книги из ГПНТБ / Колесник Н.В. Устранение вибрации машин

тельным устройством, например, прибор типа «Дэви» (фиг. 27)

или БИП-4 (фиг. 37), если колебание машины является простым гармоническим колебанием. При этом условии успешное проведе­

ние операции по устранению неуравновешенной центробежной

силы зависит исключительно от точности измерений (размаха коле­ бания, фазы).

В производственных условиях, как правило, колебаний про­

стой гармонической формы не существует. Даже в простейших

случаях, когда в машине имеется только одна вращающаяся деталь (см. фиг. 56), основное гармоническое колебание, вызываемое неурав­

новешенностью, сопровождается высшими гармониками, создавае­

мыми овальностью шеек валов, качением шариковых и роликовых

подшипников, а также влиянием других, установленных по со­

седству машин и механизмов.

К тому же следует учесть, что большое количество машин имеют

по нескольку вращающихся роторов. К таким машинам относятся

металлорежущие станки (токарные, фрезерные, сверлильные, шли­ фовальные), прокатные станы, вальцовые мельницы, трубозуб­

чатые корабельные агрегаты, турбокомпрессоры, нагнетатели, цен­

трифуги и многие другие машины и механизмы, не говоря уже

о кинематически сложных машинах (например, поршневых двига­

телях), работа которых сопровождается принципиально негармо­ нической вибрацией.

Следовательно, успех операции по устранению вибрации машин

путем уравновешивания сил инерции всецело зависит от возмож­ ностей аппаратуры выделить из спектра сложного негармонического

колебания именно ту гармоническую составляющую, которая в дан­

тание периодов и частот этих двух колебаний может быть различное. В результате сложения этих колебаний вибрация основания,

равно как двигателя и машины, получает сложную, негармони­

ческую форму (виброграмма п). По этой виброграмме можно опре­ делить только общий размах S суммарного колебания.

Уравновешивание такого агрегата с помощью виброскопа не

представляет никаких затруднений. Установив виброметр прибора В

(как показано на фигуре) на основание либо на корпус двигателя

или машины, производят его настройку на частоту гь или п2, опре­

деляют размах Sj или S2 слагаемых сложного колебания и поло­ жение их фаз. Затем устанавливаются пробные грузы и произво­ дятся необходимые расчеты для определения величины и положения уравновешивающих грузов ранее описанным способом (как это

делается при наличии одного ротора и при отсутствии помех). Такая

возможность обеспечивается способностью виброскопа производить

измерения величин гармонического колебания только той частоты, на которую этот прибор настроен.

Произвести уравновешивание машины в таких случаях с по­

мощью приборов «Деви» и БИП-4 не представляется возможным.

Применяя указанные приборы, невозможно определить размах

Фиг. 79. Общий случай уравновешивания машины.

колебаний, создаваемый той или иной машиной. Поскольку частоты слагаемых колебаний различны (могут быть и некратны), то по­

пытки получить данные путем развертки процесса на экране

катодно-лучевой трубки прибора БИП-4 не дают положительных

результатов. Изображение Эп (фиг. 79) показывает форму коле­

баний, которую можно наблюдать на экране при развертке

с помощью пиловидного напряжения. При такой развертке образуется

полоса ряда кривых, по которой выявить что-нибудь невозможно.

Попытка синхронизировать процесс по частоте одного из слагае­

мых колебаний неизбежно влечет десинхронизацию другой частоты.

Применение для развертки сложного колебания синусоидального

130

напряжения (изображение экрана Эг) в данном случае такжё нё

дает нужного результата, так как при любой синхронизации на экране

прибора образуется светлое пятно спутанных линий, не имеющее

ничего общего с фигурами Лиссажу.

