Сложные вещи простыми словами или физика в домашних условиях

Чтобы разобраться с терминами и понять принципы балансировки, совсем не требуется высшего образования, хотя на первый взгляд прочитав любой ГОСТ этого не скажешь.

 

Мало кто догадывается что термины балансировки можно рассматривать на примере обычной стиральной машинки.

 

 

Например: барабан стиральной машины можно смело рассматривать как балансируемый ротор, по сути он и есть ротор консольного типа.

В области балансировки, ротором принято называть любое изделие, подлежащее уравновешиванию.

Консольный ротор — это один из трех существующих типов роторов. Его особенностью является то, что его основная масса находится за пределами одной опоры. В случае со стиральной машинкой опорами являются подшипники, а ротором – барабан.

При балансировке на станке опорами будут выступать виброопоры с роликовыми блоками или призмами.

 

Также бывают двухконсольные роторы. Они отличаются от консольных тем, что у них основная масса вынесена за пределы обоих опор и по форме они напоминают обычную гантель.

Последний тип ротора межопорный, и как вы догадались из его названия, основная масса такого ротора находится между опорами. Классическим примером межопорного ротора является ротор асинхронного электродвигателя, которым оснащены практически все бытовые приборы, в том числе и стиральная машинка.

К слову, ротор асинхронного электродвигателя является ротором типа вал, то есть, его длина раз в 5 больше его диаметра. И при необходимости балансировки для устранения дисбаланса, мы будем использовать минимум  две плоскости коррекции.

Если ситуация обратная и длина ротора от пяти раз меньше его диаметра, то такой ротор называют ротор типа диска. Приемлемых результатов для его уравновешивания можно добиться, используя лишь одну плоскость коррекции. В стиральной машинке тоже есть деталь типа диска, как вы думаете, что это? Правильно, это шкив.

Плоскости коррекции — это определенные, выбранные конструктором или самостоятельно, зоны. Они расположенные на роторе и в них удаляют, добавляют или перемещают материал, для того чтобы уравновесить ротор.

Шкив можно уравновесить разными способами, но как правило, это происходит на станке, хотя бывают и исключения.

Для уравновешивания можно использовать специальный вертикальный станок – это удобнее, или универсальный балансировочный станок с горизонтальной осью вращения. Однако в этом случае балансировка будет выполняться с применением балансировочной оправки, так как у шкива нет собственных опорных поверхностей.

Балансировочная оправка — это идеально сбалансированный вал на котором устанавливают ротор, подлежащий уравновешиванию.

Станки балансировочные можно разделить на три группы: дорезонансные, резонансные и зарезонансные.

Резонансные станки применяются довольно редко, так как определение дисбаланса происходит на резонансной частоте, а это очень непрактично, поэтому его описание мы пропускаем.

Резонансная частота — это частота вращения ротора, при которой происходит резкий рост амплитуды колебаний. Если сказать другими словами — это частота с высоким уровнем вибрации и большими нагрузками на опоры (подшипники), сам ротор и всю конструкцию.

Дорезонансные станки имеют большую жёсткость опор, что позволяет производить балансировку на низких частотах, не доходя до резонансной частоты, это очень удобно. Станки данной группы очень популярны.

Зарезонансные станки — это станки, которые производят балансировку ротора на частотах выше резонансной частоты.

 

Итак, с оборудованием и типами роторов мы вроде бы разобрались, пора переходить к самой балансировке.

Представьте ситуацию, что в барабан стиральной машинки, изначально уравновешенный на заводе производителе, мы положили теннисный мячик (так написал в инструкции по стирке изготовитель нашей любимой куртки с пухом канадского гуся). В данном случае ротор перешёл из уравновешенного состояния в состояние неуравновешенности.

Мячик в этой ситуации можно смело называть неуравновешенной массой, а радиус-вектор от оси вращения до его центра масс — эксцентриситетом массы. Т.е. добавление мячика привело к появлению начального дисбаланса.

