Установка для статической балансировки роторов методом прямого измерения статического момента

10.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ.

1.ЩепетильниковВ.А. Основыбалансирочнойтехники. В 2-хтомах. — М.:Машиностроение,1975. (том 1)

2.ЩепетильниковВ.А. Основыбалансирочнойтехники. В 2-хтомах. — М.:Машиностроение,1975. (Том 2)

3. П.Я.Альянаки. , С.И.Гаузнер. весоизмерительные приборы — М.:Машгиз, 1950

4. Б.А.Глаголевский,И.Д. Пивен. Электротензометрысопротивления— М.: Энергия,1972

5. Б.И.Пучкин. Приклеиваемыетензодатчикисопротивления— М.: Энергия,1966

6.Техническоеописание иинструкцияпо эксплуатациипреобразователяизмерительного"Сапфир 22ДА"

7. ЛевитМ.Е., РыженковВ.М. Балансировкадеталей и узлов.— М.: Машиностроение,1986.

8. ОдинецС.С., Лышко Г.П.,КувалаковаЛ.Л. Методы исредства измерениямеханическоймощности. — М.:Машиностроение,1991.

9.Плотников В.А.Статическаябалансировкавращающихсячастей машин.:Методическоепособие. — Кемерово,1989.

10.Современныеметоды и средствабалансировки.под. ред. ЩепетильниковаВ.А. — М.: Машиностроение,1985

11.Теорияи конструкциябалансировочныхмашин. под. ред.ЩепеитильниковаВ.А. — М.: Машгиз,1963

12.Колесник Н.В.Статиченскаяи динамическаябалансировка.— М.: Машгиз, 1954

13.ПАТЕНТ №575526 Устройстводля статическойбалансировкител вращения.

14. ОрловС.П., Авдеев Б.А.Весовое оборудованиепредприятий.— М.: Машгиз, 1962

15.ГолубятниковВ.А., ШуваловБ.А. Автоматизацияпроизводстви процессовв химическойпромышленности.— М.: Химия, 1972

16.Расчет и конструированиемашин и аппаратовхимическихпроизводств.под. ред. М. Ф.Михалева. — Л.:Машиностроение,1984

17.Анурьев В.И.Справочникконструктора- машиностроителя.В 3-х томах. — М.:Машиностроение,1975.

18. ОрловП.И. Основыконструирования.В 2-х томах. — М.: Машиностроение,1988.

19.Яковлев В.И.Справочникслесаря - монтажника.— М.: Машиностроение,1983.

20. А.В.Дарков, Г.С. Шапиро.Сопротивлениематериалов.— М.: Высшая школа,1975

21. В.Э.Фигурнов. IBM РСДля пользователя.— Уфа.: Дегтяреви сын, 1994

22.ФедоренкоВ.А., Шошин А.И.Справочникпо машиностроительномучерчению. — М.: Машиностроение,1983.

23.Апенко В.П.Справочникпо освещению.— М.: Стройиздат,1980

24. ДолинП.А. Справочникпо техникебезопасности.6 - е изд. Перераб.И доп., — М.: Профиздат,1988

25.Правила устройстваэлектроустановок.ПУЭ - 76, — М.: Энергоиздат,1982

26. ГОСТ12.1.004-85. ССБТ Пожарнаябезопасность.Общие требования.

27. СНиПII-68-78. Нормы проектированиявысших учебныхзаведений. —М.:Стройиздат,1978.

28. СНиП23-23-05-95. Естественноеи искуственноеосвещение.

29.Стандарты ЕСКДпо состояниюна 01.01.91г

1. ВВЕДЕНИЕ.

Целью и задачейнастоящейработы являетсяизучение процессастатическогоуравновешивания.Известно, чтос развитиемнаучно техническогопрогресса,скорости вращениядеталей машинвозросли донесколькихдесятков а внекоторыхусловиях сотентысяч оборотовв мин. При такихскоростях даженезначительнаянеуравновешеннаямасса можетпривести к выходу из строяи даже авариимеханизма илиаппарата. Ноздесь идет речьуже о динамическойбалансировке.Как промежуточнаястадия динамическойбалансировкиявляется статическая. Она позволяетвыявить явнуюнеуравновешенностьротора. В настоящейработе такжецелью являетсяповышениеточности статическойбалансировки,и её автоматизация. Это удалосьблагодаряшироким патентнымисследованиям.Была разработанаоптимальнаямодель лабораторногостенда длястатическойбалансировкироторов. Здесьнам удалосьрешить вопроспонижениякоэффициентатрения в опорах.Оригинальностьрешения состоитв том, что ещев процессепроектированиябыла заложенабаза для дальнейшеймодернизациии улучшенияработы отдельныхузлов стенда. Для универсальностиизготовленияиспользуютсяпромышленныеузлы и детали. Результатомработы должнастать готоваялабораторнаяустановка, накоторой можнопроводитьэксперименты.

Теориябалансировочнойтехники представляетсобой комплексвесьма сложныхи важных длясовременноготехническогопрогрессаразделов, ккоторым относятся:

I. Теоретическиеосновы балансировкижестких роторови станков дляих уравновешивания.

II. Теория исредства балансировкигибких роторов.

III. Теория иуравновешиваниемеханизмов.

IV. Теориядопустимыхдисбалансовроторов.

I

Как известно,при конструированиикаждого роторадолжны выполнятьсядва условия.Во-первых, ротордолжен представлятьсобой уравновешенноетело в случаеточного егоизготовления.Во-вторых, уротора должныбыть предусмотреныплоскостикоррекции, вкоторых онможет бытьуравновешенпосле изготовленияи при ремонте.

Балансировкавращающихсямасс являетсяодним из основныхсредств уменьшениявибраций иувеличениянадежностии долговечностимашин и приборов.

Первоначальнозадача уравновешиваниярешалась расчетными экспериментальнымпутем. Точноеинструментальноеуравновешиваниевращающихсямасс оказалосьвозможнымтолько к концуXIX в. в связи свнедрениемвысокооборотныхпаровых турбин.Специальносконструированныедля динамическогоуравновешивания роторов балансировочные станки появились в началеXX в.

Увеличениескоростейвращения и массроторов вызвалопостоянновозрастающуюнеобходимостьв увеличенииточностиуравновешиванияи производительностибалансировочныхстанков. Этосоздало благоприятныеусловия длярасширенияфронта работпо усовершенствованиюбалансировочногооборудованияи изысканиюновых принциповего работы.

В конце 30-хгодов наибольшеераспространениенашли станкис маятниковойрамой и различнымиконструкциямимеханическихи электромеханическихизмерительныхприборов дляопределениядисбалансовротора в плоскостикоррекции.

Балансировочныестанки этогокласса позволяютбалансироватьроторы с высокойточностью. Ихиспользуютв настоящеевремя на такихучасткахпроизводства,где не требуетсябольшая производительность.

В последующиегоды благодаряуспехам в областиэлектроникипоявиласьвозможностьсозданиячувствительныхбалансировочныхстанков с подвижнымиопорами безиспользованияявления резонансамеханическойсистемы. Этопозволилосохранитьодновременнуюподвижностьобеих опорротора во времябалансировки,применитьэлектрическуюсхему для устранениявзаимноговлияния плоскостейкоррекции иисключитьоперациюпереустановки ротора в процессеуравновешивания.Соединениеэтого преимуществас легкостьюи удобствомотсчета величиныи места корректирующихмасс на электронныхизмерителяхзаметно уменьшиловремя балансировкироторов. Повышеннаяпроизводительностьтаких станковобеспечилаим быстрое иширокое распространениев различныхотрасляхпромышленности.

