Описание конструкции балансировочной установки. Методика определения параметров уравновешивания

Лабораторная работа по экспериментальному динамическому урав­новешиванию (динамической балансировке) ротора производится на балансировочной установке ТММ-Iм конструкции Б.В. Шитикова (рис. 11). Балансировочный ротор I установлен на подшипниках в маятниковой раме 2, иногда называемой также люлькой балансировочного станка. Рама 2 шарниром 3 подвижно соединена с неподвижным основанием 4 машины. Ось шарнира 3 расположена горизонтально и перпендикулярно оси ротора 1. Рама 2 поддерживается в горизонтальном нейтральном положении пружиной 5, поэтому ротор вместе с рамой и пружиной обра­зует упругую систему, имеющую возможность с овершать колебания отно­сительно оси вращения 3.

Рис. 11. Схема установки ТММ-1м

На валу ротора у его торцов смонтированы два хорошо отбалан­сированных диска 6, используемые в качестве плоскостей исправления (корректировки), т.е. плоскостей, перпендикулярных к оси вращения ротора и имеющих устройства для установки уравновешивающих масс-противовесов. Углы установки уравновешивающих масс (противовесов) отсчитываются на лимбах, насечённых на ступицах этих дисков. Раз­бег ротора производится через дисковую фрикционную передачу от электродвигателя 7, смонтированного на качающемся рычаге с шаровидной ручкой 8. При нажиме вниз на шаровидную ручку происходит включение цепи питания электродвигателя и прижатие фрикционного диска, установленного на его валу, к наружной поверхности разго­няемого ротора. Измерение амплитуд колебания рамы 2 с вращающимся неуравновешенным ротором I производится индикатором часового типа 9, снабженным тормозным устройством, фиксирующим шток индикатора в положении, соответствующем максимальной величине амплитуды колебаний. На установке ТММ-Iм плоскость одного из дисков 6 проходит через ось качания маятниковой рамы, поэтому при вращении неуравно­вешенного ротора вертикальная составляющая одной из двух скрещи­вающихся сил (Р_II, рис. 11) будет иметь плечо Н относительно оси колебаний маятниковой рамы. Очевидно, что момент силы Р_II^у относительно оси качаний рамы

, (2)

где  – угловая скорость ротора; t – текущее значение времени.

Момент М₁ изменяется по синусоидальному закону с частотой , равной угловой скорости ротора, и вызывает колебания маят­никовой рамы. После выключения электродвигателя под действием сопротивления воздуха, сил трения в подшипниках свободное вращение ротора будет постепенно замедляться, следовательно, будет изменяться и частота возмущающего момента М₁ , и когда она станет равной собственной частоте упругой системы, наступит состояние резонанса. В этот момент амплитуда колебаний рамы достигнет наибольшего значения и будет зафиксирована (измерена) индикатором.

При резонансе максимальная амплитуда вынужденных колебаний пропорциональна величине статического момента неуравновешенной массы:

, (3)

где А₁ – амплитуда вынужденных колебаний неуравновешенного рото­ра; μ – коэффициент пропорциональности, характеризующий податли­вость упругой системы, зависит от параметров установки.

Если определить постоянную μ балансировочной установки, то по амплитуде А₁ можно установить и величину статического мо­мента неуравновешенных масс ротора в плоскости II. Определив величину дисбаланса ротора, следует определить и направление силы Р_II по отношению к системе координатных осей ХОУ, вращающейся вместе с ротором. Тем самым получим полную исход­ную информацию для расчёта величины и координат размещения проти­вовеса.

Для определения направления силы Р_II в одну из прорезей диска 2, имеющую индекс «2», устанавливается дополнительный груз с известной массой m_д на выбранном расстоянии r_д от оси вращения ротора (рис. 12а). Измеренную амплитуду резонансных вынуж­денных колебаний неуравновешенного ротора с дополнительным грузом в прорези 2 обозначим А₂. Затем установим груз m_д на таком же расстоянии r_д от оси вращения ротора в направлении, противо­положном первоначальному (в противоположную прорезь диска, имеющую индекс «3», рис. 12 б). Измеренную амплитуду резонансных вынужденных колебаний неуравновешенного ротора с дополнительным грузом в про­рези 3 обозначим А₃.

Комплекс измеренных амплитуд А₁, А₂, А₃ позволяет определить величину и направление вектора .

Из сложения векторов (рис. 12) ясно, что

, .

Так как амплитуды колебаний во всех испытаниях определены при одной и той же резонансной угловой скорости ротора, на основании теории малых колебаний можно записать

, , , .

Рис. 12. Схема действия сил в плоскости исправления

Используя известные зависимости между сторонами косоугольных треугольников (рис. 13) и их совмещенную картину в определённом масштабе, соотношения амплитуд А₁, А₂, А₃, A_д представим в виде

.

Отсюда . (4)

Используя выбранные значения m_д и r_д, определяем коэф­фициент пропорциональности установки

. (5)

Статический момент неуравновешенных масс ротора в плоскости II

. (6)

Статический момент противовеса должен быть равен статическому моменту неуравновешенных масс ротора в плоскости II.

Рис. 13. К расчету амплитуды добавочного груза

Угол  между направлением установки дополнительной массы и направлением, в котором должна быть установлена масса противове­са m_пр, находится по теореме косинусов (рис. 13)

. (7)

Примечание. В качестве вычитаемой величины в числителе форму­лы (7) подставляется та амплитуда колебаний неуравновешенного ро­тора с дополнительным грузом (А₂ или А₃), которая имеет мень­шее значение.

Найденной величине cos соответствуют два значения угла установки противовеса:  и -. Выбор угла определяется испытанием. Правильным является тот угол установки противовеса (один из двух), при котором амплитуда резонансных колебаний отсут­ствует или не превышает допустимой величины, на порядок мень­шей А₂. Противовес при этом устанавливается в ту прорезь на диске («2» или «3»), которая имеет одинаковый индекс с меньшей ампли­тудой колебаний при проверке неуравновешенности ротора с дополни­тельным грузом.

После того как найдены масса противовеса и его радиус-вектор установки в плоскости II, переходят к определению параметров противовеса в плоскости I. Ротор вынимают из рамы, поворачивают на 180^о и вновь устанавливают на раме. При этом плоскости I и II меняются местами.