Способ определения осевого дисбаланса шарового ротора

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСЕВОГО ДИСБ 1АНСА ШАРОВОГО РОТОРА в неконтактном подвесе, заключающийся в том, что раскручивают ротор до номинальной скорости, отличающийс я тем, что, с целью уточнения и ускорения определения дисбаланса ротора , перед раскручиванием измеряют радиальньй дисбаланс, изменяют угол нутации от до О, фиксируют момент уменьшения минимального значения огибающей aмплитуднр-модулированного сигнала емкостного датчика, расположенного в плоскости, перпендикулярной оси раскрутки ротора, до О и измеряют значенияогибающей моменты , соответствующие 1/4 и 1/2 интервала между ее,нулевыми значениями, и по этим значениям .е учетом радиального дисбаланса определяют осевой дисбаланс ротора.

, SU„„1033881

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

И Д %

РЕСПУБЛИК

3(50 G 01 И 1/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕЙНЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3426644/25-28 (22) 26.04.82 (46} 07.08.83. Бю . И 29 (72 ) А, А. Иаслов, В. И . Повторайко и В. И, Смирное (71) Иосковский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 62-755:62-25(088,8 ) (56) 1. Иалеев П. И. Новые типы гироскопов. Л., "Иашиностроение", 1971, с. 25.

2. Теория и практика балансировочной техники. Сборник. И., "Иааиностроение", 1973, с. 274-279 (прототип ). (54 )(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСЕВОГО

ДИСБАЛАНСА ШАРОВОГО РОТОРА в неконтактном подвесе, заключающийся в том, что раскручивают ротор до номи, нальной скорости, о т л и ч а ю щ и йс я тем, .что, с целью уточнения и ускорения определения дисбаланса ротора, перед раскручиванием изиеряют радиальный дисбаланс, изменяют угол нутации от Р/2 до.о, фиксируют момент уменьшения минимального значения огибающей амплитудно-модулированного сигнала емкостного датчика, расположенного в плоскости, перпендикулярной оси раскрутки ротора, до 0 и измеряют значения огибающей в моменты, соответствующие 1/4 и 1/2 интервала между ее, нулевыми значениями,,и по этим значениям .с учетом радиального дисбаланса определяют осевой дисбаланс ротора.

1 1033881 1 изобретение относится к иЗмерительной технике и может быть использовано при балансировке шаровых роторов, Известен способ определения величи1 ны и места дисбаланса по колебаниям ротора, заключающийся в том, .что ротор взвешивают в электростатическом поле и по периоду колебаний определяют величину дисбаланса, при остановленном роторе центр масс . находится под его геометрическим центром (1 1.

Недостаток способа заключается в невозможности определения момента прохождения центра масс близ положения равновесия при малой величине дисбаланса, а также недостаточной точности определения периода колебаний, необходимого для определения величины дисбаланса.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения осевого дисбаланса ротора .в неконтактном подвесе, заключающийся в том, что раскручивают ротор до номинальной скорости.При этом осевой дисбаланс определяют по формуле

1 w

О rn с< где R -- осевои баланс;

L - кинетический момент; м- скорость ухода оси;

m — - масса оси; а - ускорение, причем ускорение равно ускорению свободного падения при горизонтальном положении оси, в остальных случаях берется его составляющая, вызывающая процессйю его оси (2 ).

Недостатками известного способа являются относительно невысокая достоверность и достаточная сложность его осуществления, заключающаяся в большом количестве замеров, а также в том, что измеряемая скорость процессии оси зависит не только от осевого дисбаланса, но и ряда других факторов, не подлежащих достоверному контролю.

Цель изобретения - повышение точности и ускорение определения дисбаланса ротора.

Поставленная цель достигается тем, :что согласно способу определения осевого дисбаланса арового ротора в

t0

35 не конт акт ном подве се, эа ключающемуся в том, что раскручивают ротор до номинальной скорости, перед раскручиванием измеряют радиальный дисбаланс, изменяют угол нутации от

У1/2 до О, фи кси руют момент умен ьшения минимальйого значения огибающей амплитудно-модулированного сигнала емкостного датчика, расположенного в плоскости, перпендикулярной оси раскрутки ротора, до 0 и измеряют значения огибающей в моменты, соответствующие 1/4 и 1/2 интервала между ее нулевыми значениями, и по этим значениям с учетом радиального дисбаланса определяют осевой дисбаланс ротора.

На чертеже изображена схема установки для определения осевого дисбаланса шарового ротора, Установка включает катушки 1 и 2 разгона, жестко связанные с неподвижной системой координат с осями емкостные датчики 3 и ротор и подвижную систему координат Х 1, Х2, Х .

Способ осуществляют следующим образом, Ротор 5 раскручивают до номинальной скорости, Кинетический момент формируется вдоль оси э, Пусть осевой дисбаланс R направлен вдоль оси динамической симметрии Х> в проти. воположном направлении, а радиальный дисбаланс R no оси Х, При активном демпфировании нутационных колебаний ротора изменяют угол нутации

Ч от Ti/2 до 0, при пассивном демпфировании ротора - от начального значения угла нутации Ч0 до 0. Поэтому,если используют пассивное демпфирование, то ось разгона ротора устанавливают вертйкально, Тогда после взвешивания ротора в электростатическом поле вектор дисбаланса направлен вниз, т,е, он направлен вдоль оси в противоположном направлении.

Угол между осями Хз и f при раскрутке является начальным углом Уо нутации. Угол между осью Х 3 и вектором дисбаланса R будет равен 7< - Vp.

В этом случае минимальное значение огибающей сигнала равно нулю ° После взвешивания могут быть небольшие колебания вектора R и отклонения его от вертикального направления, Поэтому после взвешивания ротора и раскрутки его до номинальной скорости, ес ли минимальное значение огибающей 033881. 4

;Х равен л - Ч, ротор медленно, так как Ч < М, поворачивается вокруг оси Х>. В момент времени, когда вектор дисбаланса R .совпадает с осью 5, проекции R на оси и а следовательно, и огибающая амплитудно-модулированного сигнала равны нулю. Вектор дисбаланса можно записать в проекциях на оси подвижной щ системы координат (3) Е=ВХ, отлично от нуля, включают катушки пассивного демпфирования. Угол нутации изменяется до нуля. Если минимальное значение уменьшалось до нуля, производят необходимые замеры.

Если минимальное значение отлично от нуля, то после остановки ротора повторяют его раскрутку и наблюдают

1 эа изменением сигнала. формулу для определения осевого дисбаланса для различного характера движения ротора выводят следующим образом.

Скорость изменения угла нутации намного меньше скорости изменения углов процессии и свободнога вращения

R= (R A; -К ) (2)

Подвижная и неподвижная системы координат Х и (связаны следующим образом:

V «V.,9 где V - скорость изменения угла ну20 тации; 4 - скорость изменения угла процессии. !

Ч - скорость изменения угла свободного вращения, 25

Считая, что Ч О, получим движение Эйлера-Пуансо В этом случае движение ротора можно представить как сочетание двух движений: вращение ротора, например, гироскопа.с постоянной угловой скоростью Ч вокруг оси динамической симметрии Х и вра щение Х относительно с угловой скоростью Ф . Скорости ф и 9 связаны следующим соотношением

Ч = "М cos V (I)

1+к где х — отиоситеяьиая разэ ность моментов инерции (3 „ и 3 > - мо- 40 менты инерции ротора относительно осей Х1 и Х> соответственно).

Как следует иэ формулы (1), скорость Ч меньше скорости М . Сигналы датчиков 3 и 4 при частоте враще .. 45 ния ротора, равной номинальной и вы.ше пропорциональны проекциям векто-., ра дисбаланса % на оси этих датчиков и т2, Эти сигналы могут быть пропорциональны и на более низких часто- 50

1 тах, для этого строят специальную передаточную функцию. Кроме того, в лю- бом диапазоне частот можно зная передаточную функцию, построить корректирующий фильтр для получения сигна- 55 ла, пропорционального проекциям вектора дисбаланса на оси датчиков. В случае, когда угол между R и осью где В - матрица ориентации сos cos Ч вЂ” cos V«яп 9 siт1 цР

8 = С05 Ч skn Ч + cos V sin icos%

St n Ч81н М

-sin г cosY-cos VeosVsfnV

% — gjп Q 51n чг + соз Yсо 5Ч coS+

Sin U С05Ч

Sin Y sin Y

-sinUcos 4

cos,U

Так как сигнал. е датчика 3 пропорционален проекции .вектора дисба" ланса R на ось датчика „, то он будет иметь следующий вид:

8=R сов Рсо 4>-(Я совЧв пЧ+й в1пЧ »

P о

xsin ч, ()

В момент времени, когда угол между вектором дисбаланса % и осью

ХЗ равен углу 3 - Ч, справедливо следующее равенство:

Rî

- ctg V

Р

При = ", учитывая (5) и то, что Ч < Ф, получим иэ (4) е О, т,е. в этот момент времени огибающая сигнала равна нулю, При 9 Р е R

1033881 е Й„Г+ содll

При т = Jt е 2R eos У з! и М а значение огибающей равно (9.) е 2йрозМ

При Ч = 23( (Itl+CL) (10) П y„„У

2 е О.

Составитель Б. Малой

TexPeÀ В.Далекорей Корректор И.Ватрушкин

Редактор С ° Пекарь

Заказ 5611/44 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 а значение огибающей амплитудно-модулированного сигнала равно

Из проведенных расчетов видно, что огибающая амплитудно-модулированного сигнала равна нулю через период свободного вращения Т. Замеряя значение огибающей через четверть перио» да, т,е. при Ч Ji, и через половину периода. т е при 9 = 2 7, и беря их соотношение, получим и= — =2 (И).

e„„ б

Учитывая (5) и(11), найдем формулу дпя определения величины осевого дисбаланса, Р >= R ctg с гссоз - (12)

S и

2 1-—

4.

Величину радиального дисбаланса можно определить после демпфирования ротора по амплитуде сигнала емкост10. ного датчика, Таким образом, для определения осевого дисбаланса ротора нужно в момент уменьшения минимального значения огибающей амплитудно-модулироt5 ваййого сигнала емкостного датчика

3 до 0 измерить мгновенные значения огибающей е 1 е2 в моменты, соответствующие 1/4 и I/2 интервала между ее нулевыми значениями. Зная е и е>

20 и величину радиального дисбаланса по формулам (11 ) и (12 ), можно опреде- лить величину осевого дисбаланса.

Использование изобретения позволяет ускорить и уточнить определение дисбаланса ротора при его балансировке. Кроме того, при использовании устройства для определения ра.диального дисбаланса по сигналу биения можно одновременно определять

З0 осевой дисбаланс. Это позволяет применять менее сложное оборудование.