Установка для статической балансировки роторов методом прямого измерения статического момента

e_r = (3F / 2pt² ) [(1-m²) (ln R/r) / E ] þ  

 Если  в качестве дополнительного упругого элемента используется призматическая консольная балка, то средняя деформация тензоэлемента, расположенного вдоль балки будет : 

e_ср. = 6F (l - x_Д ) / E bh² (30) 

где l, d, h – длина, ширина и толщина балки;

 х_Д – расстояние от середины тензоэлемента до заделки, обычно равное половины базы тензорезистора.

 Приведенные  выше зависимости для чувствительности  и собственные частоты упругих  элементов иллюстрируют общее  очень важное в практическом  применении правило : наибольшей  чувствительности преобразователя независимо от его типа при сохранении достаточно высокой собственной частоты можно достигнуть выбором материала с низким модулем упругости. Для любых упругих элементов при заданных нагрузках деформация на поверхности в месте установки тензорезистора обратно пропорциональна модулю нормальной упругости. Что касается собственной частоты, то при неизменных геометрических размерах упругого элемента она падает, но пропорционально отношению модулей упругости в степени 1 / 2 . Это уменьшение частоты легко компенсируется изменением геометрических размеров упругого элемента (например, увеличением толщины). В целом при заданной собственной частоте преобразователя его чувствительность при использовании материалов с низким модулем упругости возрастает.

 В качестве основного чувствительного элемента возможно использование серийных тензопреобразователей. Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного устройства. Преобразователи различных параметров имеют унифицированное электронное устройство и отличаются лишь конструкцией измерительного блока.

 Измеряемый  параметр подается в камеру  измерительного блока и линейно  преобразуется в деформацию чувствительного  элемента и изменение электрического  сопротивления тензорезисторов  тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке.

 Электронное  устройство преобразователя преобразует  это изменение сопротивления  в токовый выходной сигнал.

 Чувствительным  элементом тензопреобразователя  является пластина из монокристаллического  сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя. 
 

 Схема  преобразователя Сапфир 22ДА представлена  на рис.14.

 Тензопреобразователь 4 мембранно-рычажного типа размещен внутри основания 9 и отделен от измеряемой среды металлической гофрированной мембраной 8.

 Мембраны 8 и 14 по наружному контуру приварены  к основанию 9 и соединены между  собой центральным штоком 6, который  связан с концом рычага тензопреобразователя 5 с помощью тяги 13. Измеряемое давление подается в камеру 7; полость 12 вакуумирована и герметизирована.

 Фланец 10 уплотнен с помощью прокладки  3.

 Воздействие  измеряемого давления вызывает  прогиб мембраны 8, изгиб мембраны  тензопреобразователя 4 и изменение  сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 1 по проводам через гермовывод 2. 

3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ. 

3.1 Описание  экспериментальной установки. 

 Лабораторный  стенд для статической балансировки предназначен для проведения на нем лабораторных экспериментов. Он представляет собой сварную конструкцию из профилей проката. Станок размещается на лабораторном столе в классе. Для установки уровня горизонтальной поверхности на стенде предусмотрены настройки. Подвижная часть стенда размещена на раме. Подвижная рама опирается на призмы. Коэффициент трения которых очень низок. Здесь также предусмотрена настройка соосности верхней грани призмы с центральной осью вращения ротора. Это необходимо для повышения точности измерения. Призмы стенда изготовлены из инструментальной стали У8. Они подвергнуты определенной термической обработке. Испытуемый вал размещается на опорных V-обраных призмах. Проще говоря установка представляет собой неравноплечные неуравновешенные весы. С одной стороны на стенде размещена измерительная часть. Она посредством рычагов связана с чувствительным элементом. Призмы и опоры должны точно собираться, для предотвращения погрешности измерения. Для надежного удержания измерительной части в "замке", здесь предусмотрена конструкцией пружина растяжения. В качестве чувствительного элемента здесь используются прмышленный датчик Сапфир 22ДА. Он преобразует механический момент в электрическое сопротивление. Это необходимо для последующих преобразований выходного сигнала. После датчика сигнал поступает на электронный усилитель сигнала. Он поставляется в комплекте с датчикогм Сапфир 22ДА. В качестве вторичного прибора используется универсальный электронный вольтметр, с высокой точностью измерения. Питание усилителя производится от источника постоянного питания 36В. Все исользуемое оборудование должно агрегатно и эргономично распологаться на рабочей поверхности лабораторного стола. Все узлы управления доступны и просты. Питание установки осуществляется от сети 220В переменного тока. Все подведенные электрические кабеля заизолированны. О подачи питания сигнализирует лампочка на щитке питания. И еще лампочки-индикаторы на самих измерительных приборах. Установка также заземлена. 