Измерение фазы в аналогичных приведенному случаях также

не представляется возможным. Для измерения фазы в приборе БИП-4 используется сельсинная схема, для осуществления кото­

рой следует произвести настройку прибора по фигурам Лиссажу. Но поскольку такая настройка невозможна, то, следовательно,

нельзя произвести и измерение фазы. Прибором БИП-4 можно

определять фазу стробоскопическим способом — путем создания вспышек газосветной лампы в моменты, соответствующие макси­

мальным отклонениям колеблющегося объекта. Однако в рассма­ триваемом сложном колебании, как это видно по виброграмме п,

такие отклонения происходят с различными периодами /1( ?2, t3 . . .

Эти периоды не соответствуют ни периоду Т\ колебания пх, ни пе­

риоду Т2 колебания п2. Следовательно, измерение фазы и этим

способом с применением приборов сейсмического типа оказывается

помощью приборов сейсмического типа невозможно.

Теперь рассмотрим случай, когда неуравновешенная центро­ бежная сила создает колебание, значительно превышающее уровень

имеющихся помех.

На фиг. 80, а схематически изображена машина, ротор которой имеет неуравновешенную массу Мн, при вращении которой обра­

зуется колебание с размахом So. Влияние работы этой же машины

(или других машин) вызывает колебание другой частоты с разма­

хом Sn, являющееся помехой при проведении работ по уравнове­ шиванию центробежной силы машины. В результате суммарного

в соответствии с показаниями прибора сейсмического типа, опре­

деляющего суммарное колебание S.

ния до величины В = 0,09 мм по показаниям резонансного прибора

и соответственно В, = 0,12 мм (с учетом помех) по показаниям

сейсмического прибора.

Фиг. 80. Определение уравновешивающего груза с помощью резонансного и

Отсюда величина уравновешивающего груза по показаниям

132

Как видно, влияние помех (колебания Sn) при пользовании

прибором сейсмического типа в приведенном случае выражается ошибкой в определении величины уравновешивающего груза

Gv-Gyl = 1,17-1,33 = — 0,16 кг

и ошибкой в определении места установки уравновешивающего

груза

р_р1 = 90 — 85 = 5°.

В результате при применении сейсмического прибора (в данном случае) остается неуравновешенность, создающая колебание по величине, равное помехам (So = 0,03 мм).

На основе приведенного анализа можно заключить, что точ­ ность уравновешивания центробежных сил в машинах с помощью приборов сейсмического типа зависит не только от точности изме­

рений, но и в значительной степени от уровня имеющихся помех.

Чем выше уровень помех, тем меньше результативность операции.

Возможность применения сейсмических приборов для указанной цели практически прекращается при наличии помех, значение

которых равно размаху колебаний, создаваемых неуравновешенной центробежной силой, которую хотят уравновесить.

Результативность операции при применении резонансных при­ боров зависит главным образом от степени точности измерений и порога чувствительности прибора. Помехи в этом случае оказы­

вают влияние лишь тогда, когда частота их колебаний имеет близ­ кое значение к частоте устраняемой вибрации.

Поэтому при дальнейшем рассмотрении вопроса будем исхо­

дить из условий применения приборов резонансного типа и, в част­

ности, виброскопа.

29.Балансировка кругов на шлифовальном станке

Кчислу наиболее часто встречающихся случаев уравновеши­ вания деталей на производстве следует отнести балансировку шли­ фовальных кругов. Это весьма важная операция, так как от степени

уравновешенности кругов в значительной мере зависит точность

обработки деталей и чистота обрабатываемой поверхности. По­

скольку шлифование обычно является заключительной операцией,

то качество обработанных на шлифовальных станках деталей в зна­

чительной мере предопределяет степень износоустойчивости и дол­

говечности машин.

В настоящее время, как правило, применяется статический

способ уравновешивания кругов. Нередко статически уравнове­

тельно, и необходимое качество обрабатываемой поверхности дета­

лей.

133

Поэтому шлифовальный круг по мере его износа должен под­ вергаться повторным балансировкам. Поясним это на следующем

примере.

