При больших скоростях вращения даже незначительная неуравновешенная масса детали относительно оси вращения может явиться причиной появления значительной неуравновешенной центробежной силы, вызывающей дополнительную динамическую нагрузку на подшипники, что приводит к преждевременному износу деталей. Неуравновешенные центробежные силы являются одной из главных причин вибрации гидропередачи, которая представляет собой весьма вредное явление.

Статическая балансировка. Показателем статической уравновешенности детали является способность ее сохранять состояние покоя в любом положении на горизонтальных направляющих. Балансируемую деталь устанавливают таким образом, чтобы неуравновешенная масса Я (рис. 41) располагалась в горизонтальной плоскости, проходящей через ось балансируемой детали. На противоположной стороне детали прикрепляют груз п, при котором неуравновешенная масса Я могла бы сообщить балансируемой детали поворот на небольшой угол. Затем поворачивают балансируемую деталь в том же направлении на 180°, т. е. в такое положение, чтобы груз п и масса Я оказались бы снова в горизонтальной плоскости. В этом случае масса Я перевесит и изделие будет стремиться повернуться в обратном направлении. Далее подбирают добавочный груз Р к грузу так, чтобы балансируемое изделие оставалось в том положении, в какое его ставят.

Если статическая балансировка выполняется на призмах качения, то возникающие силы трения в точках опоры

Рис. 41. Схема статической балансировки детали препятствуют перекатыванию детали. Точность балансировки зависит от соотношения вращающего момента, создаваемого неуравновешенной массой, и момента сил трения в точках опоры.

Динамическая балансировка. Вращающиеся части гидропередачи, имеющие форму роторов, хотя и уравновешенные статически, могут иметь дисбаланс, который способствует износу шеек валов и подшипников, а также появлению вибраций, могущих привести к разрушению деталей. Неуравновешенные массы создают центробежные силы. Независимо от места расположения в роторе (например, вал в сборе с насосными колесами) неуравновешенных масс, их величины и количества суммарное действие сводится к двум силам, действующим на опоры, разным по величине и направлению. Эти силы вызывают колебания подшипников, а через них и корпусов гидропередачи.

Для динамической балансировки используют станки Минского станкостроительного завода. Устранение неуравновешенности осуществляется высверливанием или снятием металла в технологически предусмотренных местах (плоскостях исправления).

Задачами динамического уравновешивания являются выбор плоскости корректирования неуравновешенных масс и определение величины и положения приведенных неуравновешенных масс в этих плоскостях.

Простейшее устройство для динамического уравновешивания представляет собой две упругие подшипниковые опоры (рис. 42, а). Одну из опор с помощью соответствующих приспособлений при уравновешивании запирают, а другой дают возможность свободно колебаться в вертикальной плоскости, и при прохождении резонанса измеряют размах колебаний этой опоры. Разделив окружность одного из колес на восемь равных частей и пронумеровав их (рис. 42, б), устанавливают поочередно в каждом из пронумерованных мест (на одинаковом радиусе) пробный груз и измеряют размах резонансных колебаний при каждой установке пробного груза.

Результаты измерений записывают и наносят в системе прямоугольных координат кривую (рис. 42, в), по которой судят о положении и величине уравновешивающего груза. Наиболее низкая точка полученной кривой (точка К) определяет собой место расположения уравно-

Рис. 42, Схема динамического уравновешивания вешивакяцего груза. Путем нескольких попыток изменения груза в данной точке определяется масса уравновешивающего груза.

Уравновесив деталь в одной плоскости, аналогичным образом поступают при ее балансировке в другой плоскости. Установка уравновешивающего груза на другой стороне вызывает нарушение уравновешенности первой стороны. Поэтому производится повторная проверка с установкой необходимого дополнительного корректировочного груза, который бы компенсировал нарушение уравновешенности.

Статической балансировкой называют совмещение центра тяжести детали с её геометрической осью вращения. Это достигают снятием металла с тяжёлой части детали, или добавлением его путём наплавки на её лёгкую часть.
Статической балансировке подвергают маховики, крылатки насосов, зубчатые колёса и шестерни зубчатых передач дизельных установок и т.д.
Вращение деталей с неуравновешенной массой приводит к появлению центробежной силы или пары сил, которые и вызывают вибрацию механизма при его работе. Центробежная сила возникает при условии, что центр тяжести детали не совпадает с её осью вращения.
Схема действия центробежной силы при смещении центра тяжести:

Неуравновешенная центробежная сила создаёт на подшипниках дополнительные нагрузки, величина которых может быть определена по формулам:

Как производится балансировка колёс (статическая, динамическая)

Шина представляет собой сложное технологическое изделие, состоящее из большого числа разнородных элементов из разных составов резиновой смеси, а также стали, текстиля, синтетических материалов. Поэтому создать равномерное распределение материалов, а следовательно и массы задача сложная и это неизбежно приводит к появлению «тяжелых» мест шины в протекторной части, а также в боковине.

Кроме того, колесо в сборе может быть установлено с нарушением центровки относительно ступицы автомобиля, диск имеет отверстие под вентиль и сам вентиль имеет некоторую массу.

При вращении колеса на элемент массы участвующий в круговом движении действует центробежная сила, величина которой зависит от массы участка, расстояния от оси вращения, а также от линейной скорости вращения. Причем зависимость от скорости квадратичная. Именно эта сила и будет при вращении колеса создавать переменную по направлению результирующую силу, а также переменный по направлению вращающий момент на оси, что ведет к возникновению вибраций колеса, вибраций элементов рулевого управления и подвески. Это воздействие равносильно применению на автомобиле деформированного колеса. В результате, снижается безопасность движения, а также существенно ухудшает комфортность и в конечном счете приводит к разрушению элементов подвески и преждевременному износу шины.

Как же бороться с этим явлением? Ответ прост - необходимо компенсировать неоднородность массы, используя так называемые балансировочные грузики.

Различают статический и динамический дисбаланс.

Статический дисбаланс -- это неравномерное распределение масс по оси вращения. При статическом дисбалансе колесо бьет в вертикальной плоскости. Для устранения этого явления к колесу необходимо приложить компенсирующую силу равную по величине, но противоположную по направлению центробежной силе. Это достигается прикреплением дополнительного грузика в диаметрально противоположной точке нахождения неуравновешенной массы. Такой процесс называется статической балансировкой . Без проведения статической балансировки невозможна и другая процедура: сход-развал -- установка правильного угла наклона колеса, от которого зависит управляемость автомобиля.

Динамический дисбаланс -- это неравномерное распределение масс в плоскостях параллельных направлению движения. При динамическом дисбалансе на колесо действует пара сил противоположно направленных, создающих переменный момент - «расскачивая» колесо из стороны в сторону. Такая балансировка предотвращает раскачивание колеса из стороны в сторону -- основного явления при возникновении динамического дисбаланса. Процедура исправления дефектов производится при быстро вращающемся колесе. Она позволяет более точно установить и устранить все дефекты. После этого выполняют развал схождение.Динамическая балансировка проводится на специальных балансировочных стендах.

В основном при балансировке колеса имеет случай комбинированного дисбаланса , сочетающий статическую и динамическую составляющую.

Сейчас, скорости перемещения возросли, для высокоскоростных автомобилей необходима весьма точная балансировка, сделать которую возможно только на оборудовании высокого класса и квалифицированным персоналом. Кроме того, дополнительную коррекцию неравномерности масс элементов подвески, участвующих во вращении и неточности центровки колеса на ступице возможно осуществить на автомобиле при проведении финишной балансировки.

Балансировочный станок APOLLO

Функциональные особенности:

Высокая производительность и точность балансировки колес за счет применения прогрессивных технологий:

AutoALU, S-Drive, Direct3D

Автоматическое определение параметров диска

Автоматическое определение типа диска (технология AutoALU)

Точное прямое измерение геометрии ALU-дисков (технология Direct3D)

Интеллектуальное управление 3-фазным двигателем - поворот к месту установки груза (технология S-Drive)

Точная установка липких грузов электронной линейкой

SPLIT - установка липких грузов за спицами

Минимизация статического дисбаланса

Настройка предела 0

Счётчик отбалансированных колёс

Синтезатор речи

Защита от повышенного напряжения в сети (технология PowerGuard)

Высокоточный шпиндельный узел, диаметр вала 40 мм.

В случае отсутствия специальных стендов статическую балансировку колеса можно выполнять на ступице переднего колеса автомобиля. Для этого надо приподнять переднюю часть автомобиля домкратом, ослабить затяжку подшипников ступицы переднего колеса, расшплинтовав и отвернув на 90...120° регулировочную гайку. После этого следует устанавливать колесо в различные положения и отпускать. Если при этом колесо не удерживается в установленном положении, а проворачивается в ту или другую сторону и останавливается только в одном положении, значит оно имеет дисбаланс.

Рис. 123.

а -- крепление балансировочного грузика на ободе колеса, б --определение самой легкой части колеса, в -- начальное положение балансировочных грузиков, г -- окончательное положение балансировочных грузиков (при равновесии колеса)

Для балансировки колес необходимо:

снизить давление в шине до 20...30 кПа и снять с обода колеса балансировочные грузики (рис. 123, а);

медленно повернуть колесо против часовой стрелки и отпустить, когда оно остановится; нанести вертикальной меловой чертой метку I (рис. 123,б), определяющую верхнюю точку колеса;

повернуть толчком колесо по часовой стрелке и после его остановки также отметить верхнюю точку меловой вертикальной линией II, разделить кратчайшее расстояние между метками I и III пополам и нанести метку III-- это и будет самое легкое место колеса (рис. 123, б);

установить по обе стороны метки III малые балансировочные грузики (рис. 123, в) массой 30 г, которые своей пружиной подходят под борт покрышки и удерживаются на ободе;

толчком руки повернуть колесо. Если после его остановки грузики займут нижнее положение, их масса для балансировки колеса достаточна; если грузики займут верхнее положение, нужно поставить более тяжелые (40 г) и, вращая колесо, убедиться, что оно останавливается при нижнем положении грузиков;

отодвигая грузики на равные расстояния (А и А) от метки III (рис. 123, г), следует добиться равновесия колеса, когда оно после толчка рукой будет останавливаться в разных положениях (в зависимости от приложенного усилия);

накачать шину до нормального давления и приступить к балансировке следующего колеса. Передние колеса балансируются каждое на своей ступице, а задние -- на одной из ступиц передних колес.

Балансировка деталей

К атегория:

Слесарно-механосборочные работы

Балансировка деталей

Неуравновешенность деталей выражается в том, что деталь, например шкив, посаженный на вал, шейки которого свободно вращаются в подшипниках, стремится после вращения остановиться в одном определенном положении. Это указывает на то, что в нижней части шкива сосредоточено большее количество металла, чем в его верхней части, т. е. центр тяжести шкива не совпадает с осью вращения.

Ниже рассмотрен неуравновешенный диск, посаженный на вал, который вращается в подшипниках. Пусть его неуравновешенность относительно оси вращения выражается массой груза Р (темный кружок). Неуравновешенность диска заставляет его останавливаться всегда так, чтобы груз Р занимал самое низкое положение. Если к диску на противоположной стороне и на том же расстоянии от оси, что и темный кру-Жок, прикрепим груз такой же массы (заштрихованный кРУжок), то это уравновесит диск. В этом случае говорят, что Диск уравновешен относительно оси вращения.

Рис. 1. Схемы определения неуравновешенности деталей: а - короткой, 6 - длинной, в - балансировка шкива на призмах, г - машина для динамической балансировки

Рассмотрим деталь, у которой длина больше диаметра. Если ее уравновесить только относительно оси вращения, то возникает сила, которая стремится повернуть продольную ось детали против часовой стрелки и тем самым дополнительно нагружает подшипники. Чтобы избежать этого, уравновешивающий груз располагают на расстоянии от силы.

Сила, с которой действует неуравновешенная вращающаяся масса, зависит от величины этой неуравновешенной массы, расстояния ее от оси, от квадрата числа оборотов ее. Следовательно, чем выше скорость вращения детали, тем сильнее оказывается ее неуравновешенность.

При значительных скоростях вращения неуравновешенные детали вызывают вибрацию детали и машины в целом, в результате чего подшипники быстро изнашиваются, а в некоторых случаях машина может разрушиться. Поэтому детали машин, вращающиеся с большой скоростью, должны быть тщательно отбалансированы.

Существует два вида балансировки: статическая и динамическая.

Статическая балансировка может уравновешивать деталь относительно ее оси вращения, но не может устранить действие сил, стремящихся повернуть продольную ось изделия. Статическую балансировку производят на ножах или призмах, роликах. Ножи, призмы и ролики должны быть калеными и шлифованными и перед балансировкой выверены на горизонтальность.

Операцию балансировки выполняют следующим образом. На ободе шкива предварительно наносят мелом черту. Вращение шкива повторяют 3 - 4 раза. Если меловая черта будет останавливаться в разных положениях, то это будет указывать на то, что шкив отбалансирован правильно. Если меловая черта каждый раз будет останавливаться в одном положении, то это значит, что часть шкива, находящаяся внизу, тяжелее противоположной. Чтобы устранить это, уменьшают массу тяжелой части высверливанием отверстий или увеличивают массу противоположной части обода шкива, высверлив отверстия, а затем залив их свинцом.

Динамическая балансировка устраняет оба вида неуравновешенности. Динамической балансировке подвергают быстроходные детали со значительным отношением длины к диаметру (роторы турбин, генераторов, электродвигателей, быстровращающиеся шпиндели станков, коленчатые валы автомобильных и авиационных двигателей и т. д.).

Динамическую балансировку производят на специальных станках высококвалифицированные рабочие. При динамической балансировке определяют величину и положение массы, которые нужно приложить к детали или отнять от нее, чтобы деталь оказалась уравновешенной статически и динамически.

Центробежные силы и моменты инерции, вызванные вращением неуравновешенной детали, создают колебательные движения из-за упругой податливости опор. Причем колебания их пропорциональны величине неуравновешенных центробежных сил, действующих на опоры. На этом принципе основана балансировка деталей и сборочных единиц машин.

Динамическая балансировка выполняется на электрических автоматизированных балансировочных станках. Они в интервале 1-2 мин выдают данные: глубину и диаметр сверления, массу грузов, размеры контргрузов и места, где необходимо закрепить и снять грузы. Кроме того, выполняется регистрация колебаний опор, на которых вращается уравновешенная сборочная единица, с точностью до 1 мм.

Маховики, шкивы и различные летали, вращающиеся g большими окружными скоростями, должны быть уравновешенными (отбалансированными), иначе машины, в которые входят эти детали, будут работать с вибрациями. Это отрицательно сказывается на работе механизмов оборудования и машины в целом.

Неуравновешенность деталей возникает из-за неоднородности материала, из которого они изготовляются; отклонений в размерах, допущенных при их изготовлении и ремонте; различных деформаций, полученных в результате термообработки; от различной массы крепежных деталей и т.д. Устранение неуравновешенности (дисбаланса) осуществляется балансировкой, которая является ответственной технологической операцией.

Существуют два способа балансировки: статическая и динамическая. Статическая балансировка - это уравновешивание деталей в неподвижном состоянии на специальных приспособлениях - ножевых направляющих, роликах и др.

Динамическая балансировка, предельно уменьшающая вибрации, производится при быстром вращении детали на специальных станках.

Статической балансировке подвергают ряд деталей (шкивы, кольца, гребные винты и др.) На рис. 1, а изображен диск, центр тяжести которого находится на расстоянии е от геометрического центра О. При вращении образуется неуравновешенная центробежная сила Q.

Опорные заостренные, чисто обработанные и закаленные поверхности ножей выверяют линейкой и уровнем на горизонтальность с точностью 0,05-0,1 мм на длине 1000 мм.

Уравновешиваемую деталь надевают на оправку, концы которой должны быть одинакового, притом возможно меньшего диаметра. Это существенное условие повышения чувствительности балансировки без ущерба для жесткости установки оправки с деталью на ножах. Балансировка состоит в следующем: деталь с оправкой слегка подталкивают и дают ей возможность свободно остановиться, ее более тяжелая часть после остановки всегда займет нижнее положение.

Балансируют деталь одним из двух способов: или облегчают ее тяжелую часть высверливанием или вырубанием из нее лишнего металла, либо утяжеляют диаметрально противоположную часть.

Рис. 1. Схемы балансировки деталей:
а - статическая, б - динамическая

На рис. 1, б дана схема динамической неуравновешенности детали: центр тяжести может находиться далеко от ее середины, в точке А. Тогда при вращении на повышенной скорости масса дисбаланса будет создавать момент, опрокидывающий деталь, образуя вибрации и повышенные нагрузки на подшипнике. Для уравновешивания нужно установить добавочный груз в точке А’ (или высверлить массу дисбаланса в точке А). При этом масса дисбаланса и добавочного груза образуют пару центробежных сил, параллельных, но противоположно направленных - Q и - Q, с плечом L, при котором опрокидывающий момент ликвидируется (уравновешивается).

Динамическую балансировку выполняют на специальных станках. Деталь устанавливают на упругие опоры и присоединяют к приводу. Частоту вращения доводят до такого значения, чтобы система вошла в резонанс, что позволяет заметить область колебаний. Для определения уравновешенной силы закрепляют на детали грузы, подбираемые так, чтобы образовалась противоположная сила и, следовательно, противоположно направленный момент.