3.2 Методика  проведения экспиремента. 

 На  практике процесс статической  балансировки роторов при помощи  устройств с призматическими  опорами выполняют в пять стадий:

грубая  балансировка;

точная  балансировка;

выбор расположения и величины рабочих  уравновешивающих грузов;

установка и крепление рабочих уравновешивающих грузов;

контроль  качества балансировки.

 Грубая  балансировка выполняется с целью  устранения явной неуравновешенности  ротора без учета сил сопротивления,  препятствующих колебанию в опорах. Грубая балансировка производится следующим образом. Ротор помещают на стенд так, чтобы его ось располагалась горизонтально и перпендикулярно призматическим опорам. Желательно чтобы ротор был одет на собственный рабочий вал. В случае невозможности выполнения этого требования ротор крепится на специально изготовленную оправку. Если вал ротора имеет разные диаметры опорных шеек, то на меньшую из них вытачивают выравнивающую втулку. В исходном состоянии ротор располагают в опорах призмы. Под действием статического момента ротор будет передавать момент на измерительную рамку. В том случае если ротор, помещенный на балансировочное устройство, не создает начального момента, его необходимо повернуть (в любую сторону) на 90⁰.

 Если  бы отсутствовали силы сопротивления, припятствующие качению рамки в опорах, то его сещенный центр тяжести располагался бы в самой нижней точки траектории движения, т.е. в нижней части вертикали, пересекающейся с осью вращения. В реальных условиях центр тяжести ротора будет находиться вблизи точки равновесия. Для установления положения смещенного центра тяжести на торцевой поверхности ротора, после того как он займет нулевой момент, наносится меловая черта 1 рис. 3.1, которая должна совпадать с вертикальной

рис. 3.1

линией, опущенной из центра вращения. Затем ротор поварачивают в любую сторону на 90⁰ (при этом метка 1 займет горизонтальное положение слева или справа от оси вращения) и предоставляют создавать ему момент на рамке. При максимальном моменте, отмечают новое место меткой 2. Операцию проводят еще раз, при этом ротор раполагают на опорах таким образом, чтобы исходная метка находилась в горизонтальной плоскости с другой сстороны от оси вращения. После затухания колебательных движений ротора положение равновесияотмечают меткой 3. Далее полагают, что смещенный центр тяжестилежит на линии, являющейся биссектрисой угла, заключенного между метками 2 и 3. Эту линию обозначают меткой 4 (где расположен центр тяжести), называется тяжелой.

 Противоположная  от оси вращения ротора называется легкой. Затем приступают к к устранению явной статической неуравновешенности ротора. Для этого ротор ориентируют на балансировочном устройстве таким образом, чтобы метка 4 находилась в горизонтальной плоскости. К легкой стороне ротора в удобном месте (как правило на боковой поверхности) прикрепляют уравновешивающий груз такой величины, при котором на ротор перестает действовать статический момент. При этом момент на рамке должен быть практически стремиться к нулю. Величина уравновешивающего груза подбирается опытным путем.

