโหมด "Balanset Monitoring" ("Balanset 2C" และ "Balanset 4") สามารถใช้ตรวจจับความถี่ธรรมชาติของวัตถุ "บนชายฝั่ง" ซึ่งช่วยให้สามารถวัดแอมพลิจูดและเฟสของการสั่นสะเทือนแบบวนรอบที่ความถี่การหมุนของใบพัดได้.

นอกจากนี้ ซอฟต์แวร์ "Balanset 1" ยังมีโหมด "Graphs. Coasting" พิเศษ ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างกราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดและเฟสของการสั่นสะเทือนของฐานรองรับขณะลอยตัวตามความถี่การหมุนที่เปลี่ยนแปลงไป ทำให้กระบวนการวินิจฉัยเรโซแนนซ์ง่ายขึ้นอย่างมาก.

ควรสังเกตว่า ด้วยเหตุผลที่ชัดเจน (ดูหัวข้อ 3.1.1) วิธีการระบุความถี่ธรรมชาติของฐานรองรับขณะปล่อยให้หมุนอิสระสามารถใช้ได้เฉพาะในการศึกษาเครื่องถ่วงสมดุลแบบ Soft Bearing เท่านั้น ซึ่งความถี่การทำงานของการหมุนโรเตอร์สูงกว่าความถี่ธรรมชาติของฐานรองรับในทิศทางขวางอย่างมีนัยสำคัญ

ในกรณีของเครื่องจักรแบบ Hard Bearing ซึ่งความถี่การทำงานของการหมุนของโรเตอร์ที่กระตุ้นการสั่นสะเทือนของฐานรองรับขณะปล่อยให้หมุนอิสระต่ำกว่าความถี่ธรรมชาติของฐานรองรับอย่างมีนัยสำคัญ การใช้วิธีนี้จึงแทบเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ

3.1.4. ข้อเสนอแนะเชิงปฏิบัติสำหรับการออกแบบและผลิตอุปกรณ์รองรับสำหรับเครื่องสมดุล

3.1.2. การคำนวณความถี่ธรรมชาติของจุดรองรับโดยวิธีการคำนวณเชิงคอมพิวเตอร์

การคำนวณความถี่ธรรมชาติของตัวรองรับโดยใช้แผนการคำนวณที่ได้กล่าวถึงข้างต้นสามารถดำเนินการได้ในสองทิศทาง:

• ในทิศทางขวางของตัวรองรับ ซึ่งตรงกับทิศทางการวัดการสั่นสะเทือนที่เกิดจากแรงไม่สมดุลของโรเตอร์
• ในทิศทางแกน ซึ่งตรงกับแกนหมุนของโรเตอร์ที่สมดุลซึ่งติดตั้งอยู่บนฐานรองรับของเครื่องจักร

การคำนวณความถี่ธรรมชาติของฐานรองรับในแนวตั้งนั้น จำเป็นต้องใช้เทคนิคการคำนวณที่ซับซ้อนกว่า ซึ่ง (นอกเหนือจากพารามิเตอร์ของฐานรองรับและโรเตอร์ที่สมดุลแล้ว) จะต้องคำนึงถึงพารามิเตอร์ของโครงสร้างและลักษณะเฉพาะของการติดตั้งเครื่องจักรบนฐานรากด้วย วิธีนี้ไม่ได้กล่าวถึงในเอกสารนี้ การวิเคราะห์สูตร 3.1 ช่วยให้ได้คำแนะนำง่ายๆ บางประการที่นักออกแบบเครื่องจักรควรพิจารณาในการปฏิบัติงานจริง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความถี่ธรรมชาติของฐานรองรับสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนความแข็งและความ/หรือมวล การเพิ่มความแข็งจะเพิ่มความถี่ธรรมชาติของฐานรองรับ ในขณะที่การเพิ่มมวลจะลดลง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นและผกผันกำลังสอง ตัวอย่างเช่น การเพิ่มความแข็งของฐานรองรับเป็นสองเท่าจะเพิ่มความถี่ธรรมชาติเพียง 1.4 เท่า ในทำนองเดียวกัน การเพิ่มมวลของส่วนที่เคลื่อนที่ได้ของฐานรองรับเป็นสองเท่าจะลดความถี่ธรรมชาติลงเพียง 1.4 เท่า.

3.1.4.1. เครื่องจักรแบบรองรับนุ่มด้วยสปริงแผ่นเรียบ

ในหัวข้อที่ 2.1 และรูปที่ 2.7 - 2.9 ได้กล่าวถึงรูปแบบการออกแบบต่างๆ ของอุปกรณ์รองรับเครื่องปรับสมดุลที่ทำจากสปริงแบนไว้แล้ว จากข้อมูลที่เราได้รับ การออกแบบดังกล่าวส่วนใหญ่ใช้ในเครื่องจักรที่ใช้สำหรับปรับสมดุลเพลาขับ.

ยกตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาพารามิเตอร์ของสปริงที่ลูกค้ารายหนึ่ง (บริษัท "Rost-Service" จำกัด เมืองเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก) ใช้ในการผลิตแท่นรองเครื่องจักรของตนเอง เครื่องจักรนี้มีจุดประสงค์เพื่อปรับสมดุลเพลาขับแบบ 2, 3 และ 4 จุดรองรับ โดยมีน้ำหนักไม่เกิน 200 กิโลกรัม ขนาดทางเรขาคณิตของสปริง (ความสูง * ความกว้าง * ความหนา) ที่ใช้ในแท่นรองของแกนหมุนนำและแกนหมุนตามของเครื่องจักร ซึ่งลูกค้าเลือกใช้นั้น มีขนาด 300*200*3 มม. ตามลำดับ.

ความถี่ธรรมชาติของฐานรองที่ไม่มีน้ำหนักบรรทุก ซึ่งกำหนดโดยการทดลองด้วยวิธีการกระตุ้นด้วยแรงกระแทกโดยใช้ระบบวัดมาตรฐานของเครื่อง "Balanset 4" พบว่าอยู่ที่ 11 - 12 เฮิรตซ์ ที่ความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของฐานรองดังกล่าว ความถี่การหมุนที่แนะนำของโรเตอร์ที่สมดุลในระหว่างการปรับสมดุลไม่ควรต่ำกว่า 22-24 เฮิรตซ์ (1320 – 1440 รอบต่อนาที).

ขนาดทางเรขาคณิตของสปริงแบนที่ผู้ผลิตรายเดียวกันใช้ในส่วนรองรับตรงกลางนั้นมีขนาด 200*200*3 มม. ตามลำดับ ยิ่งไปกว่านั้น จากการศึกษาพบว่าความถี่ธรรมชาติของส่วนรองรับเหล่านี้สูงกว่า โดยอยู่ที่ 13-14 เฮิรตซ์.

จากผลการทดสอบ ผู้ผลิตเครื่องจักรได้รับคำแนะนำให้ปรับความถี่ธรรมชาติของแกนหมุนและตัวรองรับกลางให้เท่ากัน ซึ่งจะช่วยให้การเลือกช่วงความถี่การหมุนในการทำงานของเพลาขับระหว่างการปรับสมดุลทำได้ง่ายขึ้น และหลีกเลี่ยงความไม่เสถียรที่อาจเกิดขึ้นกับค่าที่อ่านได้จากระบบวัดเนื่องจากตัวรองรับเข้าสู่บริเวณการสั่นสะเทือนแบบเรโซแนนซ์.

วิธีการปรับความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของตัวรองรับบนสปริงแบนนั้นชัดเจน การปรับนี้สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนขนาดเชิงเรขาคณิตหรือรูปร่างของสปริงแบน ซึ่งสามารถทำได้ เช่น การกัดร่องตามยาวหรือตามขวางเพื่อลดความแข็งของสปริง

ตามที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การตรวจสอบผลการปรับปรุงดังกล่าวสามารถดำเนินการได้โดยการระบุความถี่ธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของฐานรองรับโดยใช้วิธีการที่อธิบายไว้ในหัวข้อ 3.1.3.1 และ 3.1.3.2

รูปที่ 3.6 นำเสนอเวอร์ชันคลาสสิกของการออกแบบการรองรับบนสปริงแบน ซึ่งใช้ในหนึ่งในเครื่องจักรของเขาโดย A. Sinitsyn ดังที่แสดงในรูป การรองรับประกอบด้วยส่วนประกอบต่อไปนี้:

• แผ่นบน 1;
• สปริงแบนสองตัว 2 และ 3;
• แผ่นล่าง 4;
• ตัวยึดหยุด 5.

รูปที่ 3.6 การออกแบบรูปแบบของฐานรองรับบนสปริงแบน

แผ่นบน 1 ของฐานรองรับสามารถใช้สำหรับติดตั้งแกนหมุนหรือตลับลูกปืนตัวกลางได้ ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการรองรับ แผ่นล่าง 4 สามารถยึดติดกับรางนำของเครื่องจักรอย่างแน่นหนา หรือติดตั้งบนรางเลื่อนที่เคลื่อนที่ได้ เพื่อให้ฐานรองรับสามารถเคลื่อนที่ไปตามรางนำได้ ขายึด 5 ใช้สำหรับติดตั้งกลไกล็อคของฐานรองรับ เพื่อให้สามารถยึดฐานรองรับให้แน่นหนาในระหว่างการเร่งและลดความเร็วของโรเตอร์ที่สมดุล

สปริงแบนสำหรับแท่นรองรับเครื่องจักรแบบแบริ่งอ่อนควรทำจากเหล็กแผ่นสปริงหรือเหล็กอัลลอยคุณภาพสูง การใช้เหล็กโครงสร้างทั่วไปที่มีความแข็งแรงคราต่ำนั้นไม่เหมาะสม เนื่องจากอาจเกิดการเสียรูปถาวรภายใต้แรงคงที่และแรงพลวัตในระหว่างการทำงาน ซึ่งจะนำไปสู่การลดความแม่นยำทางเรขาคณิตของเครื่องจักรและอาจทำให้สูญเสียเสถียรภาพของแท่นรองรับได้.

รูปที่ 3.7 เครื่องสำหรับปรับสมดุลโรเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้า ประกอบเสร็จแล้ว พัฒนาโดย เอ. มอคอฟ

รูปที่ 3.8 เครื่องสำหรับปรับสมดุลโรเตอร์ของเทอร์โบปั๊ม พัฒนาโดย G. Glazov (บิชเคก)

3.1.4.2. การรองรับเครื่องจักรแบบนุ่มด้วยระบบกันสะเทือนบนสปริงแถบ

ในการออกแบบสปริงแถบที่ใช้สำหรับรองรับระบบกันสะเทือน ควรให้ความสำคัญกับการเลือกความหนาและความกว้างของแถบสปริง ซึ่งในด้านหนึ่งต้องสามารถทนต่อแรงสถิตและแรงไดนามิกของโรเตอร์ที่กระทำต่อฐานรองรับ และในอีกด้านหนึ่งต้องป้องกันความเป็นไปได้ของการสั่นสะเทือนแบบบิดของระบบกันสะเทือนฐานรองรับ ซึ่งแสดงออกมาเป็นอาการเยื้องศูนย์ในแนวแกน

ตัวอย่างการนำโครงสร้างของเครื่องปรับสมดุลที่ใช้ระบบกันสะเทือนแบบสปริงแถบมาใช้ แสดงไว้ในรูปที่ 2.1 - 2.5 (ดูหัวข้อ 2.1) รวมถึงรูปที่ 3.7 และ 3.8 ของหัวข้อนี้ด้วย.