Статическая балансировка (использ. в мелк.сер. и ед.пр-вах) сборочных единиц и деталей состоит в определении величины дисбаланса и его устранение путем перестановки отдельных элементов конструкции, удаления в нужных местах сверлением, шлифованием, растачиванием части металла или, наоборот, добавлением соответствующей его массы сваркой и пр.

Динамическая балансировка применяется для уравновешивания вращающихся сборочных единиц, имеющих большую сравнительно с диаметром длину (напр. шпиндель). При такой балансировке искусственно создается система сил, в которой равнодействующие, а также моменты равны нулю или постоянны по величине и направлению.

Колеблющиеся системы балансировочной машины: 1) с неподвижными опорами (рис А). 2) с фиксированной осью колебания оси балансируемого ротора (рис Б). 3) с фиксированной плоскостью колебания оси ротора (рис Г). 4) без жестких связей оси ротора с окружающей средой (рис Д).

Неуравновешенность механизмов мобильных машин увеличивает их вибрацию, что ухудшает управляемость, отрицательно влияет на прочность и вредно отражается на здоровье обслуживающего персонала.

Балансировку деталей обычно осуще­ствляют в механических цехах при их изготовлении. Однако после сборки сбо­рочных единиц, в которые входят отба­лансированные детали, возникает необхо­димость повторной их проверки, так как смещение одной из деталей, даже в преде­лах зазоров, предусмотренных чертежом, нередко может вызвать значительную неуравновешенность всей сборочной еди­ницы. В связи с этим в технологических процессах сборки многих изделий балан­сировка является обязательной опера­цией.

Балансировка окончательно собранных сборочных единиц на специальных установках или балансировочных станках пред­ставляет собой контрольно-пригоночную операцию, которая не­редко не включается в поток сборки, а выполняется на отдельном участке. Тем не менее балансировочные работы составляют важ­нейшую часть процесса сборки.

Точность уравновешивания, допустимые дисбалансы устанавли­ваются техническими требованиями, исходя из особенностей конструкции и назначения сборочных единиц и деталей, скорости их вращения, допустимых вибраций машины, необходимой на­дежности и долговечности, возможных физиологических ощуще­ний оператора, работающего на машине в условиях эксплуатации, и пр.

Например, статическую несбалансированность дисков ротора турбин назначают из условия, чтобы неуравновешенная сила не превышала 5% веса диска. Точность динамической баланси­ровки собранного ротора часто устанавливают такой, чтобы возмущающая сила на каждом подшипнике не превышала 1-2% массы ротора. В ряде случаев точность балансировки характери­зуют так называемым допускаемым остаточным эксцентриситетом.

Рис. . Схемы статической балансировки

В процессе сборки обычно производят статическую и динами­ческую балансировки сборочных единиц - роторов. Статическую балансировку производят на горизонтальных параллелях, на дисковых роликах, на сферической пяте, на весах и на специальных станках.

Статическая балансировка сборочных единиц и деталей состоит в определении величины дисбаланса и его устранении путем пере­становки отдельных элементов конструкции, удаления в нужных местах сверлением, шлифованием, растачиванием части металла или, наоборот, добавлением соответствующей его массы сваркой, приклепыванием и пр., а также комбинированием этих способов.

При статической балансировке можно обеспечить точность:

на параллелях или пяте - до 0,001 Gk гс*см;

В массовом производстве получают распространение автомати­зированные балансировочные машины, в которых процессы соеди­нения балансируемой детали (сборочной единицы) с приводом, определения неуравновешенности, передача этих результатов запоминающим устройствам, ориентация детали и режущего инструмента и операция устранения дисбаланса производятся автоматически. В некоторых таких автоматах процессы определе­ния неуравновешенности и ее устранения совмещены (однопозиционные автоматы); в двухпозиционных же автоматах эти про­цессы разделены.

В целях проведения динамической балансировки на повышен­ных скоростях и сокращения времени на операцию в настоящее время ведутся опыты по применению кратковременных (менее 1 м-с) импульсов лазера для устранения излишнего металла без остановки уравновешиваемой детали (сборочной единицы).

Как уже отмечалось, неуравновешенность различных враща­ющихся сборочных единиц вызывает при работе вибрацию ма­шины. В быстроходных машинах (например, в автомобилях, тракторах) это явление особенно ощутимо. Повышение точности балансировки деталей и сборочных единиц снижает вибрацию.