Проектування деталей збірки стенду в SolidWorks

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Балансування коліс - процес зменшення до прийнятного рівня дисбалансу колеса, диска, маточини, кріплення колеса і елементів підвіски. Практично в 100% випадків центр мас колеса не збігається з геометричним центром. Відповідно, таке колесо при русі викликає підвищену вібрацію транспортного засобу, що приводить як до зниження комфорту (тряска, шум), так і до зносу рульового управління і елементів підвіски колеса, збільшує знос шини. Без балансування коліс неможливе забезпечення комфорту і безпеки на дорозі. Незбалансоване колесо викликає підвищену вібрацію, призводить до зносу рульового управління і елементів підвіски колеса, збільшує знос шини. Балансування зменшує вібрацію підвіски колеса і збільшує термін служби шини.

У разі, коли колесо не урівноважене у всіх осях симетрії, виникають неврівноважені відцентрові сили з різними векторами додатки, що створює вібрацію колеса і різноспрямовані навантаження на маточину. Це, у свою чергу, призводить до наступних наслідків:

- Несучі вузли підвіски набагато швидше, а при істотному збільшенні таких навантажень може виникнути навіть загроза раптового руйнування вузлів;

- Вібруючий колесо має значно гірше зчеплення з дорогою (нестабільне пляма контакту), що призводить до гіршої керованості і збільшення гальмівного шляху;

- Нерівномірність навантаження на протектор в наслідок вібрації колеса призводить до істотного зниження ресурсу шини;



1. ОСНОВИ БАЛАНСУВАННЯ

1.1 Основні поняття

У балансувальної техніці застосовуються терміни з різних галузей науки, техніки і виробництва. Єдина термінологія сприяє правильному розумінню вирішуваних завдань при балансуванні та зменшення помилок у роботі. Наведені нижче визначення термінів можуть бути при необхідності змінені за формою, але при цьому не повинен порушуватися сенс поняття.

Механіка

Механічний рух - зміна положення тіла відносно інших тіл. Механічний рух визначається траєкторією, пройденим шляхом, швидкістю і прискоренням.

Скалярна величина - величина, кожне значення якої може бути виражене одним числом.

Векторна величина - величина, яка крім чисельного значення має напрямок.

Інерція - явище збереження швидкості руху тіла або стану спокою при відсутності дії інших яких-небудь сил.

Маса - міра інертності і гравітаційних властивостей тіла.

Сила - векторна величина, що служить мірою механічної взаємодії тіл. У природі і техніці діють сили тяжіння, пружності, тертя і інші сили.

Момент сили - механічна величина, що дорівнює добутку сили на відстань від точки прикладання сили до заданої точки (полюса) або осі.

Коливання - процес почергового зростання та спадання, зазвичай у часі, якої величини.

Механічні коливання - коливання значення кінематичної або динамічної величини. Механічні коливання визначаються часом, амплітудою, фазою, кутовий частотою. Механічні коливання бувають вільні, вимушені, резонансні і ін.

Вібрація - рух точки або тіла, при якому відбуваються коливання характеризують його скалярних величин. Вібрація характеризується вібропереміщень, віброшвидкостей, віброприскорень, віброперегрузкой.

Обертальний рух навколо осі - рух, при якому всі точки, рухаючись в паралельних площинах тіла, описують кола з центрами, що лежать на одній прямій, перпендикулярній до площини цих кіл і званої віссю обертання. Обертання визначається кутом повороту, кутовий швидкістю, кутовим прискоренням.

Момент інерції тіла відносно осі - величина, що є мірою інертності тіла в обертальному русі навколо цієї осі.

Ротор - тіло, яке при обертанні утримується своїми несучими поверхнями в опорах. У балансувальної техніці ротори ділять на класи: жорсткі, пружно деформуються, гнучкі та ін.

Несуча поверхня ротора - поверхні цапф або поверхні, які їх замінюють. Несуча поверхня ротора передає навантаження на опори через підшипники ковзання або кочення.

Неврівноваженість і дисбаланс

Неврівноваженість - стан ротора, що характеризується таким розподілом мас, яке під час обертання викликає змінні навантаження на опорах ротора і його вигин. Неврівноваженість жорсткого ротора буває статична, моментна, динамічна, квазістатична. Неврівноваженість гнучкого ротора буває по п-й формі вигину.

Ексцентриситет маси - радіус-вектор центрі розглянутої маси щодо осі ротора.

Точкова неврівноважена маса - умовна точкова маса із заданим ексцентриситетом, що викликає під час обертання ротора змінні навантаження на опорах і його вигин.

Дисбаланс - векторна величина, що дорівнює добутку неврівноваженої маси на її ексцентриситет. Дисбаланс повністю визначається значенням і кутом.

Коригуюча маса - маса, використовувана для зменшення дисбалансів ротора.

Площина корекції, приведення, вимірювання - площина, перпендикулярна осі ротора, в якій розташований центр коригувальних мас, задають дисбаланс, вимірюють дисбаланс.

Початковий і залишковий дисбаланс - дисбаланс у розглянутій площині, перпендикулярній осі ротора, до і після коригування мас.

Допустимий дисбаланс - найбільший залишковий дисбаланс у розглянутій площині жорсткого ротора або дисбаланс по п-й формі вигину гнучкого ротора, який вважається прийнятним.

Технологічний дисбаланс - різниця значень залишкових дисбалансів в одних і тих же площинах ротора, виміряних для виробу в зборі і для складальної одиниці ротора.

Експлуатаційний дисбаланс - різниця значень залишкових дисбалансів в одних і тих же площинах ротора, виміряних на виробі в зборі до початку його експлуатації і після того, як воно виробило весь заданий технічний ресурс або ресурс до ремонту, що передбачає балансування.

Балансування

Балансування - процес визначення значень і кутів дисбалансів ротора і зменшення їх коригуванням мас.

Низькочастотна балансування - балансування на такій частоті обертання, при якій балансується ротор ще можна розглядати як жорсткий.

Високочастотний балансування - балансування на такій частоті обертання, при якій балансується ротор вже не може розглядатися як жорсткий.

Балансування на місці - балансування ротора у власних підшипниках і опорах без установки на балансувальний верстат.

Статичне балансування - балансування, при якій визначається і зменшується головний вектор дисбалансів ротора, що характеризує його статичну неврівноваженість.