3.1.4.4. อุปกรณ์รองรับตลับลูกปืนแบบแข็งสำหรับเครื่องจักร

จากประสบการณ์อันยาวนานของเรากับลูกค้า แสดงให้เห็นว่า ผู้ผลิตเครื่องปรับสมดุลแบบทำเองจำนวนมากเริ่มหันมานิยมเครื่องจักรที่มีแบริ่งแข็งและฐานรองรับที่แข็งแรงมากขึ้น ในส่วนที่ 2.2 รูปที่ 2.16 – 2.18 แสดงภาพถ่ายของโครงสร้างเครื่องจักรแบบต่างๆ ที่ใช้ฐานรองรับดังกล่าว รูปที่ 3.10 แสดงภาพร่างทั่วไปของฐานรองรับที่แข็งแรง ซึ่งพัฒนาโดยลูกค้าของเรารายหนึ่งสำหรับการสร้างเครื่องจักรของเขา ฐานรองรับนี้ประกอบด้วยแผ่นเหล็กแบนที่มีร่องรูปตัว P ซึ่งแบ่งฐานรองรับออกเป็นส่วน "แข็ง" และ "ยืดหยุ่น" ตามหลักการทั่วไป ภายใต้แรงที่ไม่สมดุล ส่วน "ยืดหยุ่น" ของฐานรองรับสามารถเปลี่ยนรูปได้เมื่อเทียบกับส่วน "แข็ง" ขนาดของการเสียรูปนี้ ซึ่งกำหนดโดยความหนาของฐานรองรับ ความลึกของร่อง และความกว้างของสะพานที่เชื่อมต่อส่วน "ยืดหยุ่น" และ "แข็ง" ของฐานรองรับ สามารถวัดได้โดยใช้เซ็นเซอร์ที่เหมาะสมของระบบการวัดของเครื่องจักร เนื่องจากขาดวิธีการคำนวณความแข็งแกร่งตามขวางของตัวรองรับดังกล่าว โดยคำนึงถึงความลึก h ของร่องรูปตัว P ความกว้าง t ของสะพาน และความหนา r ของตัวรองรับ (ดูรูปที่ 3.10) พารามิเตอร์การออกแบบเหล่านี้จึงมักถูกกำหนดโดยวิธีการทดลองโดยผู้พัฒนา.

สำหรับเครื่องจักรที่มีมวลโรเตอร์สมดุลไม่เกิน 300 - 500 กิโลกรัม ความหนาของตัวรองรับสามารถเพิ่มขึ้นได้ถึง 30 – 40 มิลลิเมตร และสำหรับเครื่องจักรที่ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลโรเตอร์ที่มีมวลสูงสุดตั้งแต่ 1000 ถึง 3000 กิโลกรัม ความหนาของตัวรองรับสามารถสูงถึง 50 – 60 มิลลิเมตรหรือมากกว่านั้น จากการวิเคราะห์ลักษณะไดนามิกของตัวรองรับดังกล่าว พบว่าความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติที่วัดในระนาบขวาง (ระนาบการวัดการเสียรูปสัมพัทธ์ของส่วนที่ "ยืดหยุ่น" และ "แข็ง") มักจะเกิน 100 เฮิรตซ์หรือมากกว่านั้น ส่วนความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของตัวรองรับแบริ่งแข็งในระนาบด้านหน้า ซึ่งวัดในทิศทางที่ตรงกับแกนการหมุนของโรเตอร์ที่ปรับสมดุลแล้ว มักจะต่ำกว่าอย่างมาก และความถี่เหล่านี้ควรได้รับการพิจารณาเป็นหลักเมื่อกำหนดขีดจำกัดบนของช่วงความถี่การทำงานสำหรับโรเตอร์หมุนที่ปรับสมดุลบนเครื่องจักร.

รูปที่ 3.26. ตัวอย่างการใช้แท่นเครื่องกลึงมือสองเพื่อผลิตเครื่องจักรแบบ Hard Bearing สำหรับการถ่วงสมดุลสกรูลำเลียง

รูปที่ 3.27. ตัวอย่างการใช้แท่นเครื่องกลึงมือสองเพื่อผลิตเครื่องจักรแบบ Soft Bearing สำหรับการถ่วงสมดุลเพลา

รูปที่ 3.28. ตัวอย่างการผลิตแท่นประกอบจากเหล็กรางน้ำ

รูปที่ 3.29. ตัวอย่างการผลิตแท่นเชื่อมจากเหล็กรางน้ำ

รูปที่ 3.30. ตัวอย่างการผลิตแท่นเชื่อมจากเหล็กรางน้ำ

รูปที่ 3.31. ตัวอย่างเตียงเครื่องปรับสมดุลที่ทำจากคอนกรีตโพลีเมอร์

โดยทั่วไป ในการผลิตเตียงประเภทนี้ ส่วนบนของเตียงจะเสริมความแข็งแรงด้วยเหล็กเส้นที่ใช้เป็นตัวนำทางสำหรับขาตั้งของเครื่องปรับสมดุล แต่ในปัจจุบัน เตียงที่ทำจากคอนกรีตโพลีเมอร์เคลือบสารลดแรงสั่นสะเทือนได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย เทคโนโลยีการผลิตเตียงประเภทนี้มีรายละเอียดอยู่ในเว็บไซต์ต่างๆ และผู้ผลิตแบบ DIY สามารถนำไปใช้ได้ง่าย เนื่องจากความเรียบง่ายและต้นทุนการผลิตต่ำ เตียงเหล่านี้จึงมีข้อดีหลายประการเหนือกว่าเตียงโลหะ:

• ค่าสัมประสิทธิ์การหน่วงที่สูงขึ้นสำหรับการสั่นแบบสั่น
• ค่าการนำความร้อนต่ำ ช่วยให้มั่นใจถึงการเสียรูปเนื่องจากความร้อนของเตียงน้อยที่สุด
• ความต้านทานการกัดกร่อนที่สูงขึ้น
• ขาดความเครียดภายใน

3.1.4.3. การรองรับเครื่องจักรแบบนุ่มที่ทำโดยใช้สปริงทรงกระบอก

ตัวอย่างของเครื่องปรับสมดุลแบบ Soft Bearing ซึ่งใช้สปริงอัดทรงกระบอกในการออกแบบของตัวรองรับ แสดงในรูปที่ 3.9 ข้อเสียหลักของการออกแบบนี้เกี่ยวข้องกับระดับการเปลี่ยนรูปของสปริงที่แตกต่างกันในตัวรองรับด้านหน้าและด้านหลัง ซึ่งเกิดขึ้นหากน้ำหนักที่กระทำต่อตัวรองรับไม่เท่ากันในระหว่างการปรับสมดุลของโรเตอร์ที่ไม่สมมาตร ซึ่งนำไปสู่การไม่ตรงแนวของตัวรองรับและการเอียงของแกนโรเตอร์ในระนาบแนวตั้ง หนึ่งในผลกระทบเชิงลบของข้อบกพร่องนี้อาจเป็นการเกิดขึ้นของแรงที่ทำให้โรเตอร์เคลื่อนที่ตามแนวแกนในระหว่างการหมุน

รูปที่ 3.9. รูปแบบการก่อสร้างฐานรองรับแบบนุ่มสำหรับเครื่องจักรสมดุลโดยใช้สปริงทรงกระบอก

3.1.4.4. อุปกรณ์รองรับตลับลูกปืนแบบแข็งสำหรับเครื่องจักร

รูปที่ 3.10. แบบร่างของฐานรองรับแบบแข็งสำหรับเครื่องปรับสมดุล

ภาพถ่ายที่แสดงการใช้งานต่างๆ ของตัวรองรับดังกล่าว ซึ่งผลิตขึ้นสำหรับเครื่องจักรของลูกค้าของเราเอง แสดงอยู่ในรูปที่ 3.11 และ 3.12 โดยสรุปข้อมูลที่ได้รับจากลูกค้าผู้ผลิตเครื่องจักรหลายรายของเรา สามารถกำหนดข้อกำหนดสำหรับความหนาของตัวรองรับ สำหรับเครื่องจักรขนาดต่างๆ และความสามารถในการรับน้ำหนักได้ ตัวอย่างเช่น สำหรับเครื่องจักรที่ใช้ปรับสมดุลโรเตอร์ที่มีน้ำหนักตั้งแต่ 0.1 ถึง 50-100 กิโลกรัม ความหนาของตัวรองรับอาจอยู่ที่ 20 มิลลิเมตร.

รูปที่ 3.11. ฐานรองรับแบบ Hard Bearing สำหรับเครื่องถ่วงสมดุล ผลิตโดย A. Sinitsyn

รูปที่ 3.12. ฐานรองรับแบบ Hard Bearing สำหรับเครื่องถ่วงสมดุล ผลิตโดย D. Krasilnikov

สำหรับเครื่องจักรที่มีมวลโรเตอร์สมดุลไม่เกิน 300 - 500 กิโลกรัม ความหนาของตัวรองรับสามารถเพิ่มขึ้นได้ถึง 30 – 40 มิลลิเมตร และสำหรับเครื่องจักรที่ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลโรเตอร์ที่มีมวลสูงสุดตั้งแต่ 1000 ถึง 3000 กิโลกรัม ความหนาของตัวรองรับสามารถสูงถึง 50 – 60 มิลลิเมตรหรือมากกว่านั้น จากการวิเคราะห์ลักษณะไดนามิกของตัวรองรับดังกล่าว พบว่าความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติที่วัดในระนาบขวาง (ระนาบการวัดการเสียรูปสัมพัทธ์ของส่วนที่ "ยืดหยุ่น" และ "แข็ง") มักจะเกิน 100 เฮิรตซ์หรือมากกว่านั้น ส่วนความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของตัวรองรับแบริ่งแข็งในระนาบด้านหน้า ซึ่งวัดในทิศทางที่ตรงกับแกนการหมุนของโรเตอร์ที่ปรับสมดุลแล้ว มักจะต่ำกว่าอย่างมาก และความถี่เหล่านี้ควรได้รับการพิจารณาเป็นหลักเมื่อกำหนดขีดจำกัดบนของช่วงความถี่การทำงานสำหรับโรเตอร์หมุนที่ปรับสมดุลบนเครื่องจักร ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น การหาค่าความถี่เหล่านี้สามารถทำได้โดยใช้วิธีการกระตุ้นด้วยแรงกระแทกตามที่อธิบายไว้ในส่วนที่ 3.1.

3.2. ชุดรองรับของเครื่องจักรปรับสมดุล

3.2.1. ประเภทหลักของชุดประกอบที่รองรับ

ในการผลิตเครื่องถ่วงสมดุลทั้งแบบ Hard Bearing และ Soft Bearing สามารถแนะนำชุดประกอบรองรับที่เป็นที่รู้จักกันดีต่อไปนี้ ซึ่งใช้สำหรับการติดตั้งและการหมุนของโรเตอร์ที่ถ่วงสมดุลบนฐานรองรับ:

• ชุดประกอบสนับสนุนแบบปริซึม
• รองรับชุดประกอบที่มีลูกกลิ้งหมุน
• ชุดประกอบรองรับแกนหมุน

3.2.1.1. ชุดประกอบรองรับแบบปริซึม

ชุดประกอบเหล่านี้ ซึ่งมีตัวเลือกการออกแบบที่หลากหลาย มักจะติดตั้งบนฐานรองของเครื่องจักรขนาดเล็กและขนาดกลาง ซึ่งสามารถใช้รองรับโรเตอร์ที่มีมวลไม่เกิน 50-100 กิโลกรัมได้ ตัวอย่างของชุดประกอบรองรับแบบปริซึมที่ง่ายที่สุดแสดงในรูปที่ 3.13 ชุดประกอบรองรับนี้ทำจากเหล็กและใช้กับเครื่องปรับสมดุลกังหัน ผู้ผลิตเครื่องปรับสมดุลขนาดเล็กและขนาดกลางจำนวนมาก นิยมใช้วัสดุที่ไม่ใช่โลหะ (ฉนวนไฟฟ้า) เช่น เท็กซ์โทไลต์ ฟลูออโรพลาสติก แคโปรลอน เป็นต้น ในการผลิตชุดประกอบรองรับแบบปริซึม.

3.13. รูปแบบการดำเนินการของชุดประกอบรองรับแบบปริซึม ใช้ในเครื่องปรับสมดุลสำหรับกังหันรถยนต์

ชุดประกอบรองรับที่คล้ายกัน (ดูรูปที่ 3.8 ด้านบน) ถูกนำมาใช้ ตัวอย่างเช่น โดย G. Glazov ในเครื่องจักรของเขา ซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อปรับสมดุลกังหันรถยนต์เช่นกัน ส่วนวิธีการแก้ปัญหาทางเทคนิคดั้งเดิมของชุดประกอบรองรับทรงปริซึมที่ทำจากฟลูออโรพลาสติก (ดูรูปที่ 3.14) นั้น เสนอโดยบริษัท LLC "Technobalance".

รูปที่ 3.14 ชุดประกอบฐานรองปริซึม ผลิตโดยบริษัท เทคโนบาลานซ์ จำกัด"

ชุดรองรับนี้ประกอบขึ้นจากปลอกทรงกระบอก 1 และ 2 สองอัน ติดตั้งทำมุมกันและยึดติดกับแกนรองรับ โรเตอร์ที่สมดุลจะสัมผัสกับพื้นผิวของปลอกตามแนวเส้นกำเนิดของทรงกระบอก ซึ่งช่วยลดพื้นที่สัมผัสระหว่างเพลาโรเตอร์และตัวรองรับ ส่งผลให้แรงเสียดทานในตัวรองรับลดลง หากจำเป็น ในกรณีที่พื้นผิวของตัวรองรับสึกหรอหรือเสียหายในบริเวณที่สัมผัสกับเพลาโรเตอร์ สามารถชดเชยการสึกหรอได้โดยการหมุนปลอกรอบแกนของมันด้วยมุมที่กำหนด ควรสังเกตว่าเมื่อใช้ชุดรองรับที่ทำจากวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ จำเป็นต้องจัดให้มีโครงสร้างที่สามารถต่อสายดินของโรเตอร์ที่สมดุลเข้ากับตัวเครื่อง ซึ่งจะช่วยขจัดความเสี่ยงจากการเกิดประจุไฟฟ้าสถิตที่รุนแรงในระหว่างการทำงาน ประการแรก ช่วยลดการรบกวนทางไฟฟ้าที่อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบการวัดของเครื่องจักร และประการที่สอง ช่วยขจัดความเสี่ยงที่บุคลากรจะได้รับผลกระทบจากไฟฟ้าสถิต.

3.2.1.2. ชุดประกอบรองรับลูกกลิ้ง

ชุดประกอบเหล่านี้มักติดตั้งบนฐานรองของเครื่องจักรที่ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลโรเตอร์ที่มีมวลเกิน 50 กิโลกรัมขึ้นไป การใช้งานชุดประกอบเหล่านี้ช่วยลดแรงเสียดทานในฐานรองได้อย่างมากเมื่อเทียบกับฐานรองแบบปริซึม ทำให้การหมุนของโรเตอร์ที่ปรับสมดุลแล้วง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น รูปที่ 3.15 แสดงแบบการออกแบบชุดประกอบฐานรองที่ใช้ลูกกลิ้งในการจัดตำแหน่งผลิตภัณฑ์ ในการออกแบบนี้ ใช้ตลับลูกปืนแบบมาตรฐานเป็นลูกกลิ้ง 1 และ 2 โดยวงแหวนด้านนอกของลูกกลิ้งจะหมุนบนแกนคงที่ซึ่งยึดอยู่กับตัวฐานรอง 3 ของเครื่องจักร รูปที่ 3.16 แสดงภาพร่างของการออกแบบชุดประกอบฐานรองลูกกลิ้งที่ซับซ้อนกว่า ซึ่งนำไปใช้ในโครงการของผู้ผลิตเครื่องปรับสมดุลแบบทำเองรายหนึ่ง จากภาพวาด จะเห็นได้ว่า เพื่อเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของลูกกลิ้ง (และส่งผลให้ชุดรองรับโดยรวมมีความสามารถในการรับน้ำหนักได้มากขึ้น) จึงมีการติดตั้งตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง 1 และ 2 จำนวนหนึ่งไว้ในตัวลูกกลิ้ง 3 การนำการออกแบบนี้ไปใช้งานจริง แม้จะมีข้อดีที่เห็นได้ชัดหลายประการ แต่ดูเหมือนจะเป็นงานที่ค่อนข้างซับซ้อน เนื่องจากจำเป็นต้องผลิตตัวลูกกลิ้ง 3 ขึ้นใหม่โดยอิสระ ซึ่งมีข้อกำหนดที่สูงมากในด้านความแม่นยำทางเรขาคณิตและคุณสมบัติทางกลของวัสดุ.

รูปที่ 3.15. ตัวอย่างการออกแบบชุดรองรับลูกกลิ้ง

รูปที่ 3.16. ตัวอย่างการออกแบบชุดรองรับลูกกลิ้งพร้อมตลับลูกปืนสองชุด

ภาพที่ 3.17 แสดงแบบการออกแบบของชุดรองรับลูกกลิ้งแบบปรับแนวได้เอง ซึ่งพัฒนาโดยผู้เชี่ยวชาญของบริษัท "Technobalance" ในการออกแบบนี้ ความสามารถในการปรับแนวได้เองของลูกกลิ้งเกิดขึ้นจากการเพิ่มองศาอิสระอีกสององศา ทำให้ลูกกลิ้งสามารถเคลื่อนที่เชิงมุมเล็กๆ รอบแกน X และ Y ได้ ชุดรองรับดังกล่าวช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำสูงในการติดตั้งโรเตอร์ที่สมดุล และมักแนะนำให้ใช้กับแท่นรองรับของเครื่องปรับสมดุลขนาดใหญ่.

รูปที่ 3.17. ตัวอย่างการออกแบบชุดประกอบรองรับลูกกลิ้งแบบปรับแนวตัวเอง

ตามที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ชุดรองรับลูกกลิ้งมักมีข้อกำหนดค่อนข้างสูงสำหรับการผลิตที่มีความแม่นยำและความแข็งแกร่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ค่าความเผื่อที่กำหนดสำหรับการวิ่งออกด้านรัศมีของลูกกลิ้งไม่ควรเกิน 3-5 ไมครอน

ในทางปฏิบัติ แม้แต่ผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงก็ยังไม่สามารถทำได้ตามมาตรฐานนี้เสมอไป ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการทดสอบการเบี่ยงเบนในแนวรัศมีของชุดลูกกลิ้งรองรับใหม่ที่ซื้อมาเป็นอะไหล่สำหรับเครื่องปรับสมดุลรุ่น H8V ยี่ห้อ "K. Shenk" พบว่าการเบี่ยงเบนในแนวรัศมีของลูกกลิ้งมีค่าสูงถึง 10-11 ไมครอน.

3.2.1.3. ชุดประกอบรองรับแกนหมุน

เมื่อทำการบาลานซ์โรเตอร์ที่มีการติดตั้งแบบหน้าแปลน (เช่น เพลาคาร์ดัน) บนเครื่องบาลานซ์ จะใช้สปินเดิลเป็นชุดรองรับสำหรับการจัดตำแหน่ง การติดตั้ง และการหมุนของชิ้นงานที่ต้องการบาลานซ์

สปินเดิลเป็นหนึ่งในชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและสำคัญที่สุดของเครื่องปรับสมดุล ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการบรรลุคุณภาพการปรับสมดุลที่ต้องการ

ทฤษฎีและการปฏิบัติในการออกแบบและการผลิตแกนหมุนได้รับการพัฒนาอย่างดีและสะท้อนให้เห็นในสิ่งพิมพ์หลากหลายประเภท ซึ่งในจำนวนนี้ เอกสารทางวิชาการเรื่อง "รายละเอียดและกลไกของเครื่องมือตัดโลหะ" [1] ซึ่งแก้ไขโดย ดร. วิศวกร DN Reshetov ถือเป็นเอกสารที่มีประโยชน์และเข้าถึงได้ง่ายที่สุดสำหรับนักพัฒนา.

ในบรรดาข้อกำหนดหลักที่ควรพิจารณาในการออกแบบและผลิตแกนหมุนของเครื่องปรับสมดุล ควรให้ความสำคัญกับสิ่งต่อไปนี้:

ก) การจัดให้มีโครงสร้างชุดแกนหมุนที่มีความแข็งแกร่งสูงเพียงพอที่จะป้องกันการเสียรูปที่ไม่สามารถยอมรับได้ซึ่งอาจเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงไม่สมดุลของโรเตอร์ที่สมดุลแล้ว

b) การรับประกันความเสถียรของตำแหน่งแกนหมุนของสปินเดิล โดยมีคุณลักษณะที่แสดงด้วยค่าที่อนุญาตของความคลาดเคลื่อนในแนวรัศมี แนวแกน และแนวแกนหมุนของสปินเดิล

c) การรับรองความทนทานต่อการสึกหรอของจุดหมุนของแกนหมุน รวมถึงพื้นผิวที่รองรับและพื้นผิวที่ใช้ในการติดตั้งผลิตภัณฑ์ที่สมดุล

การนำข้อกำหนดเหล่านี้ไปใช้ในทางปฏิบัติมีรายละเอียดอยู่ในส่วนที่ VI "แกนหมุนและส่วนรองรับ" ของงาน [1].

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มีวิธีการสำหรับการตรวจสอบความแข็งแกร่งและความแม่นยำในการหมุนของสปินเดิล คำแนะนำสำหรับการเลือกตลับลูกปืน การเลือกวัสดุสปินเดิลและวิธีการทำให้แข็ง รวมถึงข้อมูลที่เป็นประโยชน์อื่น ๆ อีกมากมายในหัวข้อนี้

งาน [1] ระบุว่าในการออกแบบแกนหมุนสำหรับเครื่องจักรตัดโลหะส่วนใหญ่ จะใช้ระบบลูกปืนสองชุดเป็นหลัก

ตัวอย่างของรูปแบบการออกแบบของระบบสองแบริ่งที่ใช้ในแกนหมุนของเครื่องกัด (รายละเอียดสามารถพบได้ในงาน [1]) แสดงในรูปที่ 3.18

แผนการนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตแกนหมุนของเครื่องจักรบาลานซ์ ตัวอย่างของรูปแบบการออกแบบที่สามารถเห็นได้ด้านล่างในรูปที่ 3.19 ถึง 3.22

รูปที่ 3.18. ภาพร่างของแกนหมุนเครื่องกัดที่ใช้ตลับลูกปืนสองจุด

รูปที่ 3.19 แสดงหนึ่งในรูปแบบการออกแบบของชุดประกอบแกนหมุนนำของเครื่องปรับสมดุล ซึ่งหมุนบนตลับลูกปืนรับแรงรัศมีสองตัว แต่ละตัวมีตัวเรือนอิสระของตัวเอง 1 และ 2 หน้าแปลน 4 ซึ่งใช้สำหรับติดตั้งเพลาแบบคาร์ดัน และรอก 5 ซึ่งใช้ส่งการหมุนไปยังแกนหมุนจากมอเตอร์ไฟฟ้าโดยใช้สายพานวีไดรฟ์ ติดตั้งอยู่บนเพลาแกนหมุน 3

รูปที่ 3.19. ตัวอย่างการออกแบบแกนหมุนบนการรองรับตลับลูกปืนอิสระสองจุด

รูปที่ 3.20 และ 3.21 แสดงการออกแบบชุดประกอบแกนหมุนนำสองแบบที่มีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด ในทั้งสองกรณี ตลับลูกปืนแกนหมุนจะติดตั้งอยู่ในตัวเรือนร่วม 1 ซึ่งมีรูทะลุแกนที่จำเป็นสำหรับการติดตั้งแกนหมุน ที่ทางเข้าและทางออกของรูนี้ ตัวเรือนจะมีรูพิเศษ (ไม่ได้แสดงในภาพ) ที่ออกแบบมาเพื่อรองรับตลับลูกปืนรับแรงกระแทกตามแนวรัศมี (ลูกกลิ้งหรือลูกบอล) และฝาครอบหน้าแปลนพิเศษ 5 ซึ่งใช้สำหรับยึดวงแหวนด้านนอกของตลับลูกปืน

รูปที่ 3.20 ตัวอย่าง 1 ของการออกแบบแกนนำบนการรองรับตลับลูกปืนสองจุดที่ติดตั้งในตัวเรือนร่วม

รูปที่ 3.21. ตัวอย่าง 2 ของการออกแบบแกนนำบนการรองรับด้วยตลับลูกปืนสองตัวที่ติดตั้งในตัวเรือนร่วมกัน

เช่นเดียวกับในรุ่นก่อนหน้า (ดูรูปที่ 3.19) แผ่นหน้าแปลน 2 จะติดตั้งอยู่บนเพลาแกนหมุน โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อยึดหน้าแปลนของเพลาขับ และลูกรอก 3 ซึ่งใช้สำหรับส่งการหมุนจากมอเตอร์ไฟฟ้าไปยังแกนหมุนผ่านสายพาน แขน 4 ก็ถูกยึดติดกับแกนสปินเดิลเช่นกัน ซึ่งใช้เพื่อกำหนดตำแหน่งเชิงมุมของสปินเดิล โดยใช้เมื่อติดตั้งน้ำหนักทดสอบและน้ำหนักแก้ไขบนโรเตอร์ในระหว่างการปรับสมดุล

รูปที่ 3.22. ตัวอย่างการออกแบบแกนหมุนขับเคลื่อน (ด้านหลัง)

รูปที่ 3.22 แสดงรูปแบบการออกแบบของชุดประกอบแกนหมุนตาม (ด้านหลัง) ของเครื่องจักร ซึ่งแตกต่างจากแกนหมุนนำเพียงตรงที่ไม่มีรอกขับและสเกลเชิงมุม เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้

รูปที่ 3.23 ตัวอย่างการออกแบบและการใช้งานจริงของแกนหมุนขับเคลื่อน (ด้านหลัง)

ตามที่เห็นใน รูปที่ 3.20 – 3.22ชุดสปินเดิลที่กล่าวถึงข้างต้นจะติดตั้งกับตัวยึด Soft Bearing ของเครื่องสมดุลโดยใช้แคลมป์พิเศษ (สายรัด) 6 วิธีอื่น ๆ ในการติดตั้งก็สามารถใช้ได้หากจำเป็น โดยต้องมั่นใจในความแข็งแรงและความแม่นยำในการวางตำแหน่งชุดสปินเดิลบนตัวยึด

รูปที่ 3.23 แสดงการออกแบบการติดตั้งหน้าแปลนที่คล้ายกับแกนหมุนนั้น ซึ่งสามารถใช้สำหรับการติดตั้งบนตัวรองรับลูกปืนแข็งของเครื่องปรับสมดุล

3.2.1.3.4 การคำนวณค่าความแข็งของแกนหมุนและการเบี่ยงเบนในแนวรัศมี

ในการกำหนดความแข็งแกร่งของแกนหมุนและการเบี่ยงเบนรัศมีที่คาดการณ์ไว้ สามารถใช้สูตร 3.4 ได้ (ดูแผนผังการคำนวณในรูปที่ 3.24):

โดยที่:

• Y - ระยะการเคลื่อนที่แบบยืดหยุ่นของแกนหมุนที่ปลายคอนโซลแกนหมุน หน่วยเป็นเซนติเมตร;
• P - แรงที่คำนวณได้ซึ่งกระทำต่อคอนโซลแกนหมุน (กิโลกรัม);
• A - ตัวรองรับแบริ่งด้านหลังของแกนหมุน;
• B - ฐานรองตลับลูกปืนด้านหน้าของแกนหมุน;
• g - ความยาวของคอนโซลแกนหมุน (ซม.);
• ค - ระยะห่างระหว่างจุดรองรับ A และ B ของแกนหมุน หน่วยเป็นเซนติเมตร;
• J1 - ค่าโมเมนต์ความเฉื่อยเฉลี่ยของส่วนแกนหมุนระหว่างจุดรองรับ หน่วยเป็น cm⁴;
• J2 - ค่าโมเมนต์ความเฉื่อยเฉลี่ยของส่วนคอนโซลแกนหมุน หน่วยเป็น cm⁴;
• เจบีและเจเอ - ค่าความแข็งของแบริ่งสำหรับส่วนรองรับด้านหน้าและด้านหลังของแกนหมุน ตามลำดับ หน่วยเป็น กก./ซม.

โดยการแปลงสูตร 3.4 ค่าที่คำนวณได้ของความแข็งของชุดแกนหมุนที่ต้องการ jшп สามารถกำหนดได้:

เมื่อพิจารณาคำแนะนำในการทำงาน [1] สำหรับเครื่องปรับสมดุลขนาดกลาง ค่านี้ไม่ควรต่ำกว่า 50 กก./µm

สำหรับการคำนวณค่าความคลาดเคลื่อนในแนวรัศมี จะใช้สูตร 3.5:

โดยที่:

• ∆ คือค่ารันเอาท์ในแนวรัศมีที่ปลายคอนโซลสปินเดิล, µm;
• ∆B คือความเบี่ยงเบนหนีศูนย์ในแนวรัศมีของแบริ่งสปินเดิลด้านหน้า, µm;
• ∆A คือความเบี่ยงเบนหนีศูนย์ในแนวรัศมีของแบริ่งสปินเดิลด้านหลัง, µm;
• g คือความยาวของคอนโซลแกนหมุน cm;
• c คือระยะห่างระหว่างส่วนรองรับ A และ B ของแกนหมุน cm

3.2.1.3.5. การรับรองข้อกำหนดด้านความสมดุลของสปินเดิล

ชุดแกนหมุนของเครื่องปรับสมดุลต้องได้รับการปรับสมดุลอย่างดี เนื่องจากความไม่สมดุลใดๆ จะส่งผลต่อโรเตอร์ที่กำลังปรับสมดุลอยู่ ทำให้เกิดข้อผิดพลาดเพิ่มเติม เมื่อกำหนดค่าความคลาดเคลื่อนทางเทคโนโลยีสำหรับความไม่สมดุลที่เหลืออยู่ของแกนหมุน โดยทั่วไปแล้วแนะนำให้ระดับความแม่นยำของการปรับสมดุลสูงกว่าระดับความแม่นยำของผลิตภัณฑ์ที่กำลังปรับสมดุลบนเครื่องอย่างน้อย 1-2 ระดับ.

เมื่อพิจารณาถึงคุณสมบัติการออกแบบของสปินเดิลที่กล่าวถึงข้างต้น การปรับสมดุลควรทำในสองระนาบ

3.2.1.3.6. รับประกันความสามารถในการรับน้ำหนักของตลับลูกปืนและข้อกำหนดด้านความทนทานสำหรับตลับลูกปืนแกนหมุน

เมื่อออกแบบสปินเดิลและเลือกขนาดตลับลูกปืน ควรประเมินความทนทานและความสามารถรับโหลดของตลับลูกปืนเบื้องต้น วิธีการคำนวณเหล่านี้สามารถดูรายละเอียดได้ใน ISO 281 "Rolling Bearings - Dynamic Load Ratings and Rating Life" [3] รวมทั้งคู่มือตลับลูกปืนแบบกลิ้งจำนวนมาก (รวมถึงฉบับดิจิทัล)

3.2.1.3.7. การรับรองข้อกำหนดสำหรับการทำความร้อนที่ยอมรับได้ของตลับลูกปืนแกนหมุน

ตามคำแนะนำจากงาน [1] ความร้อนสูงสุดที่อนุญาตของวงแหวนด้านนอกของแบริ่งแกนหมุนไม่ควรเกิน 70°C อย่างไรก็ตาม เพื่อให้มั่นใจถึงความสมดุลคุณภาพสูง การทำความร้อนที่แนะนำของวงแหวนด้านนอกไม่ควรเกิน 40 – 45°C

3.2.1.3.8. การเลือกประเภทของสายพานขับและการออกแบบรอกขับสำหรับสปินเดิล

เมื่อออกแบบแกนหมุนของเครื่องปรับสมดุล แนะนำให้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าหมุนได้โดยใช้ระบบขับเคลื่อนสายพานแบน ตัวอย่างของการใช้ไดรฟ์สำหรับการทำงานของแกนหมุนอย่างเหมาะสมแสดงไว้ใน รูปที่ 3.20 และ 3.23การใช้ระบบขับสายพาน v-belt หรือสายพานฟันไม่เป็นที่พึงประสงค์ เพราะอาจเพิ่มโหลดแบบไดนามิกให้สปินเดิลจากความคลาดเคลื่อนเชิงเรขาคณิตของสายพานและพูลเลย์ ซึ่งอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการวัดเพิ่มขึ้นระหว่างการถ่วงสมดุล ข้อกำหนดแนะนำสำหรับพูลเลย์ของสายพานแบนระบุไว้ในมาตรฐานแห่งชาติ GOST 17383-73 "Pulleys for flat drive belts" [4]

รอกขับควรอยู่ในตำแหน่งที่ปลายด้านหลังของสปินเดิล ใกล้กับชุดแบริ่งมากที่สุด (โดยมีส่วนยื่นน้อยที่สุด) การตัดสินใจออกแบบสำหรับการวางตำแหน่งรอกที่ยื่นออกมา ซึ่งทำขึ้นในการผลิตแกนหมุนดังที่แสดงไว้ใน รูปที่ 3.19ถือว่าไม่สำเร็จเนื่องจากจะเพิ่มโมเมนต์ของโหลดไดนามิกไดรฟ์ที่ทำงานบนแกนรองรับอย่างมีนัยสำคัญ

ข้อเสียเปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของการออกแบบนี้คือการใช้สายพานร่องวี ความไม่ถูกต้องในการผลิตและการประกอบซึ่งอาจเป็นสาเหตุของภาระเพิ่มเติมที่ไม่พึงประสงค์บนแกนหมุน

3.3. เตียง (โครง)

แท่นเป็นโครงสร้างรองรับหลักของเครื่องถ่วงสมดุล ซึ่งเป็นฐานขององค์ประกอบหลักต่างๆ รวมถึงเสารองรับและมอเตอร์ขับเคลื่อน เมื่อเลือกหรือผลิตแท่นของเครื่องถ่วงสมดุล จำเป็นต้องทำให้แน่ใจว่าแท่นนั้นเป็นไปตามข้อกำหนดหลายประการ รวมถึงความแข็งที่เพียงพอ ความแม่นยำทางเรขาคณิต ความต้านทานต่อการสั่นสะเทือน และความทนต่อการสึกหรอของรางนำ

การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าเมื่อผลิตเครื่องจักรตามความต้องการของตนเอง ตัวเลือกเตียงต่อไปนี้มักใช้กันมากที่สุด:

• เตียงเหล็กหล่อจากเครื่องตัดโลหะที่ใช้แล้ว (เครื่องกลึง งานไม้ ฯลฯ)
• แท่นประกอบที่ทำจากเหล็กรางน้ำ ประกอบด้วยข้อต่อแบบสลักเกลียว;
• แท่นเชื่อมที่ทำจากเหล็กรางน้ำ;
• เตียงคอนกรีตโพลีเมอร์พร้อมสารเคลือบดูดซับแรงสั่นสะเทือน

รูปที่ 3.25. ตัวอย่างการใช้เตียงเครื่องจักรงานไม้มือสองเพื่อผลิตเครื่องจักรสำหรับปรับสมดุลเพลาคาร์ดาน

3.4. ไดรฟ์สำหรับเครื่องปรับสมดุล

จากการวิเคราะห์โซลูชันการออกแบบที่ลูกค้าของเราใช้ในการผลิตเครื่องจักรปรับสมดุล พบว่าส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การใช้มอเตอร์ AC ที่ติดตั้งไดรฟ์ความถี่แปรผันในระหว่างการออกแบบไดรฟ์ วิธีการนี้ช่วยให้สามารถปรับความเร็วในการหมุนได้หลากหลายสำหรับโรเตอร์ที่สมดุลโดยมีต้นทุนน้อยที่สุด กำลังของมอเตอร์ขับเคลื่อนหลักที่ใช้ในการหมุนโรเตอร์ที่สมดุลมักจะเลือกตามมวลของโรเตอร์เหล่านี้ และอาจประมาณได้:

• 0.25 - 0.72 กิโลวัตต์ สำหรับเครื่องจักรที่ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลโรเตอร์ที่มีมวล ≤ 5 กิโลกรัม;
• 0.72 - 1.2 กิโลวัตต์ สำหรับเครื่องจักรที่ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลโรเตอร์ที่มีมวล > 5 ≤ 50 กิโลกรัม;
• 1.2 - 1.5 กิโลวัตต์ สำหรับเครื่องจักรที่ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลโรเตอร์ที่มีมวล > 50 ≤ 100 กิโลกรัม;
• 1.5 - 2.2 กิโลวัตต์ สำหรับเครื่องจักรที่ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลโรเตอร์ที่มีมวล > 100 ≤ 500 กิโลกรัม;
• 2.2 - 5 กิโลวัตต์ สำหรับเครื่องจักรที่ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลโรเตอร์ที่มีมวล > 500 ≤ 1000 กิโลกรัม;
• 5 - 7.5 กิโลวัตต์ สำหรับเครื่องจักรที่ออกแบบมาเพื่อปรับสมดุลโรเตอร์ที่มีมวล > 1000 ≤ 3000 กิโลกรัม.

มอเตอร์เหล่านี้ควรติดตั้งอย่างแน่นหนาบนเตียงเครื่องจักรหรือฐานราก ก่อนการติดตั้งบนเครื่องจักร (หรือที่สถานที่ติดตั้ง) มอเตอร์ขับเคลื่อนหลักพร้อมกับรอกที่ติดตั้งบนเพลาเอาท์พุต ควรมีการปรับสมดุลอย่างระมัดระวัง เพื่อลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากตัวแปลงความถี่ ขอแนะนำให้ติดตั้งตัวกรองเครือข่ายที่อินพุตและเอาต์พุต สิ่งเหล่านี้อาจเป็นผลิตภัณฑ์มาตรฐานที่มีจำหน่ายทั่วไปโดยผู้ผลิตไดรฟ์หรือตัวกรองแบบโฮมเมดที่ผลิตโดยใช้วงแหวนเฟอร์ไรต์

4. ระบบการวัดของเครื่องปรับสมดุล

ผู้ผลิตเครื่องปรับสมดุลสมัครเล่นส่วนใหญ่ที่ติดต่อบริษัท "Kinematics" (Vibromera) วางแผนที่จะใช้ระบบวัดซีรีส์ "Balanset" ที่ผลิตโดยบริษัทของเราในการออกแบบของพวกเขา อย่างไรก็ตาม ยังมีลูกค้าบางรายที่วางแผนจะผลิตระบบวัดดังกล่าวด้วยตนเอง ดังนั้นจึงควรที่จะหารือเกี่ยวกับการสร้างระบบวัดสำหรับเครื่องปรับสมดุลในรายละเอียดเพิ่มเติม ข้อกำหนดหลักสำหรับระบบเหล่านี้คือความต้องการการวัดค่าแอมพลิจูดและเฟสของส่วนประกอบการหมุนของสัญญาณการสั่นสะเทือนที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งปรากฏขึ้นที่ความถี่การหมุนของโรเตอร์ที่ปรับสมดุลแล้ว เป้าหมายนี้มักจะบรรลุได้โดยการใช้โซลูชันทางเทคนิคหลายอย่างร่วมกัน ซึ่งรวมถึง:

• การใช้เซ็นเซอร์การสั่นสะเทือนที่มีค่าสัมประสิทธิ์การแปลงสัญญาณสูง
• การใช้เซ็นเซอร์เฟสแองเคิลเลเซอร์สมัยใหม่
• การสร้าง (หรือการใช้) ฮาร์ดแวร์ที่ช่วยให้สามารถขยายและแปลงสัญญาณจากเซ็นเซอร์เป็นดิจิทัลได้ (การประมวลผลสัญญาณขั้นต้น)
• การนำซอฟต์แวร์ประมวลผลสัญญาณการสั่นสะเทือนมาใช้ ซึ่งควรจะช่วยให้สามารถแยกส่วนประกอบการหมุนของสัญญาณการสั่นสะเทือนที่มีความละเอียดสูงและเสถียร โดยแสดงออกมาในรูปของความถี่การหมุนของโรเตอร์ที่สมดุล (การประมวลผลขั้นที่สอง).

ต่อไปนี้ เราจะพิจารณาถึงรูปแบบต่างๆ ของวิธีการแก้ปัญหาทางเทคนิคดังกล่าว ซึ่งถูกนำไปใช้ในเครื่องมือปรับสมดุลที่เป็นที่รู้จักกันดีหลายชนิด.

4.1. การเลือกเซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือน

ในระบบวัดของเครื่องจักรบาลานซ์ สามารถใช้เซ็นเซอร์การสั่นสะเทือน (ทรานสดิวเซอร์) ได้หลายประเภท รวมถึง:

• เซ็นเซอร์วัดความเร่งการสั่นสะเทือน (เครื่องวัดความเร่ง)
• เซ็นเซอร์วัดความเร็วการสั่นสะเทือน
• เซ็นเซอร์วัดการเคลื่อนที่จากการสั่นสะเทือน
• เซ็นเซอร์แรง

4.1.1. เซ็นเซอร์วัดการเร่งสั่นสะเทือน

ในบรรดาเซ็นเซอร์วัดความเร่งจากการสั่นสะเทือน เซ็นเซอร์แบบเพียโซและแบบคาปาซิทีฟ (ชิป) เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพในเครื่องปรับสมดุลแบบแบริ่งอ่อน ในทางปฏิบัติ โดยทั่วไปแล้ว อนุญาตให้ใช้เซ็นเซอร์วัดความเร่งจากการสั่นสะเทือนที่มีค่าสัมประสิทธิ์การแปลง (Kpr) อยู่ในช่วง 10 ถึง 30 mV/(m/s²) ได้ สำหรับเครื่องปรับสมดุลที่ต้องการความแม่นยำในการปรับสมดุลสูงเป็นพิเศษ แนะนำให้ใช้เซ็นเซอร์วัดความเร่งที่มีค่า Kpr สูงถึง 100 mV/(m/s²) ขึ้นไป ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์วัดความเร่งแบบเพียโซรุ่น DN3M1 และ DN3M1V6 ที่ผลิตโดยบริษัท Izmeritel จำกัด สามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนสำหรับเครื่องปรับสมดุลได้.

