книги из ГПНТБ / Куинджи А.А. Автоматическое уравновешивание роторов быстроходных машин

ОДНОРЕЖИМНОЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ЦЕНТРИРОВАНИЯ

Устройство (рис. 74) размещается между внутренней обоймой подшипника 1 и цапфой ротора 2 и состоит из внутреннего 3 и наружного 4 корпусов, между которыми расположены клиновые сегменты 5. Сегменты могут перемещаться параллельно оси

А-А

Рис. 74. Схема однорежпмного механического устройства:

/—внутренняя обойма подшипника; 2—цапфа ротора; 3—внутренний корпус; •/—наружный корпус: 5—«клиповые сегменты; 6—винты; 7—пружина

ротора при помощи винтов 6 и упругих элементов 7. Для урав­ новешивания ротора определяют на рабочей скорости вращения величину и направление усилий в опорах. Затем вычисляют не­ обходимую величину смещения в пересчете на каждую пару кли­ новых сегментов. Раздвигая один н сближая другие, добиваются совмещения главной центральной оси инерции ротора с осью его вращения.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Одна из цапф ротора 1 с автоматическим механизмом при­ нудительного центрирования и опорным подшипником 5 показа­ на на рис. 75. Механизм состоит из внутреннего 2 и наружного 3 корпусов, между которыми располагаются рабочие камеры, об­ разованные резиновыми уплотнениями 4. Рабочая полость меха­ низма разделена резиновыми уплотнениями на шесть рабочих камер 8. В каждой камере осуществляется подвод командного давления по каналу 9 из общей магистрали, проходящей внут­ ри вала. Давление в камере регулируется перепускным клапаном 7, управляемым сервомеханизмом 6. Подача давления на пор-

99

тень сервомеханизма осуществляется из противоположной ка­ меры через канал 10. Сброс жидкости осуществляется непосред­ ственно в картер машины через канал 11. Пружина 12 закрыва­

ет перепускной клапан.

Гидравлическая схема (рис. 76) автоматического устройства, принудительного центрирования для одной из опор ротора для

Рис. 75. Цапфа ротора с автоматическим механизмом принудитель­ ного центрирования и опорным подшипником:

/—цапфа ротора; 2—внутренний корпус; 3 — наружный корпус; 4 — резиновые уплотнения; 5—опорный подшипник; 6—сервомеханизм; 7—перепускной клапан; 5—рабочая камера; 9—канал подвода командного давления; 10—канал подво­ да давления из противоположной камеры; //—»канал сброса командного дав­ ления; 12 — пружина

удобства чтения изображена в развернутом виде в одной плос­

кости.

Командное давление от насоса по каналу 9 через дроссель 10 и обратный клапан 11 поступает в рабочую полость 1 одной из камер. Посредством впаянной в корпус трубки по каналу 2 эта камера сообщается с сервомеханизмом противоположной камеры. Давление из камеры поступает в рабочий цилиндр 4 сервомеханизма и действует на поршень со штоком 5, который управляет перепускным клапаном 6 с пружиной 7.

100

Сущность работы автоматического устройства принудительно­ го центрирования заключается в следующем. Неуравновешенный ротор вращается со смещением оси вращения относительно оси инерции. Это создает усилия на цапфах, которые передаются из камеры механизма принудительного центрирования.

Рис. 76. Гидравлическая схема автоматического устройства принуди­ тельного центрирования:

/—рабочая камера; 2—канал подвода давления из противоположной камеры; 3— канал сброса давления из рабочей камеры; ‘/—рабочий цилиндр сервомеханизма; 5—шток; С—перепускной клапан; 7—пружина; 8, 9 ~ каналы подвода командного давления; 10—дроссель; //—обратный клапан