На фиг. 81, а показан закрепленный во фланцах круг, имею­ щий неуравновешенную массу (являющуюся следствием, например, неоднородной плотности материала круга), создающую во время вращения неуравновешенную центробежную силу Сн и некоторый эксцентрицитет цилиндрической части, образующий центробежную силу Сэ. В результате статической балансировки путем соответ-

Фиг. 81. Изменение состояния равновесия шлифовального круга вовремя его износа.

ствующей установки имеющихся во фланцах сухариков G обра­

зуется уравновешивающая сила Су и круг работает спокойно.

Но уже после первой правки (фиг. 81, б) устраняется эксцен­

трицитет цилиндрической части круга и тем самым устраняется

центробежная сила Сэ, вследствие чего для сохранения равновесия сухарики должны быть переставлены в иное положение. После того как круг проработает некоторое время, срабатывается его тяжелая часть, что опять вызывает необходимость новой балан­

сировки (фиг. 81, в). Наконец, наступает положение, когда сам

круг уравновешен (фиг. 81, а) и, если не установить в равновесное

положение сухарики, то именно они и будут вызывать вибрацию

станка.

Статическое уравновешивание круга при перебалансировках

представляет собой довольно трудоемкую операцию. Для этого

необходимо снять круг со станка, установить его на специальную

оправку, затем вместе с оправкой установить на приспособление для статической балансировки и определить положение неурав­

новешенной массы. Неуравновешенность устраняется путем соот­ ветствующей перестановки уравновешивающих сухариков на фланце круга. Затем круг снимается с оправки и снова устанавливается

на станке.

На всю эту операцию, в особенности при тяжелых кругах, как,

например, у бесцентровых шлифовальных станков, затрачивается до одного часа рабочего времени, что вызывает простои оборудова­

ния и нарушает ритм работы на производстве.

J34

Поэтому целесообразнее применять динамическое уравновеши­ вание тяжелых кругов непосредственно на шлифовальном станке,

осуществляемое довольно просто при помощи виброскопа. В этом

случае не требуется прибегать к геометрическим построениям и рас­ четам, так как уравновешивание может производиться на основании предварительного тарирования, которое выполняется следующим образом.

На станке устанавливается круг (фиг. 82, а) с симметрично

расположенными сухариками, направление неуравновешенности ко-

2

кожухе круга. На этом тарирование заканчивается. Уже после

того как произведена первая правка круга, можно заметить, что

состояние вибрации станка изменилось. Изменилось и положение стробоскопического изображения ориентира. Однако теперь можно произвести уравновешивание круга довольно просто.

Новое положение ориентира отмечают мелом на кожухе станка

чертой 4 (фиг. 82, б), затем останавливают круг, совмещают ориен­ тир с вновь сделанной отметкой 4 и, зная, что неуравновешенная масса круга находится против постоянной отметки 3, смещают суха­

рики Gi, G2 и G3 в противоположную этой отметке сторону (фиг. 82,в). Если во фланце имеются три сухарика, то средний из них G2 уста­

навливают диаметрально противоположно отметке, а остальные

два — симметрично на некотором от него расстоянии. Вновь дают вращение кругу и определяют размах колебания и положение ориен­

тира. Если последний оказывается на том же месте, т. е. у от­ метки 4, то, оставляя сухарик G2 на месте, несколько приближают к нему сухарики Gi и G3. Если ориентир переместился в проти­ воположную сторону от отметки 4 (на 180°), то это свидетельствует

о том, что уравновешивающий груз велик; в этом случае несколько

135

раздвигают сухарики Gt и Gs. Если ориентир переместился на

некоторый угол (например, по направлению вращения часовой

в случае, если перемещение ориентира произошло на угол, боль­ ший 90°, и, наоборот, сблизить их, если перемещение ориентира

произошло на угол, меньший 90°, При перемещении ориентира на угол, близкий к 90°, расстояние между сухариками Gi и G3 следует

сохранить прежним, но расположить их симметрично относительно

перемещенного среднего сухарика G2.