รูปที่ 4.1. เครื่องวัดความเร่งแบบเพียโซ DN 3M1 และ DN 3M1V6

ในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ดังกล่าวกับเครื่องมือและระบบวัดการสั่นสะเทือน จำเป็นต้องใช้เครื่องขยายประจุภายนอกหรือแบบติดตั้งในตัว

รูปที่ 4.2. เครื่องวัดความเร่งแบบคาปาซิทีฟ AD1 ผลิตโดยบริษัท LLC "Kinematics" (Vibromera)

ควรสังเกตว่าเซ็นเซอร์เหล่านี้ ซึ่งรวมถึงแผงวงจรของมาตรความเร่งแบบความจุ ADXL 345 ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในตลาด (ดูรูปที่ 4.3) มีข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการเหนือมาตรความเร่งแบบเพียโซ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกมันมีราคาถูกกว่า 4 ถึง 8 เท่า โดยมีคุณลักษณะทางเทคนิคใกล้เคียงกัน นอกจากนี้ยังไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องขยายประจุที่มีราคาแพงและปรับจุกจิก ซึ่งจำเป็นสำหรับมาตรความเร่งแบบเพียโซ

ในกรณีที่ใช้มาตรความเร่งทั้งสองประเภทในระบบการวัดของเครื่องถ่วงสมดุล มักจะมีการทำการอินทิเกรตทางฮาร์ดแวร์ (หรือการอินทิเกรตสองครั้ง) ของสัญญาณจากเซ็นเซอร์

รูปที่ 4.2. แอคเซเลโรมิเตอร์แบบความจุ AD 1 ประกอบเสร็จแล้ว

รูปที่ 4.3. แผงวงจรเครื่องวัดความเร่งแบบความจุ ADXL 345

ในกรณีนี้ สัญญาณเริ่มต้นจากเซ็นเซอร์ซึ่งแปรผันตามความเร่งของการสั่นสะเทือน จะถูกแปลงเป็นสัญญาณที่แปรผันตามความเร็วหรือการกระจัดของการสั่นสะเทือนตามลำดับ ขั้นตอนของการอินทิเกรตสัญญาณการสั่นสะเทือนสองครั้งมีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษเมื่อใช้เครื่องวัดความเร่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบวัดสำหรับเครื่องปรับสมดุลความเร็วต่ำ ซึ่งช่วงความถี่การหมุนของโรเตอร์ที่ต่ำระหว่างการปรับสมดุลอาจถึง 120 รอบต่อนาทีหรือต่ำกว่า เมื่อใช้เซ็นเซอร์วัดความเร่งแบบคาปาซิทีฟในระบบวัดของเครื่องปรับสมดุล ควรพิจารณาว่าหลังจากทำการรวมสัญญาณแล้ว สัญญาณอาจมีการรบกวนความถี่ต่ำ ซึ่งอาจปรากฏในช่วงความถี่ตั้งแต่ 0.5 ถึง 3 เฮิรตซ์ สิ่งนี้อาจจำกัดช่วงความถี่ต่ำของการปรับสมดุลบนเครื่องที่ตั้งใจจะใช้เซ็นเซอร์เหล่านี้

4.1.2. เซ็นเซอร์วัดความเร็วการสั่นสะเทือน

4.1.2.1. เซ็นเซอร์วัดความเร็วการสั่นสะเทือนแบบเหนี่ยวนำ

เซ็นเซอร์เหล่านี้ประกอบด้วยขดลวดเหนี่ยวนำและแกนแม่เหล็ก เมื่อขดลวดสั่นสะเทือนเมื่อเทียบกับแกนที่อยู่กับที่ (หรือแกนที่สั่นสะเทือนเมื่อเทียบกับขดลวดที่อยู่กับที่) จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด โดยแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วการสั่นสะเทือนของส่วนที่เคลื่อนที่ได้ของเซ็นเซอร์ ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลง (Кпр) ของเซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำมักมีค่าค่อนข้างสูง โดยอาจสูงถึงหลายสิบหรือแม้กระทั่งหลายร้อยมิลลิโวลต์ต่อมิลลิเมตรต่อวินาที โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงของเซ็นเซอร์รุ่น Schenck T77 อยู่ที่ 80 มิลลิโวลต์ต่อมิลลิเมตรต่อวินาที และสำหรับเซ็นเซอร์รุ่น IRD Mechanalysis 544M อยู่ที่ 40 มิลลิโวลต์ต่อมิลลิเมตรต่อวินาที ในบางกรณี (เช่น ในเครื่องสมดุลแบบ Schenck) จะใช้เซ็นเซอร์วัดความเร็วการสั่นสะเทือนแบบเหนี่ยวนำที่มีความไวสูงเป็นพิเศษพร้อมตัวขยายสัญญาณเชิงกล ซึ่งค่า Кпр สามารถเกิน 1000 มิลลิโวลต์/มิลลิเมตร/วินาทีได้ หากใช้เซ็นเซอร์วัดความเร็วการสั่นสะเทือนแบบเหนี่ยวนำในระบบวัดของเครื่องสมดุล สามารถทำการบูรณาการฮาร์ดแวร์ของสัญญาณไฟฟ้าที่แปรผันตามความเร็วการสั่นสะเทือนได้เช่นกัน โดยแปลงให้เป็นสัญญาณที่แปรผันตามการกระจัดของการสั่นสะเทือน

รูปที่ 4.4. เซ็นเซอร์รุ่น 544M โดย IRD Mechanalysis.

รูปที่ 4.5 เซ็นเซอร์รุ่น T77 โดย Schenck

ควรสังเกตว่าเนื่องจากความเข้มข้นของแรงงานในการผลิต เซ็นเซอร์ความเร็วการสั่นสะเทือนแบบเหนี่ยวนำจึงเป็นอุปกรณ์ที่หายากและมีราคาแพงมาก ดังนั้น แม้จะมีข้อดีที่ชัดเจนของเซ็นเซอร์เหล่านี้ ผู้ผลิตเครื่องปรับสมดุลมือสมัครเล่นจึงใช้เซ็นเซอร์เหล่านี้น้อยมาก

4.2. เซ็นเซอร์มุมเฟส

เพื่อประสานกระบวนการวัดการสั่นสะเทือนกับมุมการหมุนของโรเตอร์ที่สมดุล จะใช้เซ็นเซอร์วัดมุมเฟส เช่น เซ็นเซอร์เลเซอร์ (โฟโตอิเล็กทริก) หรือเซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำ เซ็นเซอร์เหล่านี้ผลิตขึ้นในรูปแบบต่างๆ โดยผู้ผลิตทั้งในและต่างประเทศ ช่วงราคาของเซ็นเซอร์เหล่านี้อาจแตกต่างกันอย่างมาก ตั้งแต่ประมาณ 40 ถึง 200 ดอลลาร์ ตัวอย่างของอุปกรณ์ดังกล่าวคือเซ็นเซอร์วัดมุมเฟสที่ผลิตโดย "Diamex" ดังแสดงในรูปที่ 4.11.

รูปที่ 4.11: เซ็นเซอร์วัดมุมเฟสจาก "Diamex""

ตัวอย่างเช่น รูปที่ 4.12 แสดงแบบจำลองที่บริษัท LLC "Kinematics" (Vibromera) นำมาใช้งาน ซึ่งใช้เครื่องวัดความเร็วรอบด้วยเลเซอร์รุ่น DT 2234C ที่ผลิตในประเทศจีนเป็นเซ็นเซอร์วัดมุมเฟส. ข้อได้เปรียบที่ชัดเจนของเซ็นเซอร์นี้ ได้แก่:

• ช่วงการทำงานที่กว้าง สามารถวัดความถี่การหมุนของโรเตอร์ได้ตั้งแต่ 2.5 ถึง 99,999 รอบต่อนาที โดยมีค่าความละเอียดไม่น้อยกว่าหนึ่งรอบ
• จอแสดงผลดิจิทัล;
• ความสะดวกในการตั้งค่าเครื่องวัดรอบสำหรับการวัด
• ความสามารถในการจ่ายและต้นทุนตลาดต่ำ
• ความง่ายในการปรับเปลี่ยนเพื่อรวมเข้ากับระบบการวัดของเครื่องสมดุล

รูปที่ 4.12: เครื่องวัดความเร็วรอบด้วยเลเซอร์ รุ่น DT 2234C

ในบางกรณี เมื่อการใช้เซ็นเซอร์ออปติคอลเลเซอร์ไม่เป็นที่พึงปรารถนาไม่ว่าด้วยเหตุผลใดก็ตาม สามารถเปลี่ยนเซ็นเซอร์เหล่านี้ด้วยเซ็นเซอร์ดิสเพลสเมนต์เซนเซอร์แบบไม่สัมผัสแบบเหนี่ยวนำได้ เช่น รุ่น ISAN E41A ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้หรือผลิตภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกันจากผู้ผลิตรายอื่น

4.3. คุณสมบัติการประมวลผลสัญญาณในเซ็นเซอร์สั่นสะเทือน

สำหรับการวัดแอมพลิจูดและเฟสที่แม่นยำของส่วนประกอบการหมุนของสัญญาณการสั่นสะเทือนในอุปกรณ์ปรับสมดุล โดยทั่วไปแล้วจะใช้เครื่องมือประมวลผลฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ร่วมกัน เครื่องมือเหล่านี้ช่วยให้:

• การกรองสัญญาณอนาล็อกของเซ็นเซอร์ด้วยฮาร์ดแวร์แบบบรอดแบนด์;
• การขยายสัญญาณอนาล็อกของเซ็นเซอร์;
• การรวมและ/หรือการรวมสองครั้ง (หากจำเป็น) ของสัญญาณอะนาล็อก
• การกรองสัญญาณแอนะล็อกแบบแคบโดยใช้ตัวกรองการติดตาม
• การแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัล
• การกรองสัญญาณดิจิตอลแบบซิงโครนัส
• การวิเคราะห์ฮาร์โมนิคของสัญญาณดิจิตอล

4.3.1. การกรองสัญญาณบรอดแบนด์

ขั้นตอนนี้นับว่าเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำความสะอาดสัญญาณเซ็นเซอร์การสั่นสะเทือนจากสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้นได้ทั้งที่ขอบล่างและขอบบนของช่วงความถี่ของอุปกรณ์ ขอแนะนำให้ตั้งค่าขีดจำกัดล่างของตัวกรองแบบแบนด์พาสไว้ที่ 2-3 เฮิรตซ์ และขีดจำกัดบนไว้ที่ 50 (100) เฮิรตซ์ การกรอง "ล่าง" ช่วยลดสัญญาณรบกวนความถี่ต่ำที่อาจปรากฏที่เอาต์พุตของตัวขยายสัญญาณวัดเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ การกรอง "บน" ช่วยขจัดความเป็นไปได้ของสัญญาณรบกวนเนื่องจากความถี่ผสมและการสั่นสะเทือนแบบเรโซแนนซ์ที่อาจเกิดขึ้นของชิ้นส่วนกลไกแต่ละชิ้นของเครื่องจักร.

4.3.2. การขยายสัญญาณอนาล็อกจากเซนเซอร์

หากมีความจำเป็นต้องเพิ่มความไวของระบบวัดของเครื่องปรับสมดุล สามารถขยายสัญญาณจากเซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนไปยังอินพุตของหน่วยวัดได้ ทั้งแอมพลิฟายเออร์มาตรฐานที่มีอัตราขยายคงที่และแอมพลิฟายเออร์แบบหลายขั้นตอนซึ่งสามารถเปลี่ยนอัตราขยายได้ตามระดับสัญญาณจริงจากเซ็นเซอร์ ตัวอย่างของแอมพลิฟายเออร์แบบหลายขั้นตอนที่ตั้งโปรแกรมได้ ได้แก่ แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้ในตัวแปลงการวัดแรงดันไฟฟ้า เช่น E154 หรือ E14-140 จากบริษัท LLC "L-Card".

4.3.3. การอินทิเกรต

ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ แนะนำให้ใช้งานการอินทิเกรตทางฮาร์ดแวร์และ/หรือการอินทิเกรตสองครั้งของสัญญาณเซ็นเซอร์การสั่นสะเทือนในระบบการวัดของเครื่องถ่วงสมดุล ดังนั้น สัญญาณเริ่มต้นจากมาตรความเร่งซึ่งเป็นสัดส่วนกับความเร่งการสั่นสะเทือน สามารถแปลงเป็นสัญญาณที่เป็นสัดส่วนกับความเร็วการสั่นสะเทือน (การอินทิเกรต) หรือการกระจัดการสั่นสะเทือน (การอินทิเกรตสองครั้ง) ได้ ในทำนองเดียวกัน สัญญาณจากเซ็นเซอร์วัดความเร็วการสั่นสะเทือนหลังการอินทิเกรตสามารถแปลงเป็นสัญญาณที่เป็นสัดส่วนกับการกระจัดการสั่นสะเทือนได้

4.3.4. การกรองย่านความถี่แคบของสัญญาณอะนาล็อกโดยใช้ตัวกรองการติดตาม

เพื่อลดการรบกวนและปรับปรุงคุณภาพการประมวลผลสัญญาณการสั่นสะเทือนในระบบการวัดของเครื่องปรับสมดุล สามารถใช้ตัวกรองติดตามแบบแถบความถี่แคบได้ ความถี่กลางของตัวกรองเหล่านี้จะถูกปรับโดยอัตโนมัติให้ตรงกับความถี่การหมุนของโรเตอร์ที่กำลังปรับสมดุลโดยใช้สัญญาณจากเซ็นเซอร์วัดการหมุนของโรเตอร์ วงจรรวมสมัยใหม่ เช่น MAX263, MAX264, MAX267, MAX268 จาก "MAXIM" สามารถนำมาใช้สร้างตัวกรองดังกล่าวได้.

4.3.5. การแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัล

การแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัลเป็นกระบวนการที่สำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งช่วยให้สามารถปรับปรุงคุณภาพของการประมวลผลสัญญาณการสั่นสะเทือนในระหว่างการวัดแอมพลิจูดและเฟสได้ กระบวนการนี้ถูกนำไปใช้ในระบบการวัดเครื่องปรับสมดุลที่ทันสมัยทั้งหมด ตัวอย่างของการใช้งาน ADC ที่มีประสิทธิภาพ ได้แก่ ตัวแปลงสัญญาณวัดแรงดันไฟฟ้าชนิด E154 หรือ E14-140 จากบริษัท L-Card ซึ่งใช้ในระบบการวัดเครื่องปรับสมดุลหลายระบบที่ผลิตโดยบริษัท Kinematics (Vibromera) นอกจากนี้ บริษัท Kinematics (Vibromera) ยังมีประสบการณ์ในการใช้ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ราคาประหยัดที่ใช้ตัวควบคุม Arduino, ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC18F4620 จากบริษัท Microchip และอุปกรณ์ที่คล้ายกัน.

4.1.2.2. เซ็นเซอร์วัดความเร็วการสั่นสะเทือนแบบใช้ตัวเร่งความเร็วเพียโซอิเล็กทริก

เซ็นเซอร์ประเภทนี้แตกต่างจากมาตรวัดความเร่งแบบเพียโซอิเล็กทริกมาตรฐานตรงที่มีตัวขยายสัญญาณและตัวรวมสัญญาณแบบฝังตัวอยู่ภายในตัวเรือน ซึ่งทำให้สามารถส่งสัญญาณที่แปรผันตามความเร็วการสั่นสะเทือนได้ ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์วัดความเร็วการสั่นสะเทือนแบบเพียโซอิเล็กทริกที่ผลิตโดยผู้ผลิตในประเทศ (บริษัท ZETLAB และบริษัทจำกัด "Vibropribor") แสดงในรูปที่ 4.6 และ 4.7.

รูปที่ 4.6. เซ็นเซอร์รุ่น AV02 โดย ZETLAB (รัสเซีย)

รูปที่ 4.7 เซ็นเซอร์รุ่น DVST 2 จากบริษัท LLC "Vibropribor""

เซ็นเซอร์ประเภทนี้ผลิตโดยผู้ผลิตหลายราย (ทั้งในประเทศและต่างประเทศ) และปัจจุบันมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะในอุปกรณ์วัดการสั่นสะเทือนแบบพกพา ราคาของเซ็นเซอร์เหล่านี้ค่อนข้างสูง โดยอาจสูงถึง 20,000 ถึง 30,000 รูเบิลต่อชิ้น แม้แต่จากผู้ผลิตในประเทศ

4.1.3. เซ็นเซอร์วัดการเคลื่อนที่

ในระบบการวัดของเครื่องปรับสมดุล สามารถใช้เซ็นเซอร์วัดระยะแบบไม่สัมผัส – ทั้งแบบคาปาซิทีฟหรือแบบเหนี่ยวนำ – ได้ เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถทำงานในโหมดคงที่ ทำให้สามารถบันทึกกระบวนการสั่นสะเทือนได้ตั้งแต่ 0 เฮิรตซ์ การใช้งานเซ็นเซอร์เหล่านี้จะมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในกรณีของการปรับสมดุลโรเตอร์ความเร็วต่ำที่มีความเร็วรอบ 120 รอบต่อนาทีหรือต่ำกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การแปลงของเซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถสูงถึง 1000 มิลลิโวลต์/มิลลิเมตร หรือสูงกว่า ซึ่งให้ความแม่นยำและความละเอียดสูงในการวัดระยะ แม้ว่าจะไม่มีการขยายสัญญาณเพิ่มเติม ข้อดีที่เห็นได้ชัดของเซ็นเซอร์เหล่านี้คือต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำ ซึ่งสำหรับผู้ผลิตในประเทศบางรายนั้นไม่เกิน 1000 รูเบิล เมื่อใช้เซ็นเซอร์เหล่านี้ในเครื่องปรับสมดุล สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่าช่องว่างการทำงานที่กำหนดระหว่างองค์ประกอบที่ไวต่อการสัมผัสของเซ็นเซอร์กับพื้นผิวของวัตถุที่สั่นสะเทือนนั้นถูกจำกัดด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดเซ็นเซอร์ ตัวอย่างเช่น สำหรับเซ็นเซอร์ที่แสดงในรูปที่ 4.8 รุ่น ISAN E41A จาก "TEKO" ช่องว่างการทำงานที่ระบุไว้โดยทั่วไปคือ 3.8 ถึง 4 มม. ซึ่งช่วยให้สามารถวัดการเคลื่อนที่ของวัตถุที่สั่นได้ในช่วง ±2.5 มม.

รูปที่ 4.8. เซ็นเซอร์วัดการกระจัดแบบเหนี่ยวนำ รุ่น ISAN E41A โดย TEKO (รัสเซีย)

4.1.4. เซ็นเซอร์แรง

ตามที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เซ็นเซอร์แรงถูกใช้ในระบบวัดที่ติดตั้งบนเครื่องปรับสมดุลลูกปืนแบบแข็ง เซ็นเซอร์เหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากความง่ายในการผลิตและต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำ มักเป็นเซ็นเซอร์แรงแบบเพียโซอิเล็กทริก ตัวอย่างของเซ็นเซอร์ดังกล่าวแสดงไว้ในรูปที่ 4.9 และ 4.10

รูปที่ 4.9 เซ็นเซอร์แรง SD 1 โดย Kinematika LLC

รูปที่ 4.10: เซ็นเซอร์วัดแรงสำหรับเครื่องปรับสมดุลรถยนต์ จำหน่ายโดย "STO Market""

เซ็นเซอร์แรงแบบสเตรนเกจ ซึ่งผลิตโดยผู้ผลิตทั้งในประเทศและต่างประเทศหลากหลายราย ก็สามารถใช้วัดการเปลี่ยนรูปสัมพัทธ์ในฐานรองรับของเครื่องถ่วงสมดุลแบบ Hard Bearing ได้เช่นกัน

4.4 แผนผังการทำงานของระบบวัดของเครื่องปรับสมดุล "Balanset 2""

ระบบการวัด "Balanset 2" แสดงถึงแนวทางที่ทันสมัยในการบูรณาการฟังก์ชันการวัดและการคำนวณในเครื่องปรับสมดุล ระบบนี้คำนวณน้ำหนักแก้ไขโดยอัตโนมัติโดยใช้วิธีสัมประสิทธิ์อิทธิพล และสามารถปรับให้เข้ากับการกำหนดค่าเครื่องจักรต่างๆ ได้.

โครงสร้างการทำงานประกอบด้วยการปรับสภาพสัญญาณ การแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัล การประมวลผลสัญญาณดิจิทัล และอัลกอริธึมการคำนวณอัตโนมัติ ระบบนี้สามารถจัดการสถานการณ์การปรับสมดุลทั้งแบบสองระนาบและหลายระนาบได้อย่างแม่นยำสูง.