Допустим, усилие действует на камеру № 1. Давление в ка­ мере начинает увеличиваться, так как обратный клапан 11 и перепускной клапан перекрыты. Появившееся избыточное дав­ ление действует на поршень со штоком 5 камеры № 4 по кана­ лу 2, который открывает перепускной клапан 6 от камеры №4. Происходит сброс давления из камеры № 4. Давление в этой ка­ мере становится ниже командного, в то время как давление в камере № 1 (противоположной) не может стать ниже командно­ го, так как сброс давления из этой камеры в данный момент не производится. Появляется разность между давлениями в камере № 1 и камере № 4. Под действием этой разности давления цап­ фа ротора начнет смещаться в сторону камеры № 4, т. е. навст­ речу усилию на цапфе. Смещение цапфы будет продолжаться до тех пор, пока давление в камере № 1 не достигнет величины

101

командного давления. Действительно, как только перестанет действовать усилие от суммы неуравновешенных сил с цапфы на камеру № 1, исчезнет избыточное давление в камере от этого усилия, поршни сервомеханизмов вернутся в исходное положе­ ние, перепускные клапаны закроются, сброс давления из камеры № 4 прекратится п давление во всех камерах станет одинако­ вым, равным нормальному командному давлению.

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ БАЛАНСИРОВОЧНОГО СТАНКА ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ

С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ

Работа станка основана на замере величин эксцентриситетов в плоскостях расположения опор балансируемой детали. Уст­ ранение неуравновешенности может осуществляться нескольки­ ми способами: созданием эксцентриситетов в плоскостях опор путем окончательной обработки подшипниковых поясов на ва-

Рис. 77. Схема станка для балансировки роторов с горнзоиталіноіі осью вращения:

/—тахогелератор; электродвигатель привода; <?—рессора; 4—устройства принудительного центрирования; 5—балансируемый ротор; б—тахометр; 7—

измеритель вибрации опор; S—измеритель фазы; 9—коммутатор; 10—датчик нулевой отметки; //—упругая подвеска; 12—станок; 13—опора

лу, заданием неооходимых эксцентриситетов при помощи гид­ равлических или механических однорежимных устройств при­ нудительного центрирования, внесением уравновешивающих грузов при помощи балансировочных колец, установленных на однорежимных устройствах принудительного центрирования.

Применение однорежимных устройств предпочтительнее, так как по мере разбалансировки детали или узла в процессе экс­ плуатации можно произвести подбалансировку на месте уста­ новки. Принципиальная схема стайка показана на рис. 77.

102

На станке 12 расположены электродвигатель привода 2 с тахогенератором 1 и две опоры 13, в которые через упругие под­ вески 11, снабженные датчиками измерения перемещения, уста­ навливаются опорные подшипники балансируемого вала ротора 5. Вал связывается шарнирной рессорой 3 с электродвигателем привода. Между цапфами вала и внутренними обоймами под­ шипников установлены однорежимные устройства принудитель­ ного центрирования 4. Измерительная аппаратура станка состо­ ит из тахометра 6, измерителя вибраций опор 7, измерителя фазы вибраций опор 8 с датчиком нулевой отметки 10 и коммута­ тора 9. Последовательность действия при балнснрѳвке на стан­ ке рассмотрим для случая, когда вал снабжен устройствами при­ нудительного центрирования.

Балансируемая деталь со своими подшипниками устанавли­ вается и закрепляется в опорах, подсоединяется к электродвига­ телю привода и раскручивается до своей рабочей скорости. Под действием суммарных неуравновешенных сил и моментов, поя­ вившихся на детали, подвижные элементы опор начинают со­ вершать колебательные движения, при этом в датчиках переме­ щений наводится э.д.с., пропорциональная суммарному усилию на данной опоре. Определив величину и фазу суммарного уси­ лия по каждой опоре, производят коррекцию на каждой цапфе, задавая при помощи устройства принудительного центрирования необходимый для каждой опоры эксцентриситет. Зависимость величины необходимого эксцентриситета от усилия в опоре опре­ деляется опытным путем или пробной балансировке первого ро­ тора. После корректировки производится пробный запуск и в случае необходимости производится дополнительная баланси­ ровка.

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ БАЛАНСИРОВОЧНОГО СТАНКА ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРОВ

С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ

Станок предназначен для уравновешивания деталей с отно­ шением

где D — диаметр вала; / — расстояние между опорами (махови­ ки, зубчатые колеса, роторы гироскопов и т. п.).

Работа станка основана на принципе самоцентрирования гиб­ кого ротора при вращении его со скоростью, значительно превы­ шающей критическую скорость. Закритический режим при вра­ щении балансируемой детали с рабочей скоростью достигается гибкой связью электропривода с балансируемой деталью (при помощи карданного валика) и без опор.

103

В этом случае при вращении балансируемой детали щрабочен скоростью главная центральная ось инерции детали стремится к совмещению с осью вращения. Когда деталь уравновешена, то ее геометриче­ ская ось совпадает с главной централь­ ной осью инерции и никаких отклонений от оси вращения не произойдет. При на­ личии силовой, моментной или комбини­ рованной неуравновешенности геометри­ ческая ось балансируемой детали не сов­ падает с главной центральной осью инер­ ции и при вращении сместится эксцент­

рично по отношению к оси вращения.

С Т Е Н Д Д Л Я П Р О В Е Р К И ЭФ Ф ЕК Т И В Н О СТ И Б А Л А Н СИ Р О В К И Ш Л И Ф О В А Л Ь Н Ы Х К РУГО В

ПО М Е Т О Д У П Р И Н У Д И Т Е Л Ь Н О Г О Ц ЕН Т Р И Р О В А Н И Я

<

В Московском ордена Ленина авиационном институте имени Серго Орджоникидзе разработан и изготовлен эксперименталь­ ный стенд для уравновешивания шлифовальных кругов на ходу в процессе работы. На общей плите стенда смонтированы шпин­ дельный узел с шлифовальным кругом, балансирующим диском и устройством принудительного центрирования, распределитель­ ное устройство, тахогенератор, приводной двигатель постоянного тока и устройства для сообщения заготовке необходимых дви­ жений. Двухопорный шпиндель смонтирован в кронштейнах на

104

шарикоподшипниках и соединен с электродвигателем посредст­ вом упругой муфты.

Для балансировки шпиндельного узла на стенде применена гидравлическая система (рис. 79), позволяющая плавно регули­ ровать режим работы. При сравнительно малой мощности при­ вода насоса обеспечиваются большие усилия в исполнительном механизме — рабочей камере. Так, при управляющем давлении 40 кгс/см2 (40-105 Па) усилие в рабочей камере составляло 350 кгс (3500 Н ). Гидравлическая система позволяет автомати­ зировать управление балансировкой по результатам активного контроля вибраций или реакций опор.

Рис. 79. Гидравлическая схема стенда для балан­ сировки шлифовальных кругов:

/—резервуар; 2, 5—фильтры; 3, 7, 8—краны; 4—насос; б— демпфер; 9—манометр; 10—распределитель; 11 — рабочие камеры; 12—«шпиндель; 13—балансирующий диск; 14—вход

в рабочую камеру; 15 — выход из рабочей камеры; 16 — вентили

Масло из резервуара 1 через фильтр 2 и кран 3 подается на­ сосом 4 к фильтру 5 и демпферу 6, а затем через .кран 8 в рас­ пределитель 10. Давление масла в магистрали контролируется манометром 9 и при необходимости снижается краном 7. Регу­ лирование давления масла, подаваемого в распределитель, осу­ ществляется краном 8. Из распределителя масло поступает в три рабочие камеры 11, образованные наружной поверхностью шпин­ деля 12, внутренней поверхностью балансирующего диска 13 и упругими уплотнениями. Каждая камера имеет один вход 14 и один выход 15, соединенные с распределителем 10. Сброс давле­ ния в рабочих камерах на ходу осуществляется вентилями 16. Во избежание перетекания масла между рабочими камерами в распределительном устройстве создается противодавление.

Гидравлическая система позволяет дистанционно управлять балансировкой шлифовального круга путем смещения баланси­

105

рующего диска относительно внешней поверхности шпинделя при помощи специального устройства (рис. 80). Оно состоит из на­ ружной толстостенной втулки 1 и внутренней втулки 2. В перед­ ней части втулки 1 имеется шесть равномерно расположенных по окружности резьбовых отверстий, в которые ввернуты шту­ цера 6. Эти отверстия соединены каналами 5, служащими для подвода жидкости в рабочие камеры 8 и для слива ее в резер­ вуар. На наружной поверхности втулки 1 установлен баланси­ рующий диск 3.

пояски, обеспечивающие соединение ее с внешней поверхностью шпинделя 7 с требуемым натягом. Наружная поверхность втул­ ки 2 имеет канавки для размещения резиновых уплотнений 4, с помощью которых между наружной и внутренней втулками об­ разуются три рабочие камеры, расположенные под углом 120° одна относительно другой.

Бесступенчатое регулирование скорости вращения шпинделя и привода насоса осуществляется по схеме «генератор — двига­ тель». Число оборотов двигателя фиксируется тахогенератором типа НПР-456, а выходное напряжение измеряется индикатор­ ным прибором.

Для измерения амплитуды вибраций опор применялась элект­

с тахогенератора Т, вращение которого осуществляется от шпин­ деля через ротор распределителя Р, также поступает на осцил­ лограф О.

Во избежание влияния помех ів низкочастотной (до 100 с_ !) области питание усилителя У1 производилось от сети напряже­

106

нием 115 В и частотой 400 с_). Для этого с помощью преобразо­ вателей П 1, П2 и ПЗ последовательно получали напряжение 220 В при частоте 50 с-1, 27 В постоянного тока и 115 В при ча­ стоте 400 с-1. Усилитель У2 питался от выпрямителя В, на вы­ ходе которого получали 150 В постоянного тока.

Испытания стенда показали, что система дистанционного уп­ равления работает наделено и позволяет перемещать баланси­ рующий диск в любом радиальном направлении на величину до 0,3 мм с точностью до 1 мкм. Уровень вибраций шпинделя снижа­ ется при этом в 8—40 раз. Экспериментальная проверка эффек­ тивности уравновешивания шлифовального круга в процессе ра­ боты при плоском и круглом наружном шлифовании образцов из стали 45 и титанового сплава ВТ-15 показала, что при уравно­ вешивании круга на ходу чистота обработанной поверхности по­ вышается на 1—2 класса, а волнистость уменьшается в 2—3 раза.

8.СТЕНД Д Л Я П РО ВЕРКИ ЭФ Ф ЕКТИВНОСТИ УРАВН О ВЕШ И ВАН И Я ГИБКОГО РОТОРА

СП ОМ ОЩ ЬЮ УСТРОЙ СТВ

ПРИ Н УД И ТЕЛ ЬН О ГО Ц ЕН ТРИ РОВАН И Я

Стенд состоит из трех основных систем — механической, гид­ равлической и измерительной. Принципиальная схема стенда и

м е х а н и ч е с к а я с и с т е м а с т е н д а

Основной ее частью является модель быстроходного двух­ опорного ротора, состоящего из гибкого вала и трех дисков. Меж­ опорное расстояние и диаметр вала выбраны из условий полу­ чения низкого числа первых критических оборотов с тем, чтобы иметь возможность исследовать динамические характеристики гибкого ротора на режимах, близких ко второй критической скорости, имея при этом не слишком высокие обороты. Вал вы­ полнен полым для размещения внутри вала гндромагистралей, связывающих устройства принудительного центрирования с рас­ пределителем. Соединение дисков с валом осуществляется при помощи цанговых зажимов, а так как вал имеет постоянный по

107