Балансировку круга производят, не снимая его со станка. Балан­ сировку можно считать законченной, если индикатор виброметра не обнаруживает колебаний или совершает их в пределах установ­

ленного допуска. После некоторого навыка рабочий производит

уравновешивание круга за два — три пуска станка, на что затра­ чивается несколько минут.

Первичное определение неуравновешенности статическим спо­ собом производится только у первого круга для тарировочной

отметки 3, которая служит указанием неуравновешенности всех

устанавливаемых на станок кругов. Балансировка всякого нового круга производится следующим образом. Симметрично расположив

сухарики фланца, на круге наносят в произвольном направлении

нейшем поступают в соответствии с указанными выше правилами.

Что касается точности динамического уравновешивания кругов

непосредственно на станке, то следует указать, что таковая в зна­ чительной степени зависит от жесткости станка и массивности фун­ дамента. По сравнению со статическим способом может оказаться возможным в одних случаях получение большей, в других — мень­

шей точности. Следует учитывать также и то, что, уравновешивая

круг динамическим способом на станке, устраняют вибрацию, создаваемую неуравновешенной массой не только круга, но и шпин­ деля, приводного шкива и т. п.

Так как размах колебаний отдельных частей станка различен, то для получения большей точности уравновешивания следует

устанавливать виброметр на ту часть станка, которая имеет наи­

больший размах. У шлифовальных станков такой частью в боль­

шинстве случаев является кожух круга.

Степень чувствительности виброметра, а следовательно, и точ­ ность уравновешивания могут быть повышены путем применения

136

Стержень может перемещаться в отверстии разрезного зажима 1,

закрепляемого на части станка 4 при определенной длине I кон­

соли. При минимальной длине I размах колебания виброметра прак­ тически равен размаху колебания зажима 1. По мере увеличения

Фиг. 83. Кронштейн для установки виброметра.

длины I (до определенного предела) размах колебания виброметра увеличивается. С помощью такого приспособления можно увели-

Фиг. 84. Балансировка круга на плоскошлифовальном станке.

чить чувствительность прибора, а следовательно, и точность уравно­

вешивания круга примерно в два раза. Следует указать, что приме­

нение такого приспособления имеет смысл при установке его на относительно жесткой части станка. В противном случае должный эффект не будет достигнут, так как само приспособление будет

действовать как. виброгаситель.

137

Следует отметить, что точность уравновешивания круга на

станке зависит также от величины зазоров подшипника шпинделя.

Повышенные зазоры между шпинделем и подшипником понижают

точность балансировки круга на станке.

Способ уравновешивания кругов на станке можно применять

и в отношении сборных инструментов, например, планшайб с набо­ ром абразивных сегментов. На фиг. 84 показан пример уравнове­

шивания такого сегментного инструмента на плоскошлифовальном станке.

В заключение следует рекомендовать в качестве одной из основ­ ных мер к снижению вибрации шлифовальных станков примене­ ние промежуточных, виброизоляционных прокладок (амортизаторы)

при установке их на фундамент. Амортизатор представляет собой две стальные мелкие чашки, между которыми прокладывается

Уравновешивание центробежных сил в таких деталях может

быть достигнуто путем соответствующей установки только одного

уравновешивающего груза.

Способ уравновешивания таких деталей рассмотрим на при­ мере дымососа (фиг. 85). Лопасти ротора дымососа подвергаются

интенсивному износу,, вследствие чего часто появляется неуравно­

вешенность, вызывающая значительную вибрацию. Разборка ма­ шины и демонтаж ротора для осуществления статической балан­

сировки требует большой затраты времени и труда. Задача уравно­ вешивания может быть решена значительно проще с помощью вибро­

скопа.

Прежде чем приступить к проведению работы, необходимо вы­ брать место для установки виброметра и наблюдения ориентира

при определении фазы колебаний. Виброметр (В на фиг. 85) жела­ тельно закрепить на корпусе подшипника ротора дымососа одним

138