Значением начального дисбаланса в данном случае будет произведение расстояния от оси вращения до центра масс мячика на массу мячика. Формула выглядит таким образом: D=R*M

 

Отбалансировать ротор — значит определить положение и величину начального дисбаланса и устранить, точнее компенсировать, его.

Какие варианты могут быть в нашем случае:

Первое — изъять мячик. Это будет называться коррекция дисбаланса удалением масс.

Но как же любимая куртка?! К слову она может стоить дороже стиральной машины. Тогда остается второе — поставить такой же мячик с противоположной стороны —  это уже будет коррекция дисбаланса, но методом добавления масс, а второй мячик при этом будет называться корректирующая масса.

Или третье: если мячиков несколько – предположим три, распределить их по окружности так, чтобы их дисбалансы компенсировали друг друга. Для трёх одинаковых мячиков угол между ними должен быть  в 1200. Называется это коррекция дисбаланса методом перемещения масс.

Если  во втором случае мячики  будут отличаться по массе или по объёму, ротор может быть не полностью уравновешен, причём оставшийся дисбаланс будет называться остаточным дисбалансом. Тогда нужно принять решение устранять остаточный дисбаланс или закончить балансировку, так как величина вибрации может быть допустимой для эксплуатации данного ротора. Если величина вибрации ещё приемлемая — остаточный дисбаланс называют допустимым дисбалансом.

Для определения приемлемой величины дисбаланса, роторы делят на классы точности балансировки, которые можно определить из ГОСТ 1940-1-2007.

 

Главная центральная ось инерции — это простыми словами такая ось, при вращении  вокруг которой ротор будет уравновешен.

Именно из-за того, что ось инерции не совпадает с осью вращения ротора, возникает дисбаланс, вибрация и прогибы ротора. Радиус-вектор смещения оси инерции относительно оси вращения ротора называют эксцентриситетом (центра масс)  ротора.

Произведение эксцентриситета  ротора на массу ротора – есть главный вектор дисбалансов ротора. Он также равен векторной сумме всех дисбалансов ротора.

Проще говоря, эту величину можно назвать дисбалансом ротора. ГОСТ 1940-1-2007 нормирует удельный дисбаланс. Что это такое и зачем это нужно? Давайте разберёмся.

Удельный дисбаланс — это отношение дисбаланса ротора к массе ротора. Берём массу нашего мячика, умноженную на расстояние от оси вращения до центра масс мячика (D=R*M – других дибалансов у нас нет), и делим на массу барабана. Если мячик мы взвесим в граммах, радиус барабана измерим в миллиметрах, а массу барабана возьмем в килограммах и вспомним, что 1000 мм – это метр и 1000 гр – это килограмм, то получим величину удельного дисбаланса в микронах:

гр*мм/кг= гр*м/1000/1000гр= м/1 000 000 = м* 10-6 = мкм гр*мм/кг = мкм

Это и есть величина смещения оси инерции относительно  оси вращения ротора!

 

И зачем это нужно? Зная эту величину мы можем судить о неуравновешенности разных роторов. В нашем случае о неуравновешенности барабана стиральной машинки наших друзей, даже если они живут в Австралии.

 

Неуравновешенность  может быть разных видов и сейчас мы их разберём. Оси – это прямые, а  взаимное расположение прямых в пространстве может быть трёх видов:

  1. Оси параллельны

Статическая неуравновешенность ротора

  1. Оси пересекаются в центре масс ротора

Моментная неуравновешенность ротора

  1. Оси скрещиваются или пересекаются не в центре масс

Динамическая неуравновешенность ротора

Динамическая неуравновешенность содержит в себе статическую и моментную неуравновешенность.

Определение моментной и динамической неуравновешенности происходит при вращении на балансировочном станке, статическую неуравновешенность можно в некоторых случаях устранять на специальных стендах.

Надеемся, мы внесли ясность в непростые термины используемые при балансировке, однако если вы желаете более детально изучить этот вопрос, мы рекомендуем изучить ГОСТ 19534-74.

 

Желаем удачи в трудовой деятельности!