RU2185609C2 - Method of dynamic balancing - Google Patents

Abstract

FIELD: balancing of rotors, cardan shafts. SUBSTANCE: rotor is supported in bearings and is set in rotation. Components of major vector of disbalance in each correction plane. Value of disbalance is diminished by loading by mass. Disbalance in one correction plane is changed till equality of disbalance vectors in correction planes is achieved. Then rotor is simultaneously loaded in each correction plane by masses till disbalance is corrected. EFFECT: simplification and enhanced reliability of method. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области динамической балансировки путем приведения во вращение испытуемых объектов с приложением внешних сил, компенсирующих силы, вызванные дисбалансом. The invention relates to the field of dynamic balancing by bringing the test objects into rotation with the application of external forces that compensate for the forces caused by the imbalance.

Известен способ для балансировки по а. с. 949366, G 01 M 1/38, содержащий установленную балансировочную емкость в одной из плоскостей коррекции ротора. В радиальном направлении пропускают жидкость из емкости со стороны, противоположной смещению оси вращения ротора от его геометрической оси. A known method for balancing a. from. 949366, G 01 M 1/38, containing an installed balancing capacity in one of the rotor correction planes. In the radial direction, liquid is passed from the tank from the side opposite to the displacement of the axis of rotation of the rotor from its geometric axis.

При реализации такого способа не решается задача балансировки в другой плоскости коррекции, так как не учитывается направление вектора дисбаланса в другой плоскости коррекции. Способ имеет ограниченное техническое применение в связи с тем, что после компенсации дисбаланса в одной плоскости появится дисбаланс в другой плоскости. Способ применим к плоским роторам. When implementing this method, the problem of balancing in another correction plane is not solved, since the direction of the imbalance vector in another correction plane is not taken into account. The method has limited technical use due to the fact that after compensation for the imbalance in one plane, an imbalance appears in another plane. The method is applicable to flat rotors.

Известен способ балансировки по а. с. 958887, G 01 M 1/12, в котором для исключения взаимного влияния плоскостей коррекции изделие устанавливают на оправку вертикально с зазором, и образующийся за счет отклонения центра масс от оси вращения зазор устраняют статической балансировкой, тем самым решая задачу балансировки без учета взаимного влияния плоскостей коррекции. A known method of balancing a. from. 958887, G 01 M 1/12, in which to eliminate the mutual influence of the correction planes, the product is mounted vertically with a gap on the mandrel, and the gap formed due to the deviation of the center of mass from the axis of rotation is eliminated by static balancing, thereby solving the balancing problem without taking into account the mutual influence of the planes correction.

Такой способ имеет ограниченное применение и не может быть использован в тех случаях, когда нет возможности устанавливать балансируемый ротор вертикально, кроме того, статическая балансировка дает более низкие результаты по точности балансировки. This method has limited application and cannot be used in cases where it is not possible to install a balanced rotor vertically, in addition, static balancing gives lower results in balancing accuracy.

Известен способ разделения плоскостей коррекции роторов по а. с. 691707, G 01 M 1/22, заключающийся в том, что устанавливают балансируемый ротор неподвижно в опоры, определяют масштабные коэффициенты влияния плоскостей коррекции, поочередно нагружают каждую из плоскостей коррекции фиксированной силой и определяют коэффициенты влияния как отношение реакций опор на указанную силу. A known method of separating the correction planes of the rotors by a. from. 691707, G 01 M 1/22, namely, that the balanced rotor is mounted motionlessly in the supports, the scale coefficients of the influence of the correction planes are determined, each of the correction planes is successively loaded with a fixed force, and the influence coefficients are determined as the ratio of the reactions of the supports to the indicated force.

Недостатком способа является необходимость определения коэффициентов влияния плоскостей коррекции одной на другую и, как следствие, изменение этих коэффициентов в процессе устранения дисбаланса фиксированной силой, например путем нанесения массы, что требует повторного определения коэффициентов влияния и т.д. - неоднократно. То есть способ реализует действия по разделению плоскостей коррекции, но не устраняет само влияние плоскостей коррекции одной на другую. The disadvantage of this method is the need to determine the coefficients of the influence of the correction planes on one another and, as a result, the change in these coefficients in the process of eliminating the imbalance with a fixed force, for example by applying mass, which requires re-determination of the influence coefficients, etc. - repeatedly. That is, the method implements actions to separate the correction planes, but does not eliminate the influence of the correction planes on one another.

Наиболее близким прототипом является способ балансировки роторов по а. с. 571723, G 01 M 1/14, заключающийся в том, что установленный в опорах ротор разгоняют до частоты балансировки, замеряют величины и углы начальных дисбалансов в двух плоскостях коррекции, затем по линиям действия начальных дисбалансов в указанных плоскостях производят коррекцию величин дисбаланса до получения допустимых значений остаточных дисбалансов, причем в одной из плоскостей производят коррекцию массой, величину и ее угловое положение относительно начального дисбаланса выбирают при минимальной реакции опор, при одинаковом для двухконсольных роторов или противоположном для двух опорных роторов направлениях остаточного дисбаланса. The closest prototype is a method of balancing rotors a. from. 571723, G 01 M 1/14, namely, that the rotor installed in the supports is accelerated to a balancing frequency, the magnitudes and angles of the initial imbalances are measured in two correction planes, then, along the lines of action of the initial imbalances in the indicated planes, the unbalance values are corrected until acceptable values of residual imbalances, moreover, in one of the planes the mass is corrected, the magnitude and its angular position relative to the initial imbalance are selected with a minimum support reaction, with the same for two rotors or the opposite directions for the two supporting rotors of the residual imbalance.

Опорные реакции при балансировке снижаются за счет динамических усилий, имеющих разное направление, путем вычитания их модулей из реакций опор. The supporting reactions during balancing are reduced due to dynamic forces having a different direction, by subtracting their modules from the reactions of the supports.

Опорные реакции снижаются путем компенсации составляющих главного момента инерции, которые имеют главную центральную ось инерции, не совпадающую с осью вращения ротора, при условии вычитания их модулей из реакций опор, то есть за счет воздействия на составляющие главного момента дисбалансов Д_Н ротора, создаваемого на плече L, равного расстоянию между опорами, парой кососимметричных дисбалансов Д_МА и Д_МВ.The support reactions are reduced by compensating for the components of the main moment of inertia, which have a main central axis of inertia that does not coincide with the axis of rotation of the rotor, provided that their modules are subtracted from the reactions of the supports, that is, due to the impact on the components of the main moment of imbalances D _{N of the} rotor created on the shoulder L equal to the distance between the supports, a pair of skew-symmetric imbalances D _MA and D _MV .

Недостатком такого способа балансировки является взаимное влияние одной составляющей кососимметричного дисбаланса на другую в процессе коррекции величины дисбалансов, которое происходит из-за смещения места перекрещивания оси вращения ротора и главной центральной оси инерции ротора. The disadvantage of this balancing method is the mutual influence of one component of the skew-symmetric imbalance on the other during the correction of the imbalances, which occurs due to the displacement of the intersection of the axis of rotation of the rotor and the main Central axis of inertia of the rotor.

В этом случае изменение величины дисбаланса нанесением массы в одной плоскости коррекции, после того как в результате балансировки уже получены допустимые, то есть минимальные величины остаточных дисбалансов, приведет к изменению и величины, и угла дисбаланса в другой плоскости. In this case, a change in the magnitude of the imbalance by applying mass in one correction plane, after the balancing has already obtained acceptable, that is, the minimum values of the residual imbalances, will lead to a change in both the magnitude and the angle of the imbalance in another plane.

Технической задачей предлагаемого способа является повышение точности балансировки, упрощение балансировочных станков и процесса балансировки за счет исключения действий, обусловленных изменением величины дисбаланса в одной плоскости коррекции после приложения внешней силы, в частности нагружением массой, в другой плоскости коррекции. The technical task of the proposed method is to improve the accuracy of balancing, simplifying balancing machines and the balancing process by eliminating the actions caused by the change in the imbalance in one correction plane after the application of external force, in particular by mass loading, in another correction plane.

Решение такой задачи возможно при условии получения минимального дисбаланса не только в плоскостях измерения реакции опор, но и в плоскостях коррекции дисбалансов. Это возможно в случае, когда при балансировке ось вращения ротора и геометрическая ось ротора будут совмещены, то есть главный момент дисбалансов будет равен нулю, а главный вектор дисбалансов будет иметь минимальное значение. A solution to this problem is possible provided that a minimum imbalance is obtained not only in the planes for measuring the reaction of the supports, but also in the planes for correcting the imbalances. This is possible if during balancing the axis of rotation of the rotor and the geometric axis of the rotor are aligned, that is, the main moment of imbalances will be zero, and the main vector of imbalances will have a minimum value.

Поставленная задача решается следующим образом. The problem is solved as follows.

Балансируемый ротор устанавливают в опорах, приводят ротор во вращение, определяют составляющие главного вектора дисбаланса в каждой плоскости коррекции, уменьшают их величину нагружением массой и изменяют дисбаланс в одной плоскости коррекции до получения равенства векторов дисбаланса в плоскостях коррекции, затем одновременно нагружают ротор в каждой плоскости коррекции массами до устранения дисбаланса. The balanced rotor is installed in the supports, the rotor is rotated, the components of the main imbalance vector in each correction plane are determined, their weight is reduced by the mass and the imbalance is changed in one correction plane until the imbalance vectors in the correction planes are equal, then the rotor is loaded in each correction plane masses to eliminate the imbalance.

Отличительным признаком в заявленном техническом решении является то, что изменяют дисбаланс в одной плоскости коррекции, в частности нагружением массой, подбирая ее расположение таким образом, чтобы угол между векторами дисбаланса в плоскостях коррекции уменьшался, при этом изменяют величину массы до получения равенства векторов дисбаланса в плоскостях коррекции. Это позволяет привести систему "геометрическая ось - ось моментов инерции вращения ротора" к режиму, аналогичному статическому дисбалансу, когда ось вращения и геометрическая ось параллельны и при вращении ротора на опоры действуют одинаковые силы. A distinctive feature in the claimed technical solution is that the imbalance is changed in one correction plane, in particular by loading by the mass, choosing its location so that the angle between the unbalance vectors in the correction planes is reduced, while the mass is changed until the imbalance vectors in the planes are equal correction. This allows you to bring the system "geometric axis - axis of moments of inertia of rotor rotation" to a mode similar to static imbalance, when the axis of rotation and the geometric axis are parallel and the same forces act on the bearings when the rotor rotates.

После этого одновременно нагружают ротор в каждой плоскости коррекции массами до устранения дисбаланса. After that, the rotor is simultaneously loaded in each correction plane with masses until the imbalance is eliminated.

При такой последовательности действий исключена необходимость компенсации взаимного влияния дисбаланса в плоскостях коррекции, что позволяет упростить конструкцию балансировочного станка и сократить процесс балансировки. With this sequence of actions, the need to compensate for the mutual influence of the imbalance in the correction planes is eliminated, which simplifies the design of the balancing machine and shortens the balancing process.

Из изученной патентной и научно-технической литературы авторам неизвестно техническое решение с перечисленной совокупностью признаков, что дало основание сделать вывод о его соответствии критериям изобретения. From the studied patent and scientific and technical literature, the authors do not know the technical solution with the listed set of features, which gave reason to conclude that it meets the criteria of the invention.

На фиг. 1 представлена схема векторов дисбалансов, воздействующих на ротор, вращающийся в опорах А и В, где приняты следующие обозначения:
О.р. - ось ротора,
Гл.ц.о.и. - главная центральная ось инерции ротора,
ц.м. - центр масс,
D_ст - главный вектор дисбалансов ротора,
D_стА и D_стB - составляющие вектора D_ст в плоскости опор,
D_МA и D_МB - пара дисбалансов, возникающих на плече L_B и L_A,
D_M - главный момент дисбалансов, создаваемый парой дисбалансов D_МА и D_МВ на плече L,
е_ст - удельный дисбаланс,
D_A=D_стА+D_MA;
D_B=D_стB+D_MB.In FIG. 1 is a diagram of imbalance vectors acting on a rotor rotating in bearings A and B, where the following notation is adopted:
O. - axis of the rotor,
Gl.ts.o.i. - the main central axis of inertia of the rotor,
Ts.m is the center of mass
D _article - the main vector of the imbalances of the rotor,
D _article and D _article - components of the vector D _article in the plane of the supports,
D _MA and D _MB - a pair of imbalances that occur on the shoulder L _B and L _A ,
D _M - the main moment of imbalances created by a pair of imbalances D _MA and D _MV on the shoulder L,
e _article - specific imbalance,
D _A = D _stA + D _MA ;
D _B = D _stB + D _MB .

Из фиг. 1 видно, что дисбаланс неуравновешенного ротора складывается из динамической неуравновешенности - вектор D_M и статической неуравновешенности - вектор D_ст.From FIG. 1 it can be seen that the imbalance of the unbalanced rotor is composed of dynamic unbalance - vector D _M and static unbalance - vector D _Art .

Статический дисбаланс имеет место, когда главная центральная ось инерции ротора параллельна оси ротора. В соответствии с предложенным способом для реализации такого условия необходимо приложить в одной плоскости, например в точке А, силу, удвоенную по величине и противоположно направленную вектору динамической неуравновешенности D_MA.Static imbalance occurs when the main central axis of inertia of the rotor is parallel to the axis of the rotor. In accordance with the proposed method for the implementation of such a condition, it is necessary to apply in one plane, for example, at point A, a force doubled in magnitude and oppositely directed to the dynamic unbalance vector D _MA .

На фиг. 2 представлены векторные диаграммы для двух плоскостей коррекции, в данном случае совпадающих с плоскостями опор ротора А и В. Из фиг. 2 видно, что векторы D_A и D_B после приложения силы, эквивалентной вектора 2D_MA, стали равны, то есть система приведена к статическому дисбалансу.In FIG. 2 shows vector diagrams for two correction planes, in this case coinciding with the planes of the rotor supports A and B. From FIG. 2 shows that the vectors D _A and D _B after the application of a force equivalent to the vector 2D _MA , became equal, that is, the system is reduced to static imbalance.

Способ реализуется следующим образом. Балансируемый ротор устанавливают в двух опорах, имеющих датчики, воспринимающие перемещения опор под действием дисбаланса ротора. Для определения параметров дисбаланса приводят ротор во вращение и определяют амплитуды сигналов с датчиков. Нанесением известной массы, сигналы масштабируют пропорционально величине дисбаланса в каждой плоскости одновременно с помощью датчика, фиксирующего угол поворота синхронно с вращением балансируемого ротора, при достижении максимума амплитуды определяют фазовую составляющую вектора дисбаланса в каждой плоскости коррекции. The method is implemented as follows. The balanced rotor is installed in two supports having sensors that sense the movement of the supports under the influence of the rotor imbalance. To determine the imbalance parameters, the rotor is rotated and the amplitudes of the signals from the sensors are determined. By applying a known mass, the signals are scaled in proportion to the imbalance in each plane at the same time using a sensor that fixes the rotation angle synchronously with the rotation of the balanced rotor, and when the amplitude reaches a maximum, the phase component of the unbalance vector in each correction plane is determined.

После определения составляющих векторов дисбаланса по амплитуде и фазе (углу) нагружением массой на угол, отличающийся от измеренного на 180^o, то есть в противофазе, произвольно уменьшают амплитудную составляющую векторов дисбаланса.After determining the components of the imbalance vectors in amplitude and phase (angle) by loading the mass at an angle that differs from that measured by 180 ^° , that is, in antiphase, the amplitude component of the imbalance vectors is arbitrarily reduced.

Затем увеличивают число оборотов до установленных требованиями на балансируемый ротор и нагружают его массой в одной плоскости коррекции, при этом выбирают угол для нанесения массы таким образом, чтобы угол вектора дисбаланса в этой плоскости коррекции изменил свое направление в сторону выравнивания по величине угла с вектором дисбаланса в другой плоскости коррекции. Место нанесения корректирующей массы подбирают до получения равенства углов векторов дисбаланса. При этом изменяют и величину корректирующей массы, чтобы в плоскостях коррекции сравнялись и амплитуды векторов дисбаланса. Then, the number of revolutions is increased up to the requirements for the balancing rotor and loaded with its mass in one correction plane, while the angle for applying the mass is selected so that the angle of the unbalance vector in this correction plane changes its direction towards alignment with the magnitude of the angle with the unbalance vector in another correction plane. The place for applying the corrective mass is selected until the angles of the unbalance vectors are equal. At the same time, the value of the correction mass is also changed so that the amplitudes of the unbalance vectors are equal in the correction planes.

Затем одновременно в каждой плоскости коррекции нагружают балансируемый ротор массами до устранения дисбаланса. Then at the same time in each correction plane the balanced rotor is loaded with masses until the imbalance is eliminated.

Предложенный способ проверен на изготовленном балансировочном стенде для балансировки карданных валов и может быть реализован на других балансировочных станках. The proposed method is tested on a manufactured balancing stand for balancing driveshafts and can be implemented on other balancing machines.

Использование заявленного изобретения позволяет упростить процесс балансировки роторов, исключает необходимость создания и использования специальных методов и устройств, устраняющих при балансировке роторов взаимное влияние плоскостей коррекции, что упрощает конструкцию балансировочных станков, снижает затраты на изготовление станков и на выполнение балансировочных операций. Using the claimed invention allows to simplify the process of balancing rotors, eliminates the need to create and use special methods and devices that eliminate the mutual influence of correction planes during balancing of rotors, which simplifies the design of balancing machines, reduces the cost of manufacturing machines and balancing operations.

Claims (1)

Способ динамической балансировки, заключающийся в том, что балансируемый ротор устанавливают в опорах, приводят во вращение, определяют составляющие главного вектора дисбаланса в каждой плоскости коррекции, уменьшают их величину нагружением массой и изменяют дисбаланс в одной плоскости коррекции до получения равенства векторов дисбаланса в плоскостях коррекции, затем одновременно нагружают ротор в каждой плоскости коррекции массами до устранения дисбаланса. The method of dynamic balancing, namely, that the balancing rotor is installed in the bearings, rotates, determine the components of the main imbalance vector in each correction plane, reduce their value by loading with mass and change the imbalance in one correction plane to obtain the equality of the unbalance vectors in the correction planes, then simultaneously load the rotor in each correction plane with masses until the imbalance is eliminated.

Images