Способ определения дисбалансов ротора и устройство для его осуществления

 

Использование: в машиностроении. Сущность изобретения: способ определения дисбалансов ротора заключается в том, что ось шарнирной опоры статора совмещают с поперечной плоскостью, в которой находится центр масс ротора, измерение колебаний статора производят на частоте вращения при балансировке, о дисбалансе судят из сравнения мгновенных значений параметров, характеризующих колебания статора. Устройство для балансировки ротора содержит статор с опорами для установки ротора, виброизмерительные преобразователи колебаний статора. Ось шарнирной опоры и центр масс ротора расположены на разных расстояниях от серединных плоскостей опор статора. Устройство для выставления оси вращения ротора выполнено в виде регулируемых по высоте демпферов, установленных между статором и виброизмерительными преобразователями, выполненными в виде клеено-поджатых пьезоэлементов, измерительные оси которых одинаково ориентированы и расположены в полостях коррекции ротора. 2 с. и. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам балансировки роторов преимущественно путем исключения влияния плоскостей коррекции, например, на балансировочных станках рамных конструкций.

Известен способ балансировки роторов путем исключения влияния плоскостей коррекции на балансировочном станке рамной конструкции. Балансировочный станок содержит раму, которая свободно вращается вокруг горизонтальной оси подвеса. Балансируемый ротор устанавливают собственными подшипниками в раме станка так, чтобы одна из исключаемых плоскостей коррекции совместилась с плоскостью подвеса рамы. Второй конец рамы скреплен с пружиной, имеющей регулировку, позволяющую устанавливать ось вращения ротора горизонтально. Имеются также приводное устройство и индикатор колебаний.

Процесс балансировки роторов на станке рамной конструкции сводится к следующему. Разгоняют ротор до быстрого вращения, после чего отключают приводное устройство, в режиме выбега измеряют величину максимальной амплитуды колебаний рамы. Затем ротор переставляют так, чтобы исключаемая и контролируемая плоскости коррекции поменялись местами относительно плоскости подвеса рамы. Повторив испытание по виброграммам графоаналитическим способом раздельно находят величину и место дисбаланса в каждой из двух плоскостей коррекции балансируемого ротора.

Недостатком рамного балансировочного станка является большая трудоемкость, связанная с перемонтажом ротора, особенно в части необходимого совмещения плоскостей коррекции, что вызвано большим разнообразием конструкций роторов, в том числе межопорных, тем более, если они в осевом отношении несимметричны относительно центра масс, а также в случае отличия расстояний между соответствующими опорами и плоскостями коррекции.

Кроме того, из-за наличия сил сопротивления, вызывающих затухание колебаний рамы балансировочного станка, фазы сигналов индикатора колебаний сдвинуты на угол, отличающийся от 0 или π радиан даже при чисто статической или моментной неуравновешенности ротора. Вследствие этого исключить влияние одной плоскости коррекции на другую полностью нельзя, а можно только ослабить его до какой-то минимальной величины.

Повышение точности балансировки роторов в рассмотренном варианте рамной конструкции станка ограничено также трудностью осуществления регулируемого привода. При измерениях колебаний рамы на выбеге ротора с отключенным приводом частота вращения также является величиной переменной, вследствие чего меняются масштабные коэффициенты дисбаланса.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что в способе определения дисбалансов ротора путем исключения влияния плоскостей коррекции балансируемого ротора друг на друга, заключающемся в том, что ротор устанавливают на опорах статора, установленного, в свою очередь, на шарнирной опоре, расположенной в горизонтальной плоскости, выставляют ось вращения ротора в плоскости горизонта, приводят его во вращение, после чего измеряют колебания статора, ось шарнирной опоры статора совмещают с вертикальной (поперечной) плоскостью, в которой находится центр масс ротора, измерение колебаний статора производят на частоте вращения при балансировке, а о дисбалансе судят из сравнения мгновенных значений параметров, характеризующих колебания статора.

Предлагаемый способ отличается также тем, что ось шарнирной опоры статора совмещают с центром масс ротора.

Предлагаемый способ отличается также тем, что плоскость измерения колебаний статора совмещают с плоскостями коррекции ротора.

Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что в устройстве для балансировки ротора, содержащем статор (рамной конструкции балансировочный станок) с опорами для установки ротора, смонтированный на шарнирной опоре, ось которой перпендикулярна вертикальной плоскости, в которой находится ось вращения ротора, устройство для выставления оси вращения ротора в плоскости горизонта и виброизмерительные преобразователи колебаний статора, шарнирная опора статора распложена таким образом, что соответствующие расстояния от срединных опор ротора до оси шарнирной опоры статора и центра масс ротора равны, а устройство для выставления оси вращения ротора выполнено в виде демпферов, находящихся в контакте с опорной поверхностью статора с возможностью их регулирования по высоте, опорами для которых служат клеено-поджатые пьезоэлементы, расположенные так, что их измерительные оси одинаково ориентированы и находятся в плоскостях коррекции ротора.

Предлагаемое устройство для балансировки ротора отличается от известного также тем, что расстояние от оси вращения ротора до оси шарнирной опоры статора принято таким, что центр масс ротора совпадает с ней.

Предлагаемый способ определения дисбалансов ротора и устройство для его осуществления по сравнению с прототипом существенно упрощают процесс балансировки, повышая его информативность и точность. Совмещение оси шарнирной опоры статора с вертикальной (поперечной) плоскостью, в которой находится центр масс ротора, исключает необходимость перемонтажа ротора и переналадки балансировочного станка, что позволяет свести процесс балансировки к одному пуску ротора. Это, в свою очередь, позволяет определение дисбалансов ротора выполнить на частоте вращения при балансировке, что повышает информативность и точность балансировочного процесса. Выполнение виброизмерительных преобразователей в виде клеено-поджатых пьезоэлементов, расположенных так, что их измерительные оси одинаково ориентированы и находятся в плоскостях коррекции ротора, также повышает точность балансировки, так как разностные сигналы с выходов двух пьезоэлементов вырабатываются в соответствующим образом настроенном электроизмерительном приборе и тем самым исключается необходимость в графоаналитическом пересчете дисбалансов (по ГОСТ 22061-76) из плоскостей измерения в плоскости коррекции.

На фиг.1 изображено устройство для определения дисбалансов ротора предлагаемым способом; на фиг.3 вариант его выполнения, когда центр масс ротора совпадает с осью шарнирной опоры статора.

Особенность предлагаемого способа определения дисбалансов ротора заключается в том, что исключают влияние плоскостей коррекции балансируемого ротора друг на друга на мгновенной (текущей) частоте вращения ротора при балансировке. Для этого ротор устанавливают на опорах статора, а статор устанавливают на шарнирной опоре, расположенной в горизонтальной плоскости; при этом ось шарнирной опоры статора совмещают с вертикальной (поперечной) плоскостью, в которой находится центр масс ротора. Выставляют ось вращения ротора в плоскости горизонта. Приводят ротор во вращение. Измеряют колебания статора на частоте вращения ротора при балансировке. О величине дисбаланса ротора судят из сравнения мгновенных значений параметров, характеризующих колебания статора.

Устройство для балансировки ротора содержит статор 1 с опорами 2 и 3 для установки ротора 1, смонтированный на шарнирной опоре 5, ось которой перпендикулярна вертикальной плоскости, в которой находится ось вращения ротора 4. Шарнирная опора 5 статора 1 расположена таким образом, что соответствующие расстояния от срединных плоскостей опор 2 и 3 ротора 4 до оси шарнирной опоры 5 статора 1 и центра масс ротора 4 равны. Предлагаемая конструкция содержит также устройство для выставления оси вращения ротора 4 в виде демпферов 6 и 7, находящихся в контакте с опорной поверхностью статора 1 с одной стороны и клеено-поджатыми пьезоэлементами 8 и 9, с другой стороны, измерительные оси которых одинаково ориентированы и находятся в плоскостях коррекции I и II ротора 4.

Приводное устройство на фиг.1 и 2 не показано.

Балансировочный процесс в части определения дисбалансов ротора предлагаемым способом осуществляют следующим образом.

Ротор 4 устанавливают в опорах 2 и 3 статора 1. С помощью демпферов 6 и 7, воздействующих на статор, выставляют ось ротора в плоскости горизонта. Смещая шарнирную опору 5 статора относительно ротора в продольной плоскости, совмещают ее ось с плоскостью, в которой находится центр масс ротора. Приводят ротор во вращение (привод на чертеже не показан). По частоте вращения ротора при балансировке (преимущественно стабилизированной) сравнивают амплитуды и фазы вынужденных колебаний статора в плоскостях коррекции ротора, для чего служат выходные сигналы одинаково ориентированных виброизмерительных преобразователей.

Предлагаемый способ определения дисбалансов ротора путем исключения влияния плоскостей коррекции балансируемого ротора друг на друга исключает как необходимость двух пусков (по способу-прототипу), так и связанного с этим перемонтажа ротора; способ некритичен к приводному устройству, так как сравниваются мгновенные значения параметров, характеризующих вынужденные колебания статора, а не вибропараметры, разнесенные во времени двумя пусками (как в способе -прототипе). Не нужны также графоаналитический пересчет дисбалансов (см. например, ГОСТ 22061-76) или аппаратурные коррективы, так как плоскости измерения колебаний статора в предлагаемом способе совмещены с плоскостями коррекции ротора.

Предлагаемый способ определения дисбаланса ротора и устройство для его осуществления могут быть использованы прежде всего при динамической балансировке подвижных систем как двухстепенных, так и трехстепенных гироскопов. Предлагаемое техническое решение является завершающим технологическим процессом комплексного процесса сборки гироскопической системы и представляет по существу процесс компенсации геометрических погрешностей механической обработки и сборки гироскопов как вновь изготовленных, так и прошедших восстановление (реконструкцию).

Формула изобретения

1. Способ определения дисбалансов ротора путем исключения влияния плоскостей коррекции балансируемого ротора друг на друга, заключающийся в том, что ротор устанавливают на опорах статора, установленного на шарнирной опоре, расположенной в горизонтальной плоскости, выставляют ось вращения ротора в плоскости горизонта, приводят его во вращение, после чего измеряют колебания статора, отличающийся тем, что ось шарнирной опоры статора совмещают с поперечной плоскостью, в которой находится центр масс ротора, измерение колебаний статора производят на частоте вращения при балансировке, а о дисбалансе судят из сравнения мгновенных значений параметров, характеризующих колебания статора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ось шарнирной опоры статора совмещают с центром масс ротора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что плоскости измерения колебаний статора совмещают с плоскостями коррекции ротора.

4. Устройство для балансировки ротора, содержащее статор рамной конструкции, балансировочный станок с опорами для установки ротора, смонтированный на шарнирной опоре, ось которой перпендикулярна вертикальной плоскости, в которой расположена ось вращения ротора, устройство для выставления оси вращения ротора в плоскости горизонта и виброизмерительные преобразователи колебаний статора, отличающееся тем, что ось шарнирной опоры и центр масс ротора расположены на равных расстояниях от срединных плоскостей опор статора, устройство для выставления оси вращения ротора выполнено в виде регулируемых по высоте демпферов, установленных между статором и виброизмерительными преобразователями, а последние выполнены в виде клиноподжатых пьезоэлементов, измерительные оси которых одинаково ориентированы и расположены в плоскостях коррекции ротора.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что центр масс ротора расположен на оси шарнирной опоры статора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2