4.5 การคำนวณพารามิเตอร์ของน้ำหนักแก้ไขที่ใช้ในการถ่วงสมดุลโรเตอร์

การคำนวณน้ำหนักปรับแก้จะใช้หลักการของสัมประสิทธิ์อิทธิพล ซึ่งจะกำหนดว่าโรเตอร์ตอบสนองต่อน้ำหนักทดสอบในระนาบต่างๆ อย่างไร วิธีนี้เป็นพื้นฐานของระบบปรับสมดุลสมัยใหม่ทั้งหมด และให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำสำหรับทั้งโรเตอร์แบบแข็งและแบบยืดหยุ่น.

4.5.1. งานการถ่วงสมดุลโรเตอร์แบบรองรับสองจุดและวิธีการแก้ปัญหา

สำหรับโรเตอร์แบบรองรับสองจุด (ซึ่งเป็นการกำหนดค่าที่พบได้บ่อยที่สุด) งานปรับสมดุลเกี่ยวข้องกับการกำหนดน้ำหนักแก้ไขสองค่า – ค่าหนึ่งสำหรับแต่ละระนาบการแก้ไข วิธีสัมประสิทธิ์อิทธิพลใช้วิธีการดังต่อไปนี้:

1. การวัดครั้งแรก (รอบที่ 0): วัดการสั่นสะเทือนโดยไม่ต้องใช้ตุ้มน้ำหนักทดสอบ
2. การทดลองวิ่งครั้งแรก (ครั้งที่ 1): เพิ่มน้ำหนักทดลองที่ทราบแล้วลงในระนาบที่ 1 แล้ววัดการตอบสนอง
3. การทดลองวิ่งครั้งที่สอง (รอบที่ 2): ย้ายตุ้มน้ำหนักทดลองไปที่ระนาบที่ 2 แล้ววัดการตอบสนอง
4. การคำนวณ: ซอฟต์แวร์จะคำนวณน้ำหนักการแก้ไขถาวรโดยอิงจากผลตอบสนองที่วัดได้

พื้นฐานทางคณิตศาสตร์เกี่ยวข้องกับการแก้ระบบสมการเชิงเส้นที่เชื่อมโยงอิทธิพลของน้ำหนักทดลองกับการแก้ไขที่จำเป็นในระนาบทั้งสองพร้อมกัน.

รูปที่ 3.26 และ 3.27 แสดงตัวอย่างการใช้แท่นเครื่องกลึง ซึ่งนำมาใช้ผลิตทั้งเครื่องจักรแบบ Hard Bearing เฉพาะทางสำหรับการถ่วงสมดุลสกรูลำเลียง และเครื่องถ่วงสมดุลแบบ Soft Bearing อเนกประสงค์สำหรับโรเตอร์ทรงกระบอก สำหรับผู้ผลิตแบบ DIY วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวช่วยให้สามารถสร้างระบบรองรับที่แข็งแรงสำหรับเครื่องถ่วงสมดุลได้ด้วยเวลาและต้นทุนต่ำที่สุด และสามารถติดตั้งแท่นรองรับชนิดต่างๆ บนระบบนี้ได้ (ทั้งแบบ Hard Bearing และแบบ Soft Bearing) งานหลักของผู้ผลิตในกรณีนี้คือการทำให้แน่ใจว่า (และฟื้นคืนหากจำเป็น) รางนำของเครื่องจักรที่ใช้เป็นฐานของแท่นรองรับมีความแม่นยำทางเรขาคณิตตามต้องการ ในสภาพการผลิตแบบ DIY มักใช้การขูดละเอียดเพื่อคืนความแม่นยำทางเรขาคณิตที่ต้องการของรางนำ

รูปที่ 3.28 แสดงรูปแบบของแท่นประกอบที่ทำจากเหล็กรางน้ำสองตัว ในการผลิตแท่นชนิดนี้ ใช้ข้อต่อสลักเกลียวแบบถอดได้ ซึ่งช่วยลดหรือขจัดการเสียรูปของแท่นระหว่างการประกอบได้โดยไม่ต้องมีขั้นตอนทางเทคโนโลยีเพิ่มเติม เพื่อให้รางนำของแท่นดังกล่าวมีความแม่นยำทางเรขาคณิตที่เหมาะสม อาจจำเป็นต้องมีการตัดแต่งทางกล (การเจียร การกัดละเอียด) บริเวณหน้าแปลนด้านบนของเหล็กรางน้ำที่ใช้

รูปที่ 3.29 และ 3.30 นำเสนอรูปแบบต่างๆ ของแท่นเชื่อมซึ่งทำจากเหล็กรางน้ำสองตัวเช่นกัน เทคโนโลยีการผลิตแท่นดังกล่าวอาจต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติมหลายรายการ เช่น การอบคลายความเค้นเพื่อบรรเทาความเค้นภายในที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อม เช่นเดียวกับแท่นประกอบ เพื่อให้รางนำของแท่นเชื่อมมีความแม่นยำทางเรขาคณิตที่เหมาะสม ควรวางแผนการตัดแต่งทางกล (การเจียร การกัดละเอียด) ของหน้าแปลนด้านบนของเหล็กรางน้ำที่ใช้

4.5.2. วิธีการถ่วงสมดุลแบบไดนามิกของโรเตอร์แบบหลายจุดรองรับ

โรเตอร์แบบหลายจุดรองรับ (สามหรือสี่จุดรองรับ) ต้องใช้ขั้นตอนการปรับสมดุลที่ซับซ้อนกว่า แต่ละจุดรองรับมีส่วนทำให้เกิดพฤติกรรมไดนามิกโดยรวม และการแก้ไขต้องคำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างระนาบทั้งหมดด้วย.

ระเบียบวิธีนี้เป็นการต่อยอดแนวทางการวิเคราะห์แบบสองระนาบโดย:

• วัดค่าการสั่นสะเทือนที่จุดรองรับทั้งหมด
• โดยใช้ตำแหน่งน้ำหนักทดลองหลายตำแหน่ง
• การแก้ระบบสมการเชิงเส้นขนาดใหญ่
• การปรับการกระจายน้ำหนักการแก้ไขให้เหมาะสมที่สุด

สำหรับเพลาคาร์ดานและโรเตอร์ยาวที่คล้ายกัน วิธีการนี้โดยทั่วไปจะทำให้ระดับความไม่สมดุลที่เหลืออยู่สอดคล้องกับเกรดคุณภาพ ISO G6.3 หรือดีกว่า.

4.5.3. เครื่องคำนวณสำหรับการถ่วงสมดุลโรเตอร์แบบหลายจุดรองรับ

ได้มีการพัฒนาอัลกอริธึมการคำนวณเฉพาะทางสำหรับโครงสร้างโรเตอร์แบบสามฐานรองรับและสี่ฐานรองรับ เครื่องคำนวณเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในซอฟต์แวร์ Balanset-4 และสามารถจัดการกับรูปทรงเรขาคณิตของโรเตอร์ที่ซับซ้อนได้โดยอัตโนมัติ.

เครื่องคิดเลขเหล่านี้คำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้:

• ความแข็งของฐานรองรับที่เปลี่ยนแปลงได้
• การเชื่อมโยงข้ามระหว่างระนาบการแก้ไข
• การปรับตำแหน่งน้ำหนักให้เหมาะสมเพื่อความสะดวกในการเข้าถึง
• การตรวจสอบผลลัพธ์ที่คำนวณได้

5. ข้อแนะนำสำหรับการตรวจสอบการทำงานและความถูกต้องของเครื่องปรับสมดุล

ความแม่นยำและความน่าเชื่อถือของเครื่องปรับสมดุลขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงความแม่นยำทางเรขาคณิตของชิ้นส่วนกลไก คุณลักษณะทางไดนามิกของแท่นรองรับ และความสามารถในการทำงานของระบบการวัด การตรวจสอบพารามิเตอร์เหล่านี้อย่างสม่ำเสมอช่วยให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพการปรับสมดุลที่สม่ำเสมอและช่วยระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นก่อนที่จะส่งผลกระทบต่อการผลิต.

5.1. การตรวจสอบความถูกต้องทางเรขาคณิตของเครื่องจักร

การตรวจสอบความถูกต้องทางเรขาคณิตประกอบด้วยการตรวจสอบการจัดแนวของตัวรองรับ ความขนานของตัวนำ และความเป็นศูนย์กลางของชุดแกนหมุน การตรวจสอบเหล่านี้ควรดำเนินการในระหว่างการตั้งค่าเริ่มต้นและเป็นระยะๆ ในระหว่างการใช้งานเพื่อให้มั่นใจได้ว่าความถูกต้องแม่นยำได้รับการรักษาไว้.

5.2. การตรวจสอบลักษณะการทำงานแบบไดนามิกของเครื่องจักร

การตรวจสอบคุณลักษณะทางพลศาสตร์เกี่ยวข้องกับการวัดความถี่ธรรมชาติของส่วนรองรับและส่วนประกอบของโครงสร้างเพื่อให้แน่ใจว่าความถี่เหล่านั้นแยกออกจากความถี่ในการทำงานอย่างเหมาะสม ซึ่งจะช่วยป้องกันปัญหาการสั่นพ้องที่อาจส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการปรับสมดุล.

5.3. การตรวจสอบความสามารถในการทำงานของระบบวัด

การตรวจสอบระบบการวัดประกอบด้วยการสอบเทียบเซ็นเซอร์ การตรวจสอบการจัดเรียงเฟส และการตรวจสอบความถูกต้องของการประมวลผลสัญญาณ ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าการวัดความ amplitud และเฟสของการสั่นสะเทือนมีความน่าเชื่อถือที่ความเร็วในการทำงานทุกระดับ.

5.4. การตรวจสอบคุณลักษณะด้านความแม่นยำตาม ISO 21940-21 (เดิมคือ ISO 2953)

ISO 21940-21 (เดิมคือ ISO 2953) ให้ขั้นตอนมาตรฐานสำหรับการตรวจสอบความแม่นยำของเครื่องถ่วงสมดุลโดยใช้โรเตอร์ทดสอบที่สอบเทียบแล้ว ขั้นตอนเหล่านี้ช่วยยืนยันสมรรถนะของเครื่องเทียบกับมาตรฐานที่ยอมรับในระดับสากล

วรรณกรรม

1. Reshetov DN (บรรณาธิการ). "รายละเอียดและกลไกของเครื่องมือตัดโลหะ." มอสโก: Mashinostroenie, 1972.
2. Kellenberger W. "การเจียรผิวทรงกระบอกด้วยเกลียว" เครื่องจักรกล, 1963.
3. ISO 281 "Rolling Bearings - Dynamic Load Ratings and Rating Life."
4. GOST 17383-73 (มาตรฐานแห่งชาติ) "Pulleys for flat drive belts."
5. ISO 21940-11 (เดิมคือ ISO 1940-1) "Mechanical vibration - Rotor balancing - Part 11: Procedures and tolerances for rotors with rigid behaviour."
6. ISO 21940-21 (เดิมคือ ISO 2953) "Mechanical vibration - Rotor balancing - Part 21: Description and evaluation of balancing machines."