 Признаком  правильности подбора величины  уравновешивающего груза является  нулевой момент на датчике,  при расположении метки 4 в  горизонтальной плоскости как  справа, так и слева от оси  вращения. Для уравновешивания удобно  пользоваться либо небольшими магнитами 1-3г. (если ротор изготовлен из магнитоупругого материала), либо пластелином, прилепляемым мелкими порциями к выбранному месту на поверхности ротора.

 Выполняя  грубую балансировку следует  придерживаться следующих правил:

— плоскость коррекции (плоскость перпендикулярная оси вращения, в которой располагается центр массы уравновешивающего груза) должна либо проходить через центр массы ротора, либо располагаться на незначительном удалении от него;

— уравновешивающий груз желательно помещать в таком месте, чтобы было известно или удобно было замерять расстояние от оси вращения до центра массы груза;

— место  расположения уравновешивающего груза  по возможности должно совпадать  с местом расположения рабочего уравновешивающего  груза.

 Если  последнее требование выполняется,  то отпадает необходимость пересчетяа  массы уравновешивающего груза  при изменении радиуса его  расположения относительно оси  вращения.

 После  устранения неуравновешенности  ротора приступают к выполнению  второй стадии — точной балансировки. Точная балансировка осуществляется с целью устранения скрытой неуравновешенности ротора, которая из-за наличия сил, не создает момента на датчике. Силы сопротивления моменту могут бать обусловлены различными причинами: негоризонтальность и непараллельность призматических опор; недостаточная твердость и плохое качество обработки рабочих поверхностей призмы и подушки; наличие деффектов (царапин и вмятин ) и загрязнений (пыли, липких веществ) на опорах; прогиб вала и т.д. Точная балансировка выполняется следующим образом. Торцевая поверхность ротора см. рис.3.2 делится на 8, 12, или16 равных секторов. Линии, делящие торцевую поверхность на сектора, нумеруются по порядку. Направление

 рис. 3.2

Определение скрытой неуравновешенности ротора

m —  масса пробного груза, i — обозначение  положения

ротора; а — разбивка ротора на сектора, б — диаграмма

 разбалансировки  ротора. 

нумерации линий может быть произвольным: по часовой стрелке или против. Ротор  с прикрепленным к нему уравновешивающим грузом поварачивают таким образом, чтобы линия под номером 1 оказалась в горизонтальной плоскости. К боковой поверхности ротора напротив линии 1 прикрепляют пробный груз такой величины, масса которого достаточна (без избытка) для выводфа ротора из состояния равновесия. Величину пробного груза, приводящего к разбалансироки ротора, определяют опытным путем, посредством прикрепления к ротору мелких порций пластилина ло тех пор, пока он не придет в движение. Затем груз снимают и взвешивают на весах с точностью до десятых долей грамма. Аналогичные операции поочередно выполняют для всех других положений ротора, обозначенных номерами. Пол данным о величине пробных грузов, вызывающих дисбаланс ротора в его различных положениях, строят диаграмму (см. рис. 3.2). По диаграмме определяют максимальную (m_max) и минимальную (m_min) массу пробного груза, необходимого для вывода ротора из равновесия. Там, где распологается груз наибольшей величины, находится легкая сторона ротора, а в том месте, где устанавливается груз наименьшей величины, находится тяжелая сторона ротора. Следует подчеркнуть, что грузы m_max и m_min должны находиться в диаметрально противоположных точках. Для устранения скрытой неуравновешенности ротора на его легкрй стороне прикрепляют корректирующий груз, масса которого определяется по формуле: 

m_k = 0,5 (m_max - m_min) (31) 

Момент  сопротивления (трения), обусловленный  силами, припятствующими возникновению  момента на датчике, составляет: 

Mтр.= m_k g R_k (32)

где R_k — расстояние от центра массыкорректирующего груза до оси

 вращения  ротора.

Суммарная сила сопротивления (трения), действующая  в месте контакта призмы с подушкой опоры, составляет: 

Fтр. = Mтр. /r = 2m_k g R_k / d (33) 

Отношение силы сопротивления к весу ротора характеризует чувствительность устройства и определяет качество балансировки ротора: