Способ динамической балансировки роторов

 

Использование: технология машиностроения, а именно, способы динамической балансировки преимущественно жестких межопорных роторов, эксплуатируемых на перемежающихся частотах вращения, в частности, в электромашинных генераторах тока специального назначения. Сущность изобретения: способ балансировки заключается в том, что вал ротора устанавливают на шарикоподшипниковых опорах, вращают ротор и одновременно измеряют амплитуду и фазу колебаний вала ротора, перед установлением стабильной прямой синхронной прецессии геометрической оси ротора вокруг геометрической оси опор поочередно в одной из шарикоподшипниковых опор выбирают зазоры, а амплитуду и фазу колебаний вала ротора на частоте прецессии замеряют для другой шарикоподшипниковой опоры.

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к способам динамической балансировки преимущественно жестких межопорных роторов, эксплуатируемых на перемежающихся частотах вращения, в частности, в электромашинных генераторах тока специального назначения.

Известен способ динамической балансировки роторов, заключающийся в том, что ротор устанавливают на опоры, ротор вращают вокруг его геометрической оси и дополнительно вокруг оси, параллельной основной оси вращения, одновременно измеряют абсолютные амплитуды и фазы колебаний вала ротора /1/.

Устройство, реализующее описанный способ, содержит балансируемый ротор, вращаемый вокруг основной оси на столе, установленном на основной опоре. Основная опора, соединенная с основным управляемым двигателем, закреплена на периферии дополнительного ротора, установленного в дополнительной опоре и имеющего собственный управляемый двигатель. Оси вращения основной и дополнительной опор параллельны.

Устройство содержит также измерительный и стробоскопический блоки.

Способ применим преимущественно для статической балансировки роторов в динамическом режиме. Недостатком способа является также большая трудоемкость при подготовке и проведении балансировки роторов из-за сложности устройства, реализующего способ.

Наиболее близким к заявленному является способ балансировки роторов в динамическом режиме, заключающийся в том, что вал ротора устанавливают на опоры, вращают вокруг его геометрической оси и измеряют амплитуду и фазу колебания вала ротора, после чего повышают частоту вращения ротора до частоты установления стабильной прямой синхронной прецессии геометрической оси ротора вокруг геометрической оси опор, одновременно измеряя амплитуду и фазу колебаний вала ротора; дисбаланс ротора определяют по изменению замеренных амплитуды и фазы колебаний вала ротора и при соответствующем вращении ротора вокруг геометрической оси опор и его геометрической оси /2/.

Недостатком способа является его ограниченная точность из-за того, что взаимное влияние зазора в одной опоре на работу другой опоры с зазором не устраняется.

Целью изобретения является повышение точности динамической балансировки роторов.

Указанная цель достигается тем, что в отличие от известного способа, состоящего в установке вала ротора на опоры, вращении ротора вокруг его геометрической оси и одновременном измерении амплитуды и фазы колебаний вала ротора, и повышении частоты вращения ротора до частоты установления стабильной прямой синхронной прецессии геометрической оси ротора вокруг геометрической оси опор и повторном измерении амплитуды и фазе колебаний вала ротора, определении дисбаланса ротора по изменению замеренных амплитуды и фазы колебаний вала ротора, в качестве опор используют шарикоподшипники, перед повышением частоты вращения ротора поочередно в одной из шарикоподшипниковых опор выбирают зазоры, а амплитуду и фазу колебаний вала ротора замеряют для другой шарикоподшипниковой опоры.

При вращении несбалансированного ротора геометрическая ось ротора под действием центробежной силы, совершает прецессионное движение, описывая поверхность вращения в пределах рабочих радиальных зазоров опор. При прямой синхронной процессии частота вращения геометрической оси ротора вокруг прямой, проходящей через центры подшипников, совпадает с абсолютной частотой вращения ротора. Расстояние между абсолютной и относительной осями вращения ротора / в срединных плоскостях шарикоподшипников/ ограничено рабочим радиальным зазором соответствующей опоры.

Экспериментальная проверка способа выполнена на контрольном роторе, приводившимся во вращение от вала фрикциона /Ф-1/ контрольной тахометрической установки /КТУ-1М/ посредством торцового соединения валов вакуумным шлангом. Межопорной контрольный ротор представляет собой вал, вращающийся в двух подшипниках качения, с закрепленным в среднем сечении дебалансным диском.

Измерительная система устройства, реализующего предлагаемый способ, содержала стандартизованные первичные и вторичные контрольно-измерительное преобразователи и согласующие устройства и обеспечивала диагностику системы функционирования устройства и вибродиагностику подшипниковых узлов контрольного ротора.

Вращая ротор в собственных шарикоподшипниках с исходными зазорами с частотой прямой прецессии, одновременно измеряют пиковые амплитуды A₀₀ и B₀₀ колебаний вала ротора соответственно со стороны левой и правой опор. Затем одну из шарикоподшипниковых опор /например, правую/ делают беззазорной при исходном радиальном зазоре левой опоры. Вращая ротор вокруг геометрической оси с частотой, при которой устанавливается прямая синхронная прецессия геометрической оси ротора вокруг геометрической оси опор, измеряют пиковую амплитуду A₀₁ и фазу α_A колебаний вала ротора со стороны левой опоры. По этим данным строят векторный треугольник амплитуд колебаний вала ротора, из которого находят пиковую амплитуду A₁₁ от действия дисбаланса со стороны левой опоры. Угол между векторами A₀₀ и A₁₁ определяет место положения дисбаланса со стороны левой опоры относительно ориентации пиковой амплитуды A₀₁.

Восстановив исходный радиальный зазор правой опоры, делают беззазорной левую опоры. После соответствующего вращения ротора и одновременного измерения амплитуды и фазы колебаний вала ротора со стороны правой опоры графоаналитическим методом аналогично находят B₁₁, β_B и место положения дисбаланса со стороны правой опоры.

Таким образом, для двухплоскостной динамической балансировки межопорных роторов данным способом теоретически требуется три пуска машины без установки пробных грузов в плоскости коррекции.

Технико-экономическая эффективность способа заключается в упрощении и ускорении процесса динамической балансировки роторов при высокой точности балансировки и подтверждена сравнительным анализом условий подготовки, длительности проведения и класса точности динамической балансировки роторов способом прототипом и предлагаемым способом.

Сравнительный анализ способов выполнен с применением методов математической статистики над большим числом экспериментальных результатов, полученных в процессе балансировки конструктивно различных жестких межопорных роторов специального назначения.

Таким образом, изобретение позволяет упростить и ускорить процесс динамической балансировки роторов при высокой точности балансировки.

Формула изобретения

Способ динамической балансировки роторов, заключающийся в том, что вал ротора устанавливают на опоры, вращают ротор вокруг его геометрической оси и измеряют амплитуду и фазу колебаний вала ротора, затем частоту вращения ротора повышают до частоты установления стабильной прямой синхронной прецессии геометрической оси ротора вокруг геометрической оси опор, вновь измеряют амплитуду и фазу колебаний вала ротора и определяют дисбаланс ротора по изменению замеренных амплитуды и фазы колебаний вала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности балансировки, в качестве опор используют шарикоподшипники, перед повышением частоты вращения ротора поочередно в одной из шарикоподшипниковых опор выбирают зазоры, а амплитуду и фазу колебаний вала ротора замеряют для другой шарикоподшипниковой опоры.