Моментне балансування - балансування, при якій визначається і зменшується головний момент дисбалансів ротора, що характеризує його моментну неврівноваженість.

Динамічне балансування - балансування, при якій визначаються і зменшуються дисбаланси ротора, що характеризують його динамічну неврівноваженість.

Балансування по п-й формі вигину - балансування гнучких роторів у заданому діапазоні частот обертання для зменшення змінних навантажень на опорах ротора і його вигину, викликаних неврівноваженістю по п-й. формі вигину.

Засоби балансування

Балансувальний верстат - верстат, що визначає дисбаланси ротора для зменшення їх коригуванням мас.

Верстат для статичного балансування - балансувальний верстат, визначає головний вектор дисбалансів за допомогою сил тяжіння на необертовому роторі або на обертовий ротор.

Верстат для динамічного балансування - балансувальний верстат, що визначає дисбаланси на обертовий їм роторі.

Розгону-балансувальний стенд - балансувальний верстат, що визначає навантаження на опорах ротора і вигин його осі на обертовий їм гнучкому роторі при високочастотної балансуванню.

Балансувальний комплект - вимірювальні прилади, що дозволяють отримати інформацію про дисбаланси ротора при його балансуванню на місці.

Балансировочна оправлення - збалансований вал, на який монтують підмет балансуванню виріб.

Балансировочна рамка - пристосування для верстата балансування, на яке встановлюють підмет балансуванню виріб.

Контрольний ротор - ротор, який застосовується для перевірки верстата балансування.

Тарувальний ротор - один з серійних роторів, використовуваний для тарування верстата балансування.

Налаштування верстата балансування - процес, що включає механічну регулювання приводу ротора, установку пристосувань, поділ площин корекції, тарування вимірювального пристрою.

Поріг чутливості верстата балансування за значенням і кути дисбалансу - найменша зміна значення і кута дисбалансу, яке може виявити і показати балансувальний верстат в заданих умовах. Балансування коліс - процес зменшення до прийнятного рівня дисбалансу колеса, диска, маточини, кріплення колеса і елементів підвіски.

Балансування - процес визначення значень і кутів дисбалансів колеса і зменшення їх корегуванням мас.

Дисбаланс - векторна величина, що дорівнює добутку неврівноваженої маси на її ексцентриситет. Дисбаланс повністю визначається значенням і кутом.

Корегуюча маса - маса, використовувана для зменшення дисбалансів колеса.

Площина корекції - площина, перпендикулярна осі ротора, в якій кріплять або усувають корегуючі маси.

Площина приведення - площина, перпендикулярна осі ротора, в якій задають дисбаланс шляхом закріплення контрольних вантажів для визначення показників точності балансувальних верстатів і контролю якості балансування ротора.

Площина виміру - площина, перпендикулярна осі ротора, в якій проводиться вимірювання.

Початковий і залишковий дисбаланс - дисбаланс у розглянутій площині, перпендикулярній осі ротора, до і після корегування мас.

Допустимий дисбаланс - найбільший залишковий дисбаланс у розглянутій площині жорсткого ротора, який є прийнятним.

Статичне балансування - балансування, при якому визначається і зменшується головний вектор дисбалансів колеса, що характеризує його статичну неврівноваженість.

Моментне балансування - це балансування, при якому визначається і зменшується головний момент дисбалансів колеса, що характеризує його моментну неврівноваженість.

Дінамічне балансування - балансування, при якому визначаються і зменшуються дисбаланси колеса, що характеризують його динамічну неврівноваженість.

Балансувальний верстат - верстат, що визначає дисбаланси колеса для зменшення їх корегуванням мас. Є необхідним технологічним обладнанням для проведення динамічного балансування і статичного в динамічному режимі.

1.2 Основи балансування

дисбаланс soldworks підшипник стенд

Балансування коліс з використанням точного балансування обладнання має велике значення, так як в обертовому колесі (в той момент, коли центр маси колеса не збігається з його геометричним центром), виникають відцентрові сили, які передають підвищену вібрацію на кузов транспортного засобу, викликають нерівномірний знос шин і вихід з ладу підвіски, а так само поломки в ходової частини автомобіля. В даний час, балансувальні верстати здатні працювати з дисками будь-яких конструктивних особливостей, діаметрів і ширини. У сучасному балансувальне обладнанні, як правило, передбачено безліч режимів роботи, які контролюються вбудованим комп'ютером. Хоча балансувальні стенди поділяють на стенди для легкових і вантажних автомобілів, вантажної балансувальний верстат часто є універсальним і має можливість роботи з легковими колесами.

Конструктивно всі балансувальні стенди практично однакові, тому що вони покликані виконувати одну задачу - визначати биття колеса.

Стенди для балансування коліс різняться:

- продуктивністю;

- розміром і вагою обслуговуваних коліс;

- має стенд дисплей або монітор;

Продуктивність верстата балансування має кілька складових.

- Час на установку колеса в основному визначається типом притискної гайки.

Можна використовувати просту гайку, швидкознімну і автоматичну-силову (Power Clamp). Різниця в часі установки колеса залежно від типу гайки може становити до 10 секунд:

- Час введення параметрів колеса залежить від способу введення.

Найшвидший - з використанням електронної лінійки. Електронна лінійка дозволяє за один рух виміряти відстань і діаметр колеса, що дозволяє заощадити близько 10 сек. У деяких моделях є друга електронна лінійка, вимірююча ширину. У найдорожчих імпортних моделях є система сканерів, автоматично визначає всі параметри коліс і відображає їх додатково в графічному вигляді;

- Кількість циклів вимір або встановлення (коригування) вантажів для досягнення збалансованості колеса має найбільший вплив на загальний час. Це залежить від комплексу параметрів верстата: точності вимірювання дисбалансу, точності визначення геометрії площин корекції, точності установки вантажів. Причому, найбільші проблеми викликають литі диски.

Автомобільне колесо, будучи деталлю обертання, повинно мати симетричну форму, тобто все тічки його поверхні в перетинах повинні бути рівновіддалені від осі обертання і центр ваги його повинен лежати на цій осі. Колесо вважають врівноваженим, якщо вісь його обертанняня одночасно є і главней центральною віссю інерції. Проте елементи колеса мають певні допуски - тому після складання вона не симетрично і не урівноважене.

Статичної неврівноваженістю вважається така, при якій головна центральна вісь інерції колеса паралельна осі обертання, але не збігається з нею / рис.3.1 /. У цьому випадку сила тяжіння неврівноваженої маси mH створює обертаючий момент GН • z. За наявності такий неврівноваженості вільно встановлене на осі колесо буде зберігати стан спокою тільки в тому випадку-коли неврівноважена маса займає крайнє від неї положення. Для того, щоб врівноважити колесо статично, тобто привести його в такий стан, при якому центр ваги буде розташований на осі обертання, потрібно з діаметрально протилежного боку колеса встановити врівноважує вантаж Gy з таким розрахунком, щоб момент GН • z врівноважувався моментом Gy • z1 . Таке урівноваження називається статичним балансуванням. Gy • z1 характеризує і вимірює величину статичної неврівноваженості і називається статичним дисбалансом. Зазвичай вага неврівноваженість маси виражають у грамах, а відстань від осі обертання до центра ваги неврівноваженої маси - в сантиметрах.

Динамічний дисбаланс на відміну від статичної може бути виявлений лише при обертанні колеса. Він обумовлений нерівномірністю розподілу маси по ширині колеса. У динамічно неврівноваженого колеса вісь обертання проходить через його центр ваги і становить деякий кут з його головною центральною віссю інерції. У цьому випадку неврівноважені маси колеса приводяться до двох мас mH, лежачим в діаметральної площині / рис. 2. При обертанні колеса в містах розташування центрів тяжіння неврівноваженої маси виникають відцентрові сили Рс. Ці сили, діючи в протилежних напрямках, створюють пару сил, момент якої буде

М = Рс • а

Він характеризує величину динамічного дисбалансу.



Рис. 1.1 - Схема статичної неврівноваженості колеса: а) колесо, що має статичний дисбаланс; б) схема статичного балансування

Рис. 1.2

Для досягнення динамічної рівноваги необхідно на закраїнах ободу в площині дії зазначений вище пари сил з внутрішньої і зовнішньої сторони закріпити урівноважені важки, що створили відцентрові сили Рс', що врівноважують момент від сил Рс. Динамічний дисбаланс зазвичай підвищується з збільшенням ширини колеса.

У загальному випадку колесо має статично і динамічний дисбаланс. Колесо, врівноважене динамічним способом, є і статично врівноваженим. Тому спосіб динамічного балансування коліс являється найбільш загальним і кращим.

Дисбаланс автомобільних коліс надає безпосередній вплив на безпеку руху і паливну економічність автомобіля, а також є причиною підвищеної інтенсивності зносу шин.

При обертанні незбалансованого колеса безперервно змінюється положення неврівноваженої маси важкого меса покришки у вертикальній площині. У момент, коли важке місце знаходяться внизу, відцентрова сила притискає колесо до землі, що викликає підвищений знос протектора.

У горизонтальній площині, що проходить через вісь колеса, центробіжних сила прагне повернути колесо близько шкворня в одному, а через пів-обороту в протилежному напрямку, що утрудняє управління автомобілем.

Експериментально встановлено, що місцевий знос протектора в області важкого місця покришки спостерігається і на автомобілі зі збалансованими колесами. Це означає, що балансування коліс шляхом навішування балансувальних тягарців на обід колеса не усуває нерівномірного зносу шин, обумовленого наявністю важкого місця у покришков. У процесі експлуатації збалансованіванність таких коліс порушується. Особливо інтенсивна зміна дисбалансу відмічається в перші 8000 - 10000 км. пробігу.

1.3 Початкові формули балансування

де:

- Вектор вихідної вібрації в точці А,

- Вектор вихідної вібрації в точці B,

- Коефіцієнт впливу 1-й площині на точку А,

- Коефіцієнт впливу 1-й площині на точку В,

- Коефіцієнт впливу 2-й площині на точку А,

- Коефіцієнт впливу 2-й площині на точку В,

- Вантаж дисбалансу в 1-й площині,

- Вантаж дисбалансу в 2-й площині.

Знаменник позначимо рядкової латинською літерою

Знаменник - є різниця творів коефіцієнтів впливу. Якщо знаменник близький до нуля, то виникає проблема коректності вибору балансувальних площин. Одна з причин низької балансируємого об'єкта носить назву «злиття балансувальних площин».

1.4. Методи балансування

Існує три основні методи балансування деталей:

Цангові патрони з балансувальними кільцями

* Висвердлювання - у потрібних місцях свердлять отвори, для перерозподілу маси. Найбільш простий спосіб.

* Регулювальні гвинти - робиться отвір в яке можуть встановлюватися гвинти при необхідності. Дозволяє міняти розподіл маси неодноразово, чим вигідно відрізняється від попереднього способу.

* Метод балансувальних кілець - застосовується в основному до оправках фрезерних верстатів. На оправці при цьому кріпляться два кільця мають на зовнішній поверхні ексцентрикову форму. Вони можуть обертатися навколо осі оправлення і фіксуються гвинтом. Таким чином кожне кільце створює дисбаланс, який компенсує власний дисбаланс оправлення та інструменту. Кільця можуть бути знімними або знімними. Найбільш прогресивний метод для фрезерної обробки. Недоліком є необхідність використання спеціальних і як правило дорогих оправлень.

Балансування коліс - процес зменшення до прийнятного рівня дисбалансу колеса, диска, маточини, кріплення колеса і елементів підвіски.

Для балансування коліс легкового, вантажного і мотоциклетного автотранспорту застосовується балансувальний верстат, що дозволяє визначити місця на ободі, в які потрібно додати важки. В якості балансувального грузика використовуються різні види спеціальних грузиків, виготовлених із свинцю або цинку, які кріпляться надіске колеса зовні і всередині.

Автоматичне балансування колеса в процесі руху, так звана - внутрішня балансування колеса. В якості балансувального матеріалу застосовуються дрібний пісок, різні порошки й мікробісер - балансувальні гранули. Балансування колеса здійснюється шляхом взаємодії відцентрової сили обертового колеса і вібрації підвіски колеса. Основною перевагою балансувальних гранул є електростатичні властивості застосовуваного матеріалу, які надійно притягуються до внутрішньої поверхні шини, тим самим врівноважуючи дисбаланс колеса.

Корекція дисбалансу виробляється додаванням / видаленням маси або переміщенням осі ротора. Обраний метод корекції повинен гарантувати, що є вільний простір для додавання / видалення матеріалу достатнього для ліквідації дисбалансу, максимально можливого для цього виробу. Ідеальний метод корекції увазі знаходження найменшого початкового дисбалансу. Однак цього часто важко досягти.

Звичайні методи зниження дисбалансу дозволяють досягти зниження величини дисбалансу у співвідношенні 10/1 за один пуск при ретельній настройці верстата.

Корекція шляхом додавання маси, особливо на повністю автоматичних машинах може досягати співвідношення 20/1 за один пуск. Якщо за один пуск вдається досягти достатнього рівня дисбалансу, то проводиться наступний пуск і т.д.

Корекція додаванням маси

1. Додавання двокомпонентного епоксидного складу. Недолік цього методу полягає в тому, що важко розташувати складу так, щоб його центр ваги виявився точно в потрібному місці.

2. Додавання стандартних грузиків. Цей метод швидкий, але його застосування обмежене тим, що крок мас грузиків досить великий і тому не вдається досягти достатньої точності.

3. Додавання ваги способом зварювання, тобто нанесенням розплавленого металу на поверхню ротора в потрібному місці. При цьому повинні бути вжиті заходи для запобігання температурної деформації та пошкодження ротора.

Видалення маси

1. Свердління. Матеріал віддаляється з ротора свердлінням, яке виробляється на певну глибину. Це найбільш ефективний метод корекції дисбалансу.

2. Фрезерування. Матеріал віддаляється фрезеруванням на певну глибину і довжину. Застосовується коли необхідно видаляти досить великі маси.

3. Шліфування. Матеріал віддаляється шліфувальним колом. Цей метод досить рідко застосовується.



Одиниці дисбалансу

Рис. 1.3

Дисбаланс вимірюється граммомілліметрах. Це маса, помножена на відстань цієї маси від осі обертання чи інакше радіус цієї маси. Дисбаланс 100 г * мм, наприклад, означає, що одна сторона ротора має еквівалент надлишку маси 10 грам на відстані 10 міліметрів, або 20 грам на відстані 5 міліметрів. На наступному малюнку зображений ротор (вид збоку) з дисбалансом 100 г * мм.

Одна і та ж маса створює різний дисбаланс в залежності від її відстані до осі обертання. При визначенні дисбалансу просто множать масу на її відстань до осі обертання чи інакше на радіус цієї маси. Хоча одна і та ж маса створює один і той же дисбаланс при будь-якій швидкості обертання, але для різних обертових тіл допустимий залишковий дисбаланс різний.

Як правило, чим вище швидкість обертання ротора, тим менший залишковий дисбаланс допускається і навпаки. За відсутності дисбалансу більше не виникатиме відцентрова сила, яка і створює вібрацію. Деякий залишковий дисбаланс завжди залишається і з цим доводиться миритися, як, наприклад, з полем допуску при механічній обробці.

Методи балансування класифікують за низкою ознак:

- За призначенням - балансування деталей, жорстких, квазігібкіх і гнучких роторів у зборі, роторів на місці установки;

- За частотою обертання ротора при балансуванні - без обертання деталі, низькочастотна і високочастотна балансування;

- За кількістю площин корекції - одне, двох-і багатоплощинна балансування;

- По вимірюваному параметру при балансуванні - з вимірюванням амплітуди, фази, амплітуди і фази переміщення, віброшвидкості, віброприскорення, зусилля в опорах, напружень в роторі;

- За кількістю вимірюваних параметрів при балансуванні - один, два, більше двох параметрів;

- За способом коригування мас - додаванням, зменшенням або переміщенням коригувальних мас;

- За способом, знаходження залежності дисбалансів у площинах корекції від вимірюваних параметрів - експериментальний (метод пробних пусків), розрахунковий, експериментально-розрахунковий.

До методів балансування деталей відноситься статичне балансування без обертання деталі і динамічна низькочастотна балансування в одній або двох площинах корекції.

Основними методами балансування жорстких роторів у зборі є методи низькочастотної динамічного балансування в одній або двох площинах корекції. Залежності дисбалансів у площинах корекції від вимірюваних параметрів встановлюють методом пробних пусків або шляхом попереднього розрахунку.

Методи низькочастотної балансування квазігібкіх роторів відрізняються від методів низькочастотної балансування жорстких роторів тим, що дисбаланси у площинах корекції встановлюють за певним законом. Для роторів з відомим розподілом дисбалансів застосовують методи балансування по головному вектору і головного моменту. При цьому використовують дві або три площини корекції. Ротори з невідомим розподілом дисбалансів балансують в багатьох площинах корекції, розподіляючи коригувальні маси по довжині ротора пропорційно, зсуву осі ротора щодо головної центральної осі інерції або іншому закону.

Методи балансування гнучких роторів вимагають високої частоти обертання, багатьох площин корекції і вимірювання переміщень ротора в декількох перетинах і вібрацій опор. Залежності дисбалансів у площинах корекції знаходять експериментальним і експериментально-розрахунковим способами.

Для досягнення 1-го і 2-го класів точності балансування жорстких і квазігібкіх роторів застосовують метод, високочастотної балансування роторів на місці установки. Як правило, балансування проводять в одній або двох площинах корекції методом пробних пусків за вимірюваннями амплітуд вібрацій корпусу або опорних стійок. Високочастотну балансування гнучких роторів на місці установки виконують експериментально-розрахунковими методами.

Досконалість методу балансування визначається значенням досяжного залишкового дисбалансу в площині корекції, коефіцієнтом зменшення дисбалансу за одну коригування мас і тривалістю балансування.

Вибір методу балансування залежить від технічних вимог на балансування, організаційних та економічних умов даного виробництва. Метод балансування вибирають на стадії проектування ротора, доводочних випробуваннях і технологічної підготовки виробництва.

Засоби балансування поділяють на:

- Технологічне обладнання (у тому числі контрольне та випробувальне);

- Технологічну оснастку (у тому числі інструменти та засоби контролю);

- Засоби механізації та автоматизації виробничих процесів.

До технологічного обладнання для реалізації процесу балансування відносять: балансувальні та металорізальні верстати та інше обладнання.

Балансувальний верстат - верстат, за допомогою якого визначають і зменшують дисбаланси ротора, їх класифікують за такими ознаками:

- За призначенням - для статичної та динамічної балансування;

- За режимом роботи - дорезонансние, зарезонансного і резонансні;

- За видом приводу обертання балансируемого ротора - з приводним валом, приводним ременем, власним приводом вироби; -

- За оснащеністю засобами коригування мас - забезпечені засобами коригування мас, вимірювальні;

- За рівнем автоматизації - з ручним управлінням, напівавтомати, автомати і автоматичні лінії верстатів;

- За паспортним порогу чутливості - нормальної і підвищеної точності.

На верстаті для статичного балансування можна визначити головний вектор дисбалансів ротора:

1) за допомогою сили тяжіння на необертовому роторі;

2) на роторі, що обертається (у динамічному режимі).

На верстатах першого типу вісь неврівноваженого ротора під дією сил тяжіння переміщається щодо нерухомої точки, осі і т. п. або ротор повертається навколо своєї осі. Верстати для статичного балансування в динамічному режимі аналогічні верстатів для динамічного балансування.

На верстатах для динамічного балансування неврівноважений ротор обертається з постійною частотою в спеціальних опорах. Залежно від режиму роботи обертання відбувається навколо головної центральної осі інерції ротора (зарезонансного верстат) або осі ротора (дорезонансний верстат).

На дорезонансних верстатах вимірюють динамічні зусилля в опорах і за законами статики знаходять дисбаланси у площинах корекції незбалансованого ротора.

На зарезонансного верстатах вимірюють вібрації опор і експериментально встановлюють зв'язок вібрацій опор з дисбалансами в площинах корекції ротора.

Високочастотні верстати для динамічного балансування звані розгону-балансувальними стендами, обладнані безконтактними датчиками для вимірювання переміщень обертового ротора в декількох перетинах.

Верстати для динамічного балансування мають індикатори дисбалансу: вимірювальні прилади, аналогові або цифрові обчислювальні машини, що дозволяють отримувати інформацію про дисбаланси ротора. Комплект вимірювальних приладів з вібродатчики, що дозволяє отримати інформацію про дисбаланси ротора при балансуванні на місці у власних підшипниках і опорах без установки на балансувальний верстат, називають балансувальним комплектом.

Металорізальні верстати в процесі балансування застосовують для коригування мас зняттям матеріалу з поверхонь ротора. Для цього використовують верстати токарної групи, а також свердлильні, фрезерні та шліфувальні верстати.

Коригування мас ротора здійснюють і за допомогою інших верстатів і агрегатів, наприклад, зварювальних агрегатів, лазерів, електрохімічних верстатів і т. д.

Технологічне оснащення

До неї відносять:

- Пристосування для балансувальних та металорізальних верстатів;

- Засоби контролю;

- Слюсарно-складальний, ріжучий інструмент та допоміжні матеріали.

Пристосування для балансувальних верстатів служать для установки ротора на опори верстата і приводу його в обертання. Часто застосовують технологічні підшипники, оправлення, приводні вали і інші пристосування.

Пристосування для металорізальних верстатів призначені для зв'язування оброблюваної деталі (ротора) при коригуванні мас з верстатом і ріжучим інструментом. Для цих цілей використовують універсальні або спеціальні верстатні пристосування. Найбільш поширені машинні лещата, патрони, кондуктори, планшайби і т. п.

Виконання підготовчих, робітників і заключних операцій процесу балансування супроводжується технічним контролем лінійних, кутових розмірів і маси. Для цих цілей застосовують контрольно-вимірювальний інструмент і прилади, що забезпечують задану точність вимірювань, високу достовірність, малу трудомісткість.

При балансуванні використовують як прості засоби вимірювань (металеві лінійки, щупи, технічні рівні), так і більш складні - Штангенінструменти, мікрометри, важільно-механічні прилади (індикатори годинникового типу).

Залежно від конструкції верстата, балансуємого ротора, способу коригування мас застосовують загальнослюсарний або спеціальний складальний інструмент, різці, фрези, свердла і інший ріжучий інструмент.

У процесі технічного обслуговування верстатів, підготовки роторів до балансуванню використовують змащувальні масла, обтиральні протикорозійні та інші допоміжні матеріали.

Засоби механізації і автоматизації. Поряд з верстатами-автоматами і напівавтоматами, автоматичними лініями актуальні засоби малої механізації та автоматизації.

Механізація спрямована на часткову або повну заміну ручної праці людини машиною із збереженням участі людини в її управлінні. Автоматизація процесу спрямована на передачу машин і приладів функцій управління, раніше виконувалися людиною.

1.4 Типи дисбалансу колеса

Практично в 100% випадків центр мас колеса не збігається з геометричним центром. Відповідно, таке колесо при русі викликає підвищену вібрацію транспортного засобу, що приводить як до зниження комфорту (тряска, шум), так і до зносу рульового управління і елементів підвіски колеса, збільшує знос шини. Сенс статичного балансування в тому, щоб "посунути" центр мас на геометричний центр.

Внутрішню і зовнішню половину колеса (особливо широкопрофільного) можна розглядати окремо. Ці частини мають свої центри мас, які не обов'язково знаходяться на осі обертання навіть після статистичної балансування колеса в цілому. Колесо прагне обертатися навколо осі, що з'єднує ці точки, що призводить до підвищеного навантаження на підшипник і збільшує знос, особливо на великій швидкості Для автомобільних коліс досить динамічної баласіровкі тільки в двох площинах. Для довгого валів, наприклад турбін, балансування проводить для більшої кількості площин.

Динамічно збалансованим колесо вважається в тому випадку, коли його маса відносно площини обертання розподілена рівномірно, тобто відсутня можливість повороту колеса від внутрішньої сторони до зовнішньої, і навпаки.

У разі порушення динамічного балансування під час руху автомобіля колесо буде здійснювати відносно площини напрямку обертання бічні коливання («шіммі»). Можливість бічних коливань прямо пропорційна ширині профілю покришки. Тобто чим більшу ширину має колесо, тим більший негативний вплив чинитиме динамічний дисбаланс, тим точніше треба проводити його складання, і тим ретельніше балансувати.

Далі будуть представлені чотири різних типи дисбалансу, за визначенням Міжнародної Організації по Стандартизації. Для кожного з чотирьох взаємно виключають випадків буде приведена ілюстрація.

Статичний дисбаланс

Рис. 1.4

Статичний дисбаланс виникає, коли основна вісь інерції зміщена паралельно осі обертання.

Цей тип дисбалансу виникає, як правило, в тонких деталях типу різних крильчаток і турбін. Такий тип дисбалансу може бути виправлений приміщенням додаткової маси навпроти центру ваги в площині перпендикулярній до осі обертання. Статичний дисбаланс може бути виявлений, якщо покласти ротор на два виставлених строго горизонтально ножа. Ротор при цьому буде повертатися до досягнення положення рівноваги, коли "важке місце" опиниться в самому низу. Застосування цього методу дуже обмежено через низьку точність. Статичне балансування достатня тільки для тіл обертових з низькою швидкістю до 500 об / хв.

Моментний дисбаланс

Рис. 1.5

Дисбаланс при якому основна вісь інерції перетинає вісь обертання в центрі ваги.

Такий тип дисбалансу виникає, коли два джерела дисбалансу поміщені з протилежних сторін ротора і кут між ними становить 180 °. У даному випадку вже зовсім неможливо застосування статичного методу виявлення дисбалансу. Варто тільки додати тілу має такий тип дисбалансу деяку кутову швидкість і дисбаланс легко виявляється і вимірюється. Цей тип дисбалансу не може бути виправлений додаванням або видаленням маси в єдиному місці. Потрібно принаймні два таких місця. Іншими словами моментний дисбаланс потребує іншій парі для його корекції.

Квазі-статичний дисбаланс

Цей дисбаланс при якому основна вісь інерції перетинає вісь обертання в точці, відмінній від центру тяжіння. Цей тип дисбалансу являє собою комбінацію статичного дисбалансу і моментного дисбалансу, де кутове положення одного компонента пари збігається з кутовим положенням статичного дисбалансу. Це окремий випадок динамічного дисбалансу.

Рис. 1.6

Динамічний дисбаланс

Це дисбаланс при якому центральна вісь інерції не є ні паралельної, ні перетинається з віссю обертання. Це найбільш часто зустрічається тип дисбалансу, який може бути виправлений масової корекцією в принаймні двох площинах перпендикулярних до осі обертання. Динамічний дисбаланс - комбінація статичного дисбалансу і моментного дисбалансу, де кутове положення статичної дисбалансу щодо дисбалансу пари не дорівнює ні 0 °, ні 180 °.

1.5 Обладнання для балансування

В останні роки, у зв'язку зі зростаючими швидкостями руху, оснащенням автомобілів керманичами механізмами переважно рейкового типу, зниженням маси автомобільних дисків, збільшенням точності «настройки» підвіски та іншими факторами, на СТО і в автомайстерень застосовується професійне обладнання для шиномонтажу та балансування. Воно дозволяє надати якісні послуги автолюбителям. На сьогоднішній день промисловість випускає різні види балансувальних верстатів і стендів. Власникам СТО та автомайстерень деколи складно буває розібратися у великій кількості пропонованого обладнання, тому розглянемо основні види і призначення існуючого обладнання.

Балансувальний верстат призначений для визначення ступеня та місця динамічної або статичної неврівноваженості всіляких обертових частин автомобіля - валів, турбін, роторів електродвигунів, шківів і коліс. У такому обладнанні балансуємого виріб встановлюється на опори, що є основою верстата балансування. Балансувальний верстат комплектується приводами для обертання балансуємого вироби, а також вимірювальним обладнанням, що складається з візуальних приладів.

Конструктивно, балансувальні верстати можна розділити на дві групи:

1. Верстати з податливими опорами, в яких прилади фіксують фазу і амплітуду коливань самих опор, викликаних обертанням неврівноваженого балансируємого вироби.

2. Верстати з жорсткими опорами, в яких прилади фіксують фазу і силу тиску ротора.

Балансувальний верстат, призначений для статичної та динамічної балансування по розташуванню осей обертання, може бути двох типів:

- З вертикальною віссю обертання;

- З горизонтальною віссю обертання.

Верстат для балансування, оснащується моторизованим приводом, що дозволяє, на відміну від ручного обертання, справити більш точні виміри.

Важливість балансування пов'язана з тим, що в незбалансованому обертовому колесі, (коли центр маси колеса і його геометричний центр не збігаються один з одним), можуть виникати значні відцентрові сили, які викликають підвищену вібрацію в транспортному засобі, призводять до зносу шин, а також до поступовому виходу з ладу підвіски і ходової частини.

Зрозуміло, ніякої шиномонтажний комплекс не може працювати без верстата балансування. Недостатньо правильно розібрати і зібрати колесо, необхідно також його правильно збалансувати. Сучасне обладнання здатне працювати з дисками будь-яких конструктивних виконань, ширини і діаметрів, воно, як правило, має безліч режимів роботи, які контролюються вбудованими мікропроцесорами.

Обладнання для балансування автотранспорту, а також шиномонтажні стенди, умовно поділяють на кілька категорій:

За типом введення даних верстати для балансування автотранспортних засобів можуть бути з ручним або автоматичним введенням інформації про колесі. На верстатах для балансування з ручним введенням даних оператор вимірює всі параметри колеса механічними лінійками і може вводити їх у верстат для балансування вручну. Обладнання з можливістю автоматичного введення даних оснащене одним або двома електронними калібрами: у першому випадку оператор вводить діаметр і відстань до диска, у другому - діаметр, ширину і відстані до диска. Природно, що на балансувальному обладнанні з автоматичним введенням параметрів, оператор витрачає набагато менше часу на балансування одного колеса. Це особливо актуально в сезони заміни покришок, під час яких шикуються черги біля сервісів технічного обслуговування.

Типи балансувальних верстатів

Однією з ознак технологічної класифікації балансувальних верстатів служать ступінь їх універсальності, тобто те розмаїття роторів, для яких вони можуть бути використані. Чим більше це розмаїття, тим ширше технологічні можливості верстата. Балансувальні верстати поділяють на чотири типи: універсальні, певного призначення, спеціальні та балансувальні комплекти.

Універсальні балансувальні верстати використовують у серійному виробництві для визначення дисбалансів роторів різних конструкцій. До цього типу належать зарезонансного і до-резонансні верстати з осьовим або стрічковим приводом, що володіють високою точністю і швидкої переналагодженням на новий тип роторів. На них можна балансувати ротори, що відрізняються за масою, довжиною і діаметром в 10 .. 40 разів. Універсальні балансувальні верстати характеризуються допустимою масою і діаметром ротора, відстанню між опорами верстата, діапазоном частот обертання ротора, потужністю приводу і точністю верстата.

Мінімально допустима маса ротора - маса балансуємого ротора, при якій забезпечується задана точність верстата. Максимально допустима маса обмежена міцністю підвіски опор. У неї входить маса ротора, його підшипників і корпусу, оснащення, тобто вся маса, що встановлюється на опори верстата.

Допустимий діаметр ротора залежить від відстані від центрів опор до станини (підлоги) верстата. Максимальна відстань між опорами верстата обмежена довжиною напрямних станини, а мінімальне - товщиною стійок.

У верстатів, опори яких мають гніздо для установки підшипника, вказують його діаметр або найбільший діаметр цапф ротора.

Діапазон частот обертання ротора при балансуванні відповідає частотному діапазону вимірювального пристрою, частоті обертання і потужності приводного пристрою.

Універсальні балансувальні верстати виготовляють нормальної і підвищеної точності.

Для балансування роторів масою від декількох грамів до десятків кілограмів застосовують зарезонансного верстати з стрічковим приводним з'єднанням. Вимірювальні пристрої цих верстатів зазвичай мають виборчий підсилювач, стробоскоп і потенціометричний ланцюг поділу площин корекції. Настройку верстата на даний тип ротора проводять за допомогою тарувального ротора.

Балансування роторів масою до 1000 кг виконують на зарезонансного і дорезонансних верстатах як з осьовим, так і з стрічковим приводом з різноманітними вимірювальними пристроями.

Універсальні балансувальні верстати для роторів масою більше 1000 кг виготовляють з осьовим приводом і ватметрівного вимірювальним пристроєм. Опори верстатів для важких роторів роблять дорезонанснимі.

Верстати певного призначення призначені для балансування коліс автомобілів, вентиляторів, електричних двигунів у власному корпусі і т.п. або певних видів балансування - статичної, високочастотної. Ці верстати менш універсальні, володіють меншим діапазоном характеристик, але розраховані на велику продуктивність. Їх виготовляють на базі універсальних верстатів і оснащують додатковими пристроями (наприклад, коригуючими пристроями та спеціальним оснащенням). Особливе місце серед верстатів 2-го типу займають вертикальні балансувальні верстати і верстати для високочастотної балансування гнучких роторів.

Вертикальні балансувальні верстати призначені для статичного балансування в динамічному режимі деталей, які не мають власних несучих поверхонь. Принцип дії і конструкція основних вузлів верстата аналогічні горизонтальним верстатів. Відмінною особливістю вертикальних верстатів є наявність шпинделя з вертикальною віссю обертання, на кінці якого знаходиться затискний пристрій. Ці верстати характеризуються допустимою масою і діаметром балансуємого деталі, діапазоном частот обертання, потужністю приводу і точністю верстата.

По вертикальних напрямних верстата переміщається двошпиндельні свердлильна головка, за допомогою якої здійснюється коректування мас деталі висвердлюванням необхідної кількості металу. Верстат може працювати в напівавтоматичному режимі.

Верстати для високочастотної балансування гнучких роторів мають дорезонансне опори, осьовий привід з широким діапазоном частот обертання, вимірювальний пристрій з струмовихровими датчиками. На високих частотах балансують ротори масою до 300 т.

Тому з метою зменшення втрат потужності на тертя об повітря баласуємий пристрій з ротором поміщають в герметичну камеру, в якій за допомогою вакуумного насоса створюється розрідження до 100 Па. Верстати для високочастотної балансування є складними пристроями з додатковими системами, що забезпечують транспортування ротора, мастило його опор, розрідження в камері і т.п.

Спеціальні балансувальні верстати використовують у великосерійному і масовому виробництві для балансування роторів певної маси і геометрії. Спеціальний верстат виготовляють в декількох примірниках. Для підвищення продуктивності балансування спеціальні верстати оснащують засобами механізації та автоматизації. Ступінь автоматизації верстата залежить від умов виробництва і може бути різною.

У найпростішому випадку вона включає тільки визначення дисбалансів, в більш складному - коригування мас і транспортування роторів.

Балансувальні комплекти призначені для визначення дисбалансів роторів при балансуванні у власних підшипниках і власному корпусі без установки на верстаті. В якості балансувальних комплектів використовують вимірювальні пристрої балансувальних верстатів, вибровимірювальні прилади загального призначення і спеціальні балансувальні прилади.

1.6 Переваги горизонтального балансувального стенду

Переваги горизонтального балансувального стенду:

- малі габарити;

- низька вартість, оскільки горизонтальній балансувальний стенд не має електроприводу;

- наявність універсального кріплення для всіх видів коліс (конус);

- відсутність необхідності в наявності зовнішніх засобів вимірювання параметрів коліс;

- простота управління процесом балансування.



1.7 Принципи динамічного балансування

Фізичний зміст операцій, покладених в основу динамічного балансування простіше й наочніше всього пояснити за допомогою векторних побудов. Таку можливість надає той факт, що дисбаланс може бути охарактеризований рівнем вібрації на частоті обертання ротора, тобто рівнем на дискретній частоті. А вібрація на конкретній частоті є величина векторна, тобто її повний опис містить у собі не тільки величину, але й напрямок вібрації або її фазу (на відміну від, наприклад, загального рівня вібрації в широкій смузі частот, що є енергетичною характеристикою вібраційного процесу і є величиною чисто скалярної). У загальному виді завдання балансування можна сформулювати в такий спосіб: - даний обертовий ротор, що має динамічно неврівноважені маси. Розташування цих мас й їхніх величин невідомий, доступно тільки вимір вектору вібрації (величини й фази) від сумарного дисбалансу всіх неврівноважених мас. Є можливість установлювати на ротор відомі маси у відомому кутовому положенні по окружності ротора. Місце установки мас називається площиною балансування. Звичайно по довжині ротора розташовується одна така площина, рідше дві площини. Але в окремих випадках, на довгих складених роторах потужних енергетичних машин таких площин може бути до 8-10; - у результаті балансування необхідно визначити величину й кутове положення маси, що мінімізує сумарний динамічний дисбаланс ротора. Критерієм досягнення мети є мінімізація, тобто зниження до певної, заздалегідь заданої величини, рівнів вібрації на частоті обертання в контрольованих крапках механізму. Для спрощення пояснення принципу балансування покладемо, що мінімізувати потрібно вібрації в одній крапці контролю й на роторі є тільки одна балансувальна площина. Скористаємося векторною побудовою, показаною на малюнку 1.2, при цьому необхідно звернути увагу на наступне:

- кутова розмітка ротора виконана проти напрямку обертання ротора;

- всі побудови робляться в абсолютних одиницях виміру вібрації. Тип обмірюваної величини значення не має: = прискорення -м/с2 = швидкість - мм/з; = переміщення - мкм Кроки векторної побудови:

а) побудувати на колі вектор A(Ya) - вектор вібрації у вихідному стані ротора, тобто з невідомими нам неврівноваженими масами;

б) установити в будь-якому кутовому положенні пробну масу Mпр., виміряти й побудувати на колі вектор, що вийшов при цьому, вібрації B(Yb) - він уже характеризує сумарний вплив на вібрацію невідомого нам вихідного дисбалансу плюс відомого нам внесеного небалансу від Mпр.;

в) з кінця вектора "A" до кінця вектора "B" побудуємо вектор "З". З векторної побудови треба, що вектор "З" є різниця між векторами "B" й "A": З = B - A. Таким чином, вектор "З" у чистому виді характеризує ту вібрацію, що виникає тільки від установки пробної маси Mпр. У результаті векторної побудови стає відомим вплив пробної маси Мпр. на вібрацію ротора - це вплив характеризується вектором "З".

Рис. 1.7

Тоді ціль балансування (повна компенсація вектору "A" вихідного дисбалансу) буде досягнута, якщо вдасться визначити величину й положення маси, що врівноважує, при якій вектор “З” буде дорівнює вектору “А” по величині й протилежний по напрямку.

З векторної побудови треба, що ціль буде досягнута, якщо: - пробну масу змістити по напрямку розмітки ротора на кут “Yс” (тобто в ту ж сторону й на той же кут, на який треба повернути вектор “З” для його сполучення з вектором “А”); - змінити пробну масу в співвідношенні:

Якщо напрямок обертання ротора й напрямок кутової розмітки на роторі збігаються, то маса, що врівноважує, повинна зміщатися щодо кутового положення пробної маси на кут Yc, але убік, протилежну напрямку обертання вектора "З" для його збігу з вектором "A". Тому, щоб уникнути можливої плутанини, краще завжди робити кутову розмітку на роторі в напрямку, протилежному напрямку обертання ротора. Таким чином, для динамічного зрівноважування ротора необхідно два рази виміряти вектори вібрації: - при вихідному, невідомому нам дисбалансі - вектор "A"; - при додаванні до вихідного дисбалансу відомого нам дисбалансу від Мпр. - вектор "В". За цим даними, як описано вище, легко вирішується завдання динамічного балансування ротора. Для рішення завдання балансування не обов'язково прибігати до векторних побудов. Результати вимірів можна записати у вигляді системи лінійних рівнянь у проекціях на ортогональні осі. Рішення системи рівнянь також як і векторна побудова дає однозначний результат. Векторна ж побудова є дуже наочним для пояснення принципу балансування й використається для практичного рішення завдань балансування при невеликій кількості крапок контролю. Очевидно, що при збільшенні кількості крапок контролю й кількості балансувальних площин, практичне рішення завдання векторною побудовою стає занадто громіздким і складним, внаслідок взаємного впливу балансувальних площин на вектори вібрації в одній і тій же крапці. У цьому випадку точне й швидке рішення завдання можливо вже тільки при використанні обчислювальної техніки й спеціалізованого програмного забезпечення.

1.8 Принцип дії стендів для динамічного балансування

Описується пристрій, принцип дії та конструкції основних вузлів верстатів для динамічного балансування; розглядаються типові вузли за принципом виконуваних функцій; даються правила оцінки норм точності балансувальних верстатів єдині для заводів-виготовлювачів і споживачів верстатів.

Рис. 1.8

У загальному випадку балансувальний верстат містить (рис. 1.8): балансувальне, приводне, вимірювальне і коригуючий пристрої, а також додаткові пристрої, які кріплять на станині верстата.

Балансувальне пристрій є коливальної системою верстата, в якій встановлюється і обертається неврівноважений ротор. За коливанням цієї системи при балансуванні судять про дисбаланси ротора. У сучасних верстатах застосовують два типи таких пристроїв: зарезонансного і дорезонансне.

Рис. 1.9



Зарезонансного балансувальне пристрій (рис. 1.9, а) складається з двох рухомих опор або платформи і пружних елементів, підвішують опори на станині верстата. Жорсткість пружних елементів різна в різних напрямках. У верстатах з горизонтальною віссю обертання пружні елементи порівняно жорсткі у вертикальному напрямку, тоді як в горизонтальному напрямку жорсткість дуже мала і підвіска не перешкоджає коливанням.

При проектуванні і виготовленні зарезонансного верстатів підбирають масу опор, довжину, жорсткість підвіски і інші параметри балансувального пристрою так, щоб його власна частота в горизонтальному напрямку в багато разів була нижчою частоти обертання ротора при балансуванні.

При обертанні неврівноваженого ротора в зарезонансном балансувальному пристрої рухомі опори будуть коливатися в горизонтальній площині. Амплітуди цих коливань пропорційні дисбалансів у площинах корекції ротора, тобто описуються рівняннями (2).

Дорезонансное балансувальне пристрій складається з двох нерухомих опор, жорстко закріплених на станині верстата. Власні частоти коливань опор у всіх напрямках значно перевищують частоти обертання балансируемого роторів. Нижня частина опори являє собою динамометр або силовий місток. Динамічні навантаження, що виникають в опорах при обертанні неврівноваженого ротора, створюють малі переміщення на динамометрі (рис. 9, б), які посилюються системою важеля. Сила в опорі пропорційна переміщенню, тобто

...