Первоефундаментальноеисследованиединамикибалансировочныхстанков, произведенноевыдающимсярусским ученымакад. А. Н. Крыловым,совпадает сраспространениембалансировочныхстанков и методовстатическогои динамическогоуравновешиванияроторов.

Теориябалансировочныхстанков продолжаетсовершенствоватьсяи в настоящеевремя.

II

Стремлениек увеличениюскорости вращенияроторов в современныхмашинах и приборахприводит кнеобходимостиувеличенияее до значений,превышающихпервую, а иногдавторую и третьюкритическиескорости.

При такихскоростяхвращения роторыстановятсягибкими, вследствиечего балансировкаих в двух плоскостяхкоррекцииоказываетсянедостаточной.Это объясняетсятем, что уравновешиваниегибкого ротора в двух плоскостях коррекции может быть выполнено

только дляопределеннойскорости вращения.При любой другой скорости роторвновь становитсянеуравновешенным.По этой причинероторы, полностьюуравновешенныена балансировочномстанке присравнительномалой скорости,снова получаютсянеуравновешеннымипри эксплуатационныхскоростях.

В настоящеевремя гибкиероторы уравновешиваютсяв трех и большемчисле плоскостейкоррекции наспециальныхстанках и стендахили непосредственнов собственномкорпусе наместе их установки.Спецификауравновешиваниягибких роторовбыла подмеченаеще А. Стодолой и разрабатываласьВ. Блессом . Однакоэтой проблемебыло уделенодостаточноевнимание тольков середине 50-хгодов.

Большоевлияние натеорию и практикубалансировкигибких роторовоказала работаА. Мильдаля, вкоторой обоснованпринцип независимогоуравновешиваниякаждой гармоникифункции распределенногодисбаланса, которое следуетпроизводитьпри вращенииротора насоответствующихкритическихскоростях.

Теорияуравновешиваниягибких роторовпо собственнымформам колебанийбыла развитав работах советскихученых и др.Эта теорияявляется исходнымнаправлениемв практикеуравновешивания.Однако ее применениеограничиваетсясложностьюопераций. Так,для того чтобыотбалансироватьротор по n формамсобственныхколебаний,необходимосделать n+1запусковтурбомашиныс распределениемвдоль ротораnсистем пробныхгрузов.

Следуетуказать наразвитие идругих методовуравновешиваниягибких роторов,не требующихзнания формсобственныхколебаний. Этоэкспериментально-расчетныеметоды определенияэксцентриситетовпо изменениюдеформацииротора, реакцийопор и др.

Использованиеэтих новыхметодов в настоящеевремя сталовозможнымблагодаряприменениюЭВМ.

Теорияуравновешиваниягибких роторовприменительнок турбогенераторамполучила практическоеприменениена заводе“Электросила”.В авиационнойпромышленностиразработаныи построенывиброизмерительныебалансировочныестенды с вакуумнойкамерой, позволяющиепроизводитьбалансировкугибких роторовтурбомашинв условиях,близким кэксплуатационным.

III

Уравновешиваниемеханизмовимеет в настоящеевремя весьмабольшое значение в технике всвязи с необходимостьюсоздания болеемощных и болеепроизводительныхпоршневых машини различныхмеханизмовдля реализациивысокоскоростныхтехнологическихпроцессов втекстильной,обувной, пищевой,металлообрабатывающейи других отрасляхпромышленности.

Основы теорииуравновешиваниямеханизмовбыли заложеныв работах акад.И. И. Артоболевскогои затем успешноразвивалисьв областиуравновешивания:

1. Плоскихмеханизмов;

2. Пространственныхмеханизмов;

3. Механизмовс несимметричнымизвеньями;

4. Механизмамис переменнымимассами звеньев;

5. Механизмовмногоцилиндровыхмашин с одинаковымии неодинаковымишатунно-поршневымигруппами.

1) Наиболееполно разрешенызадачи статическогоуравновешиваниякак плоских,так и пространственныхмеханизмовс постояннымимассами и ссимметричнымизвеньями. Этизадачи решаютсяметодом приведенныхточечных массили методомвекторов главныхточек звеньев.

Однако в связис непрерывнымростом скоростейзвеньев снижениеуровня вибрацийи увеличениепроизводительностимеханизмовза счет толькостатическогоуравновешиваниястановитсяневозможным.Поэтому приходитсяприменять напрактике методыдинамическогоуравновешиваниямеханизмов.Полное решениеэтой задачивстречаетбольшие конструктивныетрудности.Однако точноеуравновешиваниев любом плоскоммеханизме ссимметричнымизвеньями и спостояннымимассами главноговектора и первойгармоникиглавного моментасистемы неуравновешенныхсил достигаетсяпростымиконструктивнымисредствами.

Например,для шарнирногочетырехзвенногомеханизманеобходимыдве корректирующиемассы, длякривошипно-ползунногомеханизма -одна корректирующаямасса и т. д.Качество такогоуравновешиванияплоских механизмовполучаетсявесьма хорошим.

2) Уравновешиваниепространственныхмеханизмовимеет в настоящеевремя важноезначение длямногих отраслейнародногохозяйства.Такие механизмывстречаютсяв самолетах,автомобилях,в приборахразличногоназначения,а также всельскохозяйственныхтекстильных,обувных, пищевыхи других машинах.Определениемомента неуравновешенныхсил и нахождениеусловий, прикоторых этисилы будутотсутствовать,представляетнесравненноболее сложнуюзадачу, чем вслучае плоскихмеханизмов,и требует длясвоего решения специальногоматематическогоаппарата.

В настоящеевремя теорияпространственныхмеханизмовразработананедостаточнои требует дальнейшегоразвития.

3) Механизмыс несимметричнымизвеньями частовстречаютсяв технике.Уравновешиваниеих имеет рядособенностей.

Решениезадачи уравновешиванияплоских механизмовс несимметричнымизвеньями впервыебыло полученов работе методомлинейно-независимыхвекторов, позволяющихнаходить величинуи координатыкорректирующихмасс. Этот методявляетсяперспективным,но и несколькосложным приуравновешиваниимногозвенныхмеханизмов.Поэтому методикауравновешиваниямеханизмовс несимметричнымизвеньями припомощи векторовглавных точекзвеньев и отрезковмеханизма,отличающаясяпростотой инаглядностью,что позволяетиспользоватьее для статическогои динамическогоуравновешиванияшарнирныхмеханизмовразличныхклассов и порядков.

4) Задача анализанеуравновешенныхсил, действующихв многоцилиндровыхмашинах, и ихуравновешиваниярешена в настоящеевремя наиболееполно. Но и здесьсуществуетцелый комплексразличныхзадач, требующихдополнительногоисследования.Например,практическийинтерес представляютособенностибалансировкиколенчатыхвалов с технологическимивтулками илибез них; явлениестационарногоизгиба коленчатоговала, возникающеепри некоторых условиях вмногоцилиндровыхмашинах дажев том случае,когда выполненыусловия внешнегоуравновешиваниясил первого,второго и болеевысоких порядков;требуют разрешениянекоторыезадачи поуравновешиваниюмногоцилиндровыхмашин с неодинаковымишатунно-поршневымигруппами и ряддругих задач.

5) Уравновешиваниемеханизмовс переменнымимассами звеньевпредставляетинтерес длямногих отраслейпромышленности,сельскогохозяйства итранспорта.

Переменнуюмассу могутиметь не толькороторы, но извенья механизмов.Примером роторас переменноймассой являетсябарабан, с которогосматываетсяили наматываетсястальная,текстильная,бумажная иликакая-либодругая лента.Примерамимеханизмовс переменноймассой могутслужить различныегрохоты, качающиесяконвейеры,виброзагрузочныеустройства,вагоноопрокидывателии др.

Точноеуравновешиваниемеханизмовс переменнымимассами достигаетсяпротивовесамис переменнымидисбалансами.На практикечасто применяетсяприближенное уравновешиваниетаких механизмовпростымипротивовесами.

В механизмахс переменнымимассами действуют,как известно,кроме активных,реактивныхи кориолисовых сил, еще такназываемыевариационныесилы, возникающиепри нестационарномотносительномдвижении массв системе, иимпульсивныесилы, возникающиепри отделенииили при добавлениимасс в кинематическойцепи механизма.

Исследованиюдинамики такихмеханизмовс переменнымимассами посвященыработы АртоболевскогоИ. И. , БессоноваА. П. И др.

IV

Важным вопросом,имеющим принципиальноезначение длябалансировочнойтехники, являетсявопрос о нормахточностиурановешиванияроторов, откоторых, какизвестно, зависят:уровень вибрациймашин и приборов;качествотехнологическихпроцессов;степень вредноговибрационноговоздействияна обслуживающийперсонал; ресурсподшипникови другие характеристики.

Один толькоперечень этихфактов показывает,что разработкаклассов, классовточности балансировкироторов являетсячрезвычайноважной задачейдля всех отраслейнародногохозяйства.

Как известно,в наше страневведен рядстандартови отраслевыхнормалей, вкоторых регламентированыостаточныедисбалансыля некоторых категорийроторов. Ониучитывают:допустимыйуровень вибраций,действующийна человека,силы возникающиев машине отсил упругости,электромагнитныхи др., а такжепервичныеошибки деталей,зависящие отпринятой системыдопусков ипосадок, дисбалансы,возникающиепри монтажеи во времяэксплуатациимашин, и воздействиевнешней среды.Учет приведенныхвыше факторовв конкретныхусловиях всегдасвязан с необходимостьюпроведенияисследований.

В настоящеевремя КомитетСтандартовСовета МинистровРФ утвердилГосударственныйстандарт №19534-74 “Балансировкател вращения.Термины” свведением егос 1.1.1975 г.

Этот стандарт,отражающийдостигнутыйуровень балансировочнойтехники какв нашей странетак и за рубежом,безусловнобудет способствоватьдальнейшемуповышениютехническогоуровня работпо уравновешиваниюмашин и приборов.

9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В проведеннойнаучной работебыла выявленаперспективаразвития данногонаправленияизучениябалансировочныхпроцессов.Базовая модельбыла взята изнаучной работы [13], выполненнойВ.В. Мартынюком,А.С. Родилоновым,А.А Павлюченко.Но в настоящейработе былоизмененоконструкционноеи измерительноеоснащение.Литые деталибыли замененысортовыми,измерительнаячасть с механическойна электрическую.

В литературно-патентномразделе былоизучено многоисточников,что позволилорешить многиепроблемы связанныес конструкциейстенда. Конструкцияразрабатываласьв соответствиис требованиямпринятыми [2(с. 530)]. Для проведенияконтроля процесса,были рассмотреныи изученылитературныеисточники[4,5,6]. В конечномэтапе был выбраноптимальныйдатчик дляизмеренияусилия.

Экспериментальнаяи конструкторскиечасти подробноознакамливаютс сутью готовойконструкции.В них заложенабаза для дальнейшеймодернизацииотдельныхузлов. Данатакже методикапроведенияэксперимента.Целесообразнопродолжитьработу в этомнаправлении.Для проведениялабораторныхработ это вялятсянеобходимым.

Раздел техникибезопасностипоказал чтоустановкаявляется безопаснойдля обслуживающегоеё персоналаи студентов.Выбранныеэлектрическиеустройства являются вбольшинствесмоем низковольтными.

В экономическойчасти необходимобыло исходитьк изготовлениюданного стендаиз наименьшихзатрат. Но вконечном итогеэто не должносказыватьсяна качествеи точностистенда. Выбранныйвариант оптимален.

Контрольосуществляетсясерийным датчиком,что являетсяудобным вобслуживаниии поверке.

Дальнейшимв перспективерекомендуетсяповышать точностьустановки. Дляэтого нужнорассмотретьи изучить новые,бесконтактныеметоды измерений.Интереснымтакже являетсянаправлениеразвития установокс газостатическимиопорами.

2. ЛИТЕРАТУРНО-ПАТЕНТНЫЙОБЗОР.

2.1Методыи средствабалансировки.

Дляудобствасопоставления[1]балансировочногооборудованиядля статическойбалансировкицелесообразноразделить его,в зависимостиот характераперемещенияоси ротора вовремя балансировочногопроцесса, напять основныхгрупп (табл.1).

Таблица1

Классификацияоборудованиядля статическойбалансировки

Nгр.	Характерперемещенияоси ротора	Типстенда (статическийрежим)	Условноеобозначение	Типстенда (динамическийрежим)	Условноеобозначение
1	Неперемещается	Роликовый Дисковый	СБС-1а СБС-1б	Снеподвижнымиопорами	СБД-1а
2	Перемещаетсяотносительн.неподвижнойточки	Сосферическойопорной Сподвеснойопорой	СБС-2а СБС-2б	-	-
3	Перемещаетсяотносит. неподвижнойточки	Весыс вертикальн.осью Весыс горизонтальнойосью	СБС-3а СБС-3б	Сгоризонтальнойосью колебания Свертикальнойосью колебания	СБД-3а СБД-3д

продолжениетаблицы 1

Nгр.	Характерперемещенияоси ротора	Типстенда (статическийрежим)	Условноеобозначение	Типстенда (динамическийрежим)	Условноеобозначение
4	Перемещаетсяв неподвижнойплоскости	Плоскопорал-лельный	СБС-4а	Намаятниковыхопорах Наастатическихмаятниковыхопорах Нагоризонтальныхмаятниковыхопорах	СБД-4а СБД-4б СБД-4в
5	Перемещаетсяв пространстве	-	-	Безжестких связей	СБД-5а

Условимсятакже обозначатьоборудование(станки, стенды,

и т.д.)для статическойбалансировки,работающиев режиме статики,буквами СБС,а оборудование,работающеев режиме динамики,буквами СБД.Далее к обозначениювида оборудованиябудем приписыватьпорядковыйномер группыоборудованияв соответствиис разбивкой,приведеннойвыше.

Каждаягруппа оборудованияделится, взависимостиот конструктивныхособенностей,на типы, которыеобозначаютсямалыми буквамиалфавита иприписываютсяк шифру, обозначающемуданную группу.При таком обозначенииполный шифроборудованиябудет отражатьвид, группу итип оборудования,т.е. характеризоватьданное балансировочноеустройствопо его основнымсвойствам.

Заметим,что пятая группабалансировочныхустройств,работающихв режиме статики,перспективнадля поплавковыхприборов, длякоторых определениестатическойнеуравновешенностиможет бытьосновано наположении осиротора в пространстве,если роторнаходится вовзвешенномсостоянии всоответствующейжидкости.

Оборудованиедля статическойбалансировкив динамическомрежиме охватывает4 системы балансировочныхмашин, в которыевходят семьизвестных типовоборудования,перечисленныхв табл.1.

Наибольшееприменениена практикенашли балансировочныестанки типаСБД-1а, СБД-4а,СБД-4б, СБД-4в иСБД-5а.

Следуетзаметить, чтобалансировочноеоборудование,работающеев режиме динамики,в зависимостиот величиныотношениячастоты балансировкиwксобственнойчастоте подвижнойсистемы балансировочногоустройстваw₀можетработать в трехрежимах:

вдорезонансномрежиме при w/w₀1;

врезонансномрежиме при w/w₀=1;

взарезонансномрежиме при w/w₀>1.

Однакозависимостьмежду статическойнеуравновешенностьюротора и перемещениемподвижной частибалансировочноймашины определяетсяобщими для трехрежимов математическимизависимостями,частные значениякоторых находятсяпутем подстановкичисловых значений,свойственных конкретномурежиму. Поэтомувведение этогопризнака вклассификациюне вносит чего-либонового. Следует заметить, чтонаряду со станками,работающимив динамическомрежиме принепрерывномвращении ротора,сюда надо отнестиустройства,в которых роторнаходится врежиме угловыхколебаний.

Практическинаиболеераспространеннымрежимом работыоборудованиявторого видаявляетсязарезонансныйрежим, режеиспользуетсядорезонансныйрежим и в редкихслучаях резонансныйрежим. Областьработы отдельныхтипов балансировочногооборудованиявторого видапоказана нарис.1,где графическипредставленазависимостьамплитуды xколебаний подвижнойсистемы станкаот относительнойскорости вращенияротора w/w₀.

Оборудованиепервого вида,т.е. работающеев статическомрежиме, простов эксплуатации,но требуетвысокой квалификацииоператора.Однако данныйвид оборудованияимеет ограниченнуюточность, таккак оно должноудовлетворятьдвум противоречивымтребованиям:опоры стендадолжны восприниматьвсю массу ротораи в то же времябыть чувствительнымик малым смещениемцентра массыротора.

х

м.м

.

1 2 3 w/w₀

рис.1

Настендах типаСБС-1 и СБС-4 приизменениинеуравновешенностиротора обычноиспользуютметод “обходагрузом” илиметод “пробныхгрузов”, чтоне дает высокойпроизводительности,а поэтому ихприменять вмассовом производственецелесообразно.Измерениевеличины иугловой координатынеуравновешенностина балансировочныхстанках типаСБС-2 и СБС-3 выполняетсяболее совершеннымспособом. Вчастности, настендах типаСБС-2 величинаи угловая координатанеуравновешенностиротора прочитываютсянепосредственнопо соответствующимшкалам. На стендахтипа СБС-3 измерениепараметровнеуравновешенностиротора можновыполнятьметодом “обходагрузом”, нообычно предпочитаютболее прогрессивныйметод “двухзамеров”. Методсводится кизмерениямнеуравновешенностиротора в двухвзаимно перпендикулярных положенияхнепосредственнона стенде, споследующимопределениемсуммарнойнеуравновешенностис помощьюспециальногоприспособления.Эти стендыиногда комплектуютсяустройствомдля удалениянеуравновешенности,что значительноповышаетпроизводительностьстатическойбалансировки.Оборудованиевторого вида,т.е. работающегов динамическомрежиме, используетсяв промышленностисравнительнонедавно и являетсяновым. Станкитакого видаобладают повышеннойточностью ипроизводительностью.Часто процессизмерения иустранениянеуравновешенностивыполняетсяв одном агрегате.Измерениевеличины иугловой координатыстатическойнеуравновешенностина балансировочныхстанках, работающихв динамическомрежиме, осуществляетсяэлектрическимметодом, путемизмерениявеличины и фазыэлектрическогосигнала, отражающегоколебанияподвижнойсистемы станкапри движениинеуравновешенногоротора. Иногдавеличины и фазыэлектрическихсигналовхарактеризуютреакции в опорахротора при егодвижении набалансировочномстанке. Дляполученияэлектрическихсигналов пользуютсяэлектродинамическимиили пьезоэлектрическимидатчиками тогоили иного типа.В редких случаяхдля определенияпараметровнеуравновешенностипользуютсяметодами механики,т.е. измеряютамплитудыколебанийподвижнойсистемы станкав момент резонанса.

Кустройствамнашего видаотносят стенды,называемыебалансировочнымивесами типаСБС-3а и СБС-3б.Стенды типаСБС-3 работаютв режиме статики,ось ротора прибалансировкеперемещаетсяотносительнонеподвижнойоси, поэтомуони относятсяк третьей группепервого видабалансировочныхустройств длястатическогоуравновновешивания.[1,т.2с.511]Стендытипа СБС-3 получилив производстведовольно широкоераспространение.В основномиспользуютсястенды типаСБС-3а, предназначенныедля статическойбалансировкидискообразныхроторов, имеющихпосадочноебазовое отверстие.Реже применяютсястенды типаСБС-3б для роторов,имеющих собственныеопорные шейки.

Впромышленностииспользуютсястенды типаСБС-3 различныхконструкций,но в основе ихлежит однапринципиальнаясхема - схемаобычных неравноплечныхрычажных весов,откуда и названиестендов - балансировочныевесы.

Рассмотримтиповую конструкциюбалансировочныхвесов с горизонтальнойосью типа СБС-3б,приведеннуюна (рис.2) и предназначеннуюдля уравновешиваниядисковых роторов,имеющих собственныеопорные шейки.Основнымичастями стендаявляются опорнаястойка 1 и коромысло4 с тремя подвижнымигрузами 2, 5, 8. Книжней частикоромыслаприкрепленыдве термообработанныепризмы 3, лежащиена опорах 9,укрепленныхна стойке 1.Коромысло 4 сприкрепленнойк нему платформой6 может повертыватьсяв вертикальнойплоскостивокруг оси,проходящейчерез точкуконтакта нижнейграни призмыс опорой.

Платформа6 снабжена сменнойоправкой, накоторую устанавливаетсябалансируемыйротор 7. Назначениегруза 5 состоитв том, чтобы,перемещая его,уравновеситьподвижнуюсистему стенда.При этом груз8 должен находитьсяв начальномположениикоромысла. Груз8 служит дляопределениявеличинынеуравновешенностибалансируемогоротора. Приэтом отсчетпроизводитсянепосредственнопо шкале коромысла,тарированнойв гсм.Иногда отсчетвеличинынеуравновешенностибалансируемогоротора производятпо индикатору,шкала которогопредварительнотарируетсяв гсм.Груз 2 служитдля регулировкичувствительностибалансировочногостенда; перемещаяего, добиваются,чтоб центртяжести подвижнойсистемы находилсянесколько нижеточки контактаопоры.

Стендобычно снабжаетсяприспособлениедля арретированияподвижнойсистемы и жидкостнымдемпфером дляускорениягашения собственныхколебанийподвижнойсистемы.

Демпферсостоит изподвижной части10, прикрепленнойк вертикальномувалу коромысла, бака 11, залитогомаслом.

Процессопределениявеличины иположенияцентра тяжестинеуравновешенногоротора напредварительноподготовленномстенде сводитсяк следующему.

Устанавливаютна оправкубалансируемыйротор 7, определяютвеличинунеуравновешенностиротора поворотомего на оправкидо максимальногоотклонениялевого плечакоромысла внизи уравновешиваютгрузом 8, добиваясь,чтобы Grs= G_yl,послеэтого отсчитываютвеличинунеуравновешенностипо шкале коромысла.Место противовесапри этом будетрасположенов плоскостиоси симметриикоромысла слевапротив неподвижногоуказателя.Отметив тяжелоеместо ротораи сняв его состанка, устраняютнеуравновешенность.Если станокснабжен индикатором,то отсчет величинынеуравновешенностипроизводяттем же методомнепосредственнопо максимальномуотклонениюстрелки индикатора.

Величинуи угловую координатунеуравновешенностиможно найтина основанииизмерениянеуравновешенностипо двум координатнымосям x,y, т.е.Gr_xиGr_y.Затем с помощьюспециальногоприспособленияможно определитьполную величинунеуравновешенности,используязависимость:

Gr_s= Ц((Gr_x)²+ (Gr_y)²); (1)

а угловоеположениецентра тяжестииз условия, что

tgb= Gr_x/Gr_x, (2)

гдеугол bотсчитываетсяот правогоплеча коромыслапротив часовойстрелки.

Балансировочныеустройствапри массовомпроизводствеснабжают расчетнымприспособлением.Величинунеуравновешенностии угловую координатуцентра массыпри балансировкеотдельныхроторов можнотакже найтиметодом обхода.В этом случае,установив роторна балансировочныевесы, измеряютвеличинунеуравновешенностив шести - восьмиравнорасположенныхугловых положениях.После этогостроят графикзависимостивеличинынеуравновешенностиот угловогоположенияротора Gr_s= f(b),используякоторый, определяютвеличинунеуравновешенностипо формуле:

Gr_s= (Gr_s)_max- (Gr_s)_min/2 ; (3)

угловуюкоординатунеуравновешенноститакже определяютиз графика, онабудет соответствоватьугловой координате(Gr_s)_max.

Остаточноесмещение центратяжести отбалансируемогоротора находитсяв пределах 5-10мкм. Чувствительностьбалансировочныхвесов ограничиваетсяналичием тренияв опорах. Практическичувствительностьбалансировочныхвесов определяетсярадиусом скругленияпризмы опорыr_ОП.

Примерыбалансировкина горизонтальныхвесах мы можемнаблюдатьсоответственнона (рис.3) В дальнейшемменяя оправкуможно использоватьодин и тот жестанок.

2.2Недостаткистатическойбалансировки.

Недостатокстатическойбалансировкизаключаетсяв том, что онане может обнаружитьнеуравновешенныепары сил и частоспособствуютих появлению,ухудшая темсамым сбалансированностьротора. Крометого, послестатическойбалансировки,даже при отсутствиинеуравновешенныхпар сил, всегдаостается значительныйостаточныйдисбаланс,обусловленныйсилами трения,действующимина цапфы балансируемогоротора во времябалансировочногопроцесса. Рассмотримнедостаткистатическойбалансировкина примерах.

Пустьротор турбогенератора имеет в плоскостяхдиска турбиныи балансировочногокольца некоторыедисбалансы:

ЅD₁Ѕ=ЅD₂Ѕ=D. (4)

Приэтом условиицентр массыSротора будетлежать на осивращения ипоэтому роторне будет поворачиватьсяво время егостатическойбалансировкина линейкахили на роликах,даже при наличииочень большихдисбалансовD₁и D₂.Таким образом,неуравновешенныйротор будетказатьсяуравновешенным.В действительностипри вращенииротора с частотойwна него будетдействоватьпара сил:

P=Dw² (5)

с плечом,равным l(рис.2),котораявызовет постоянныепо величине,но переменныепо направлениюдавления наподшипникиротора, равные:

Q_A=-Q_B= P l / L (6)

Этидавления ибудут служитьпричиной ненормальнойработы подшипников.

Допустимтеперь, чтонеуравновешенныйротор имееттолько одиндисбаланс D₁в плоскостидиска турбины,вызванный,например, егоэксцентричнойпосадкой навал. По этойпричине привращении роторас частотой wв плоскости,проходящейчерез центрмассы диска,должна возникнутьсила:

P₁=D₁w², (7)

котораявызовет динамическиедавления наподшипникиА и В, равныесоответственно(рис.2)

Q_A=P₁ a+ L / L = P₁85 + 340 / 340 »1,25P₁; (8)

Q_B= -P₁a / L = -P₁85 / 340 »-0,25P₁.

Еслипредположить,что статическаябалансировкаротора будетвыполненаабсолютно точнопутем прикреплениякорректирующеймассы в плоскостибалансировочногокольца, то тогдадинамическоедавления наподшипникиротора:

Q`<sub>A</sub>=-Q`_B =P₁l / L »P₁340 / 340 = P₁. (9)

Такимобразом, послестатическойбалансировкиротора динамическоедавление наподшипник Вувеличилосьв 4 раза. Такойрезультат мыполучили приусловии l= L ;если же будет l >Lи l 1.Отсюда следует,что за результатстатическойбалансировкинельзя поручитьсязаранее и сказать,насколько онаухудшит илиулучшитнесбалансированностьротора.

Рассмотримеще один пример.Представимсебе, что впредыдущемпримере дисбалансрасположенв одной плоскостис центром массыротора, и допустим,что балансировщиксовершеннобезукоризненновыполнил статическуюбалансировкупутем прикреплениякорректирующеймассы в плоскостинеуравновешенногогруза. В этомслучае неуравновешеннаяпара сил привращении роторане возникает,но тем не менеев плоскости,проходящейчерез центрмассы, все жеостанетсядисбаланс,обусловленныйтрением качения:

D_ост.=m r, (10)

где m- масса ротора;

r- коэффициенттрения качения.

ВеличинаостаточногодисбалансаD_ост.может получитьсянастолькозначительной,что в некоторыхслучаях онаоказываетсябольше величиныдопустимогодисбаланса.Так, например,в данном случаеостаточныйдисбаланс послестатическойбалансировкина линейкахможет быть

D_ост.=21,3 Ч0,005 Ч1000 =106,5 гсм

(коэффициентrдля стальноговала и стальнойопоры принимаемравным 0,005 см, амассу ротора21,3 кг)

вплоскости,проходящейчерез центрмассы ротора.Соответственноостаточныедисбалансыв плоскостяхколеса вентилятораи балансировочногокольца, которыевыбираютсяобычно дляразмещениякорректирующихмасс, будутсоответственноравны :

D_B= D_остЧc / b+c = 106,5 Ч136/ 275 = 53 гсм; (11)

D_К= D_остЧb / b+c = 106,5 Ч139/ 275 = 53,5 гсм.

Междутем допустимыедисбалансыв плоскостяхкоррекции, какпоказываютрасчеты, составляютдля этого ротора:

D_в.доп= 33 гсм ;

D_к.доп =19 гсм.

Изприведенныхпримеров следует,что статическаябалансировкане только нев состоянииобеспечитьуравновешиваниерассмотренноговыше роторатурбогенераторас необходимойточностью, ноне может ухудшитьего сбалансированность.Сделанный выводможно отнестико всем роторамбыстроходныхмашин, уравновешиваниекоторых должновыполнятьсяс заранее заданнойточностью.

Внастоящее времядля уменьшениявеличины D_остприменяютбалансировочныестанки, позволяющиесоздаватьвоздушнуюподушку междуцапфами ротораи опорами станка(рис.3.1).

рисунок3.1.

где: 1 - опора балансировочногостанка;

2,4-каналы дляподачи воздухапод давлением;

3 - цапфа ротора.

Еслиротор балансируетсяна подшипникахкачения, то дляуменьшенияостаточногодисбалансанаружнымикольцами подшипниковзадают вынужденныеколебания восевом направлениис частотой внесколько разбольшей частотывращения ротораи с амплитудой,определяемойосевым зазором(рис.4).

Наиболеесовременнымибалансировочнымистанками длястатическогоуравновешиванияроторов являютсястанки, позволяющиевести этотпроцесс вдинамическомрежиме, во времявращения роторас постояннойили переменнойчастотой, иизмерять послеустранениявлияния моментнойнеуравновешенностиглавный вектордисбалансовротора в плоскости,проходящейчерез центрего массы.

Натаких станкахроторы могутбалансироватьсястатическине только сзаранее заданнойточностью, нои осуществлятькомпенсациюдисбалансовв автоматическомили полуавтоматическомрежиме.

Однаконе следуетзабывать, чтоосновной недостатокстатическойбалансировки,заключающийсяв невозможностиобнаружитьмоментнуюнеуравновешенностьроторов, устранитьнельзя. Поэтомуобласть примененияв технике статическойбалансировкироторов весьмаограничена.

Внастоящее времястатическаябалансировкаиспользуетсядля уравновешиванияроторов дискообразнойформы, некоторыхузлов гироскопическихприборов идругих, а такжев том случае,когда единственнойцелью уравновешиванияявляется приведенияцентра массыдетали на осьвращения.

2.3Особенностинастройкиоборудованиядля статическойи динамическойбалансировки.

Статическаябалансировкапредставляетсобойспецифическуютехнологическуюоперацию,состоящую издвух этапов:измерениявеличины иугловой координатынеуравновешенности.Оборудованиедля статическойбалансировкидолжно иметьустройствадля измерениянеуравновешенностии ее устранения,причем лучшимвариантомрешения будетобъединениеэтих устройствв общем агрегате.Задачей балансировкиявляется получениестатическиуравновешенногоротора, поэтомуосновным,определяющимкачествоуравновешивания,будет эффективностьизмерениянеуравновешенности.Это накладываетна измерительныеприборы, атакжена устройстводля устраненияи на агрегатв целом рядтребований,для удовлетворениякоторых балансировочноеоборудованиедолжно обладатьсоответствующейразрешающейспособностью,точностью ипроизводительностью.

Внастоящее времяуравновешиваниероторов производитсяили в статическом,или в динамическомрежиме.

В первомслучае роторво время балансировочногопроцесса

толькоповорачиваетсяна небольшиеуглы, а во второмвращается спостояннойугловойскоростью.

Вбольшинствеслучаев балансировочноеоборудование,кроме специального,предназначенодля балансировкигруппы роторов,масса которыхизменяетсяв некотороминтервале.Измерительноеустройстводолжно обеспечиватьполучениезаданной точностина всем диапазоне,охватывающемданную группуроторов. Еслиизмерениепараметровстатическойнеуравновешенностиротора производитсяс помощьюбалансировочногоустройства,работающегов режиме статики,то точностьизмеренияопределяетсяуровнем ошибок,вносимых трением,возникающиммежду опорнымишейками ротораили его оправкии направляющими.При балансировкетрение препятствуетротору занятьоднозначноеположениеустойчивогоравновесияи этим ограничиваетчувствительностьбалансировочногоустройствак малым неуравновешенностям.Конструкциябалансировочногоустройствадолжна обладатьжесткостью,не допускающейдеформациюего при нагруженииротором. Качествообработки иточность изготовлениянаправляющих,точность установкиих в горизонтальнойплоскости,параллельностьи совпадениеосей опор также определяюткачество работыбалансировочногооборудованияпервого вида.

Приприменениибалансировочныхустройств,работающихв динамическомрежиме с использованиемэлектрическихспособов измерения,точность измерениянеуравновешенностипринципиальноопределяетсясоотношениеммежду уровнямиэлектрическихсигналов отпомех к сигналуот минимальнойнеуравновешенности,

которуютребуетсяизмерить.

Приизмерениинеуравновешенностив динамическомрежиме помехиимеют широкийспектр частоти возникаюткак от внутренних,так и от внешнихпричин. Поэтомубалансировочноеоборудование,работающеев динамическомрежиме, обычновключаетчастотно-избирательноеустройстводля исключенияили по крайнеймере существенногоснижения влияниявнутреннихи внешних помех.Конструкциябалансировочногоустройствадолжна бытьтакой, чтобына качествебалансировкине сказывалисьвнутренниепомехи, возникающиекак при работесамого устройства,так и вследствиеработы окружающегооборудования.Поэтому какмеханическаясистема, таки измерительнаячасть не должныдопускать

возникновениясущественныхвнутреннихпомех, снижающихточность измерениянеуравновешенности.Уровень помехдолжен бытьзначительнониже уровнядопускаемойостаточнойнеуравновешенности.

Вотношениивлияния внешнихвибраций накачество балансировкиследует иметьв виду, что кромеустраненияих влияния

припомощи частотно-избирательныхустройствтребуетсяпредусмотретьзащиту отпроникновенияв механическуюсистему помехс частотой,соответствующейскорости вращенияротора прибалансировке.

Современноебалансировочноеоборудованиедолжно обеспечиватьточность ипроизводительностьпри установкиего

непосредственнона общей плитепола производственногопомещения илина междуэтажныхперекрытияхпроизводственныхзданий. В отдельныхслучаях балансировочныемашины устанавливаютна обособленномот производственногопомещенияфундаментеили делаютспециальныевиброизолирующиеустройства.

Чащевсего статическойбалансировкеподвергаютдисковые роторы,не имеющиеопорных шеек,и установкаих на балансировочныйстанок выполняетсяс применениемтехнологическоговала, называемогооправкой. Собственнаянеуравновешенностьоправки и погрешностьее изготовлениятакже вносятошибки в измерениепараметровстатическойнеуравновешенностиротора. Так,например,

смещениеоси оправкиотносительноее шеек прибалансировкев статическомрежиме, или осиоправки относительнооси шпинделяпри балансировкев динамическомрежиме, на 0,01 ммвносят ошибкув процессеизмерениявеличинынеуравновешенностиротора, равную 1гр.*см/ кг.

Следовательно,балансировочноеоборудованиедолжно иметьустройство,позволяющееисключитьвлияние собственнойнеуравновешенностиоправки илишпинделя наточность

измерениястатическойнеуравновешенностиротора.

Конструкциябалансировочногооборудованиядолжна обеспечиватьудобный отсчетвеличины угловойкоординатынеуравновешенности.Визуальныйотсчет параметровнеуравновешенностипо шкалам прибороввносит дополнительныепогрешностии снижает точностьи производительностьбалансировки.Поэтому желательно,чтобы показателиизмерителейвеличины иугловой координатынеуравновешенностификсировалисьавтоматическии не требовализаписи илизапоминания.

Настройкаоборудования,работающегов статическомрежиме, несложнаи сводится кточной установкеего в горизонтальнойплоскости,тщательнойвыверке параллельностинаправляющихи обеспечениюсовпаденияосей опор. Настройкаоборудования,работающегов динамическомрежиме, сложнееи обычно осуществляетсяс помощью эталонныхроторов и контрольныхгрузов и контрольныхгрузов. Так,измерительную систему оборудования,работающегов динамическомрежиме, обычнонастраиваютна рабочуючастоту, устанавливаютмасштаб измерениявеличины иотсчет угловой координатынеуравновешенности.Обычно перенастройкастанка на роториной весовойкатегориитребует заменыоправки и эталонногоротора. Операцияпо изготовлениюи уравновешиваниюэталонныхроторов являетсятрудоемкой,дорогостоящейи требует высокойквалификацииоператора.Поэтому дляупрощенияналадки оборудованияв конструкцииего желательнопредусматриватьустройстводля электрического эталонирования.Хотя это и усложняетэлектроизмерительнуючасть, однаконаличие такогоустройстваисключаетнеобходимостьизготовлениядорогостоящихэталонныхроторов. В случаепримененияэлектрическогоэталонированияв качестверотора длянастройки можетбыть использовандаже ротор,подлежащейбалансировке.Это особенноважно в условияхмелкосерийногопроизводства,где приходитсявыполнятьчастую перестройкуоборудования,так как иметьспециальныенастроечныероторы в этомслучае нецелесообразно.

Балансировочноеоборудованиеи связанноес ним устройстводля удалениянеуравновешенностидолжны бытьнадежны. Следовательно,механическаясистема балансировочногоустройствадолжна бытьпростой, несложнойи надежной вэксплуатации,не требующейточной выверкиили установки,состоять повозможностииз унифицированныхузлов и деталей,легко заменяемыхпри поломке и износе.

Измерительнуюсистему такжежелательновыполнять изунифицированныхблоков, собранныхиз стандартныхдеталей.

Механическуюи измерительнуюсистемы необходимозащищать отпроникновениявлаги, металлическойпыли, стружкии попаданияв движущиесячасти другихпостороннихпредметов.Процесс установки,крепления исъема балансируемыхроторов должен быть простыми обеспечивать надежное креплениеротора. Балансировочноеоборудованиеоснащаетсятакже соответствующимизащитными ипредохранительнымиустройствами.

2.4 Призмы.

Дляминимальногоконтакта междуопорами вбалансировочномстанке целесообразноиспользоватьпризмы.

Различаютопорные, грузоприемныеи концевыесоединительныепризмы.

Призмыпри помощикоторых рычагиопираются наподушки илисерьги, называютопорными. [3]

Призмы,воспринимающиенагрузку отплатформы илидругих рычагов,называютгрузоприемными.

Наконец,призмы передающиенагрузку, надругой рычагили на коромысло,носят названиеконцевых, илисоединительных.

Призма,несущая в себегиродержатель,по существутакже являетсягрузоприемной,но ее чаще называютконцевой призмойкоромысла илипризмой гиредержателя.

Призмыизготовляютиз высокоуглеродистойстали с содержаниемуглерода ниниже 0,75 - 0,85 % (маркаУ - 8); для весоввысокой точностиприменяетсяагат и ему подобныематериалы.

Стальныепризмы бываютсамых различныхпрофилей, нонаиболеераспространенычетыре профиля:квадратный (рис. 4);

пятиугольный(рис.5);

треугольный(рис. 6);

игрушевидныйс углом привершине 60⁰(рис.7).

Призмызаделываютсяв рычаги либопо всему периметру- закрытые призмы,либо толькона одну третьвысоты - открытыепризмы.

Закрытыпризмы по способукрепленияделятся [3]на:

1. консольные- заделанныес одного концаи нагруженныеравномернойнагрузкой повсей длине;

2. двухконсольные- заделанныев серединедлины и нагруженныеравномернойнагрузкой собоих концовили сосредоточеннойнагрузкой поконцам;

3. двухопорные- заделанныев середине инагруженныесосредоточеннойнагрузкой;

4. заделанныепо концам инагруженныеравномернойнагрузкой повсей среднейчасти;

5. заделанныевблизи концови нагруженныедвумя сосредоточеннымисилами.

Закрытыепризмы следуетрассчитыватьна: срезывание,изгиб и контактныенапряженияв рабочем ребрепризмы.

Прирасчете насрезывание,напряжениеs_Sопределяетсяпо формуле: дляконсольнойпризмы

s_S= Q/ F ; (12)

длявсех остальныхпризм

s_S= Q/ 2F, (13)

гдеQ- расчетнаянагрузка;

F- площадь сеченияпризм.

Расчетоткрытых призмна срезываниеи изгиб не ведется,так как этипризмы испытываюттолько деформациюсмятия подошвыи рабочегоребра, в которомвозникаютконтактныенапряжения.

Расчеткак открытых,так и закрытых призм на контактныенапряженияв рабочем ребреведется на 1пог.см лезвия (табл.2)

таблица2

Контактныенапряженияв вершинах.

Типвесов	Наименованиепризм	Конт.напряженияв кг на1 пог. см
Неравноплечие	Призмыкоромысла	100
передвижные	Призмырычагов	400
Автомобильныевесы	Призмыкоромысла	100
	Призмырычагов	900

В весахвысокой точностипризмы закрепляютсяустановочнымивинтами непосредственнов гнездах (рис.8),или в специальных регулируемыхкаретках (рис.9).

Нарис.9 изображенузел крепленияпризмы конструкции“Эталон”.Регулируемаякаретка 1 крепитсяна плече коромысла2 при помощидвух штифтов3 и винта 4. Наверхней частикаретки 1 вцилиндрическойвпадине находитсяседло 5 с хвостовиком,в который упираютсяустановочныевинты 6 и 7.

Винтами6 устанавливаетсятребуемоеположениепризмы в горизонтальнойплоскости, апри помощивинтов 7 регулируетсядлина плеча.

Дляустановкипараллельностипризм служитпланка 8, котораяповорачиваетсявокруг втулки9 и закрепляетсяв требуемомположениивинтом 10. Эта установкапроизводитсяпри помощивинтов 11, проходящимичерез выступы12 планки 8.

Вконструкции“Госметр” узлакрепления призм(рис. 10) конец плечакоромыславыполняетсяс выемкой, накоторой устанавливаетсякаретка 1; радиусэтой выемкименьше радиусавыпуклостив каретке, вследствиечего кареткаопирается накоромысло вчетырех точках:двух спередии двух сзади.

Внижнюю частькаретки ввинчен2 с проточкойв средней части.В эту проточкуупираютсясвоими концамидва установочныевинта 3, ввинченныев выступы 4коромысла.

Приэтом способекрепленияобеспечиваетсянадежное соединениекаретки с коромысломи требуемоеположение призмв горизонтальнойплоскости.

Призма5 укреплена вкаретке четырьмявинтами 6. Этивинты соприкасаютсяс призмой коническойчастью своихголовок.

Винты6 служат дляустановленияпараллельностипризм. Креплениепризм при помощиклиновогозажима, применяетсяв весах длябольших нагрузок.

Дляобеспеченияхорошей работывесов необходимо,чтобы призмабыла твердойи в то же времяне была хрупкой.

Этосвойство можетбыть обеспеченотолько прихорошем качествестали, из которойизготовляютсяпризмы, и приправильнойтермическойобработке.

3. Подушкии щечки.

Всепризмы опираются,а также воспринимаютили передаютнагрузку черездетали, называемыеподушками.

Подушкилибо заделываютсяв стойки илисерьги на тугуюпосадку, либовкладываютсяв эти детали(самоустанавливающиесяили качающиеся).

Подушки,которые заделываютсяна тугую посадку,обычно изготовляютсяиз высокоуглеродистойстали специальногопрофиля.

Внастоящее времязапрессованныеподушки вытесняютсясамоустанавливающимися подушкамипочти во всехвидах весов.

Этопроисходитпотому, чтопрактическитрудно запрессоватьподушку так,чтобы призмасоприкасаласьс ней по всейдлине лезвия.Обычно призмасоприкасаетсяс подушкой либос одного, либос другого конца,что ведет кувеличениюконтактныхнапряженийи к выкрашиваниюпризм.

Присамоустанавливающихсяподушках призмасоприкасаетсяс подушкой повсей длинелезвия и потомуслучаев выкрашиваниябывает значительноменьше.

Самоустанавливающиесяподушки бываютдвух типов:штампованные,предохраняемыеот выпадениящечками, специальнымипрокладкамии штифтами,проходящимичерез серьги,и фрезерованные,которые предохраняютсяот выпадения при помощиштифтов, проходящихчерез подушку.

Подушкидля весовгрузоподъемностьюдо 3 твключительноизготовляютиз малоуглеродистойстали с последующейцементацией,а для весовбольших нагрузок- из высокоуглеродистойстали.

В весахдля небольшойнагрузки размерыподушек выбираютсяконструктивно,так как всегдаобеспечиваетсябольшой запаспрочности.

У весовс большой предельнойнагрузкойследует проверитьразмеры подушекосновных рычаговна скалываниепо формуле:

s_S= Р / bhs (14)

где s_S- напряжениена скалывание;

Р-- приложеннаянагрузка;

b– длина подушки;

h– высотаподушки в опасномсечении;

R_s- допускаемоенапряжениена скалывание.

Закалка,шлифованиеи полировкаподушек и щечекпроизводитсятакже, как призм,но твердостьих должна бытьвыше, так как,если призмыбудут тверже,то они выработаютв подушках илищечках углубление,и весы потеряютчувствительность,в связи с возросшимтрением.

В этомслучае, когдапризмы мягчечем подушкиили щечки топри работевершины ихпостепеннозакругляютсяи, хотя чувствительностьвесов в этомслучае такжеснижается, нов значительноменьшей степени.

Детали,называемыещечками (рис.11),предохраняютподушку отвыпадения иудерживаютпризму от сдвигас подушек.

В весахс предельнойнагрузкой до3т –из малоуглеродистойстали, но стальнымзакаленнымвкладышем вместе соприкосновенияс острием призмы.

4. Тензорезисторы.

Внастоящее времяширокое распространениеполучают методыи средстватензометрии,позволяющиеосуществлятьконтроль иизмерениебольшого числапараметров[4].Эти методы исредства используютсяв большинствеотраслей техникии во многихотраслях науки.

Устройства(приборы, установки,системы и т.п.),позволяющиеосуществлятьэлектротензометрирование,т.е. измерениеэлектрическимиметодами деформацийтвердых тел,называютсяэлектрическимитензометрами.Электрическийтензометр(электротензометрическаяустановка)состоит извоспринимающегоустройства,передающегоустройстваи индикатора(регистрирующегоприбора).

Главнойчастью воспринимающегоустройстваявляетсячувствительныйэлемент, непосредственновоспринимающийизмеряемуювеличину.Измерительнаяустановкаблагодарядействию всехвходящих в неёэлементовпозволяетзарегистрироватьсоответствующуюнеэлектрическуювеличину (вданном случае-- момент), воспринятую первичнымэлементом.Конструктивнооформленныйчувствительныйэлемент носитназваниепреобразователя,а в тензометрическойаппаратуресоответственно– тензопреобразователя.

В основуработы тензопреобразователеймогут бытьположены различныепринципы, напримергенераторныеили параметрические.Генераторныетензопреобразователив процессеизмерениявырабатываютэлектродвижущуюсилу или заряд,а в параметрическихпреобразователяхв процессеизмеренияпроисходитизменениепараметровэлектрическойцепи, в которуювключентензопреобразователь.Генераторныетензопреобразователи(например,пьезоэлектрические) не нашли широкогопримененияв тезометрированиии используютсяглавным образомдля качественныхисследований.

Параметрическиетензопреобразователиполучили значительноераспространение.К ним относятсяемкостные,индуктивныепреобразователии преобразователисопротивления.

Наиболеешироко средипараметрическихпреобразователейиспользуютсятензопреобразователейиспользуютсятензопреобразователисопротивления– тензорезисторы,которые совместнос аппаратурой,предназначеныдля работы сними.

Общийвид прикрепленногок объектупроволочноготензорезисторапоказан нарис.12. Проволочнаярешетка, представляющаясобой ряд петель1, укреплена (спомощью клея или лака специальногосостава) к подложке3; к концам решеткиприпаяны (приварены)выводы 4, с помощьюкоторых тензорезисторподключаетсяв измерительнуюсхему. Тензорезисторприклеиваетсяк объекту 2 истановится(благодарясвоим малымразмерам иничтожноймассе) как быодним целым,вследствиечего деформацииобъекта воспринимаютсяпроволочнойрешеткой, являющейсячувствительнымэлементом этогопреобразователя.

Деформацияобъекта вызываетдеформациюпроволочнойрешетки тензорезистора,в результатекоторой изменяютсягеометрическиеразмеры и физическиесвойства решетки.

Относительноеизменениесопротивлениятензорезистораопределяетсяформулой:

DR/ R = Dl / l (1 + 2m)+ Dr/ r (15)

где R-сопротивлениетензорезистора,Ом;

l- длинапроволоки, м;

r-удельноесопротивлениематериалапроволоки, Ом*м;

m-коэффициентПуассона дляматериалапроволоки.

Основнымихарактеристикамитензорезистораявляются егоактивноесопротивлениеR_Д,его база L (см. рис.12) и коэффициенттензочувствительностиК, в соответствиис формулой (7)равный:

К = (DR/ R)/ (Dl / l)= (1 + 2m)+ (Dr/ r)/ (Dl / l) (16)

Дляприготовленияпроволочныхрешеток используютсяматериалы,имеющие высокоезначение коэффициентатензочувствительностии малое значениетемпературногокоэффициентасопротивления.

Наиболеечасто в качествематериала дляпроволочныхтензорезисторовиспользуетсяконстантан,элинвар, карми изоэластик.

Наибольшеераспространение в отечественнойтензоизмерительнойтехнике получилитензорезисторыиз специальнойконстантановойтензометрическойпроволокидиаметром 0,025– 0,035 мм,разработаннойНаучно - исследовательскимконструкторскиминститутомиспытательныхмашин, приборови средств измерениямасс (НИКИМП),институтом“Гипроцветметобработка”и подольскимзаводом “Микропровод”.

Запоследние годызначительныхуспехов достиглатехника полученияразличныхполупроводниковыхматериалов,широко используемыхв радиотехническойпромышленности,что открылоширокие перспективыв решении проблемыразработкии изготовления полупроводниковыхтензорезисторов.

Полупроводниковыетензорезисторы,сохраняя рядпреимуществ,присущих проволочнымфольгированнымтензорезисторам(ничтожнаямасса, малыеразмеры), имеютзначительнобольшуютензочувствительностьи высокий уровеньвыходногосигнала измерительныхсхем (в рядеслучаев этопозволяетупростить либоупразднитьусилительнуюаппаратуру).Важнейшейособенностьюполупроводниковыхтензорезисторовявляется возможностьизменения вшироких пределахих механическихи электрическихсвойств, чтопринципиальнонеосуществимов проволочныхи фольгированныхтензорезисторах.Например, приодних и тех жегеометрическихразмерахсопротивлениеполупроводниковоготензорезистораможет лежатьв пределах отдесятков омдо десятковкОм,а коэффициенттензочувствительности– от 100 до + 200 и выше.

Полупроводниковымтензорезисторам,технологииих изготовления,опыту эксплуатации,конструированиюна их базе различноготипа преобразователей,перспективамих использованияи другим вопросампосвященаобширная периодичнаяи патентнаялитература.

Наибольшеераспространениеу нас в странеи за рубежомполучили кремниевыеи германиевыетензорезисторыp-иn-типов.

ВНовосибирскомэлектротехническоминституте(НЭТИ) под руководствопроф. А.Ф. Городецкогобыли разработаныкремниевыетензорезисторытипа “нэтистор”из кремния p-иn-типов с выводамииз золота. Набазе этих разработокосвоены первыепромышленныеобразцы полупроводниковыхтензорезисторов.

Внастоящее времятензорезисторыприменяютсяне только дляизмерениялинейных деформаций(напряжений),но и другихвеличин: сил,ускорений,давлений, вибрацийи др. В этом случаетензорезисторвыполняет лишьроль первичного(чувствительного)элемента, асами преобразователифизическихили механическихвеличин, какправило, дополняютсяупругими элементами.Преобразованиеизмеряемойнеэлектрическойвеличины вэлектрическийпараметр припоследовательноммногоступенчатомпреобразованиив общем видеописываетсясложной функцией:

y= f₁(e)= f₁[f₂(x)], (17)

гдеу - электрическийпараметр(сопротивлениетензорезистора);

х -измеряемая неэлектрическаявеличина;

e- линейная деформациявспомогательногоупругого элемента.

Законыпреобразованиялинейной деформациив изменениесопротивлениятензорезисторов[e=f₂(х)]изучены . Менееизучены свойстваи характеристикиупругих элементов,осуществляющихпервичноепреобразованиефизическихвеличин в линейнуюдеформацию,воспринимаемуюдалее проволочными,фольговымиили полупроводниковымитензорезисторами.Вид упругогоэлементапреобразователя:балка, мембрана,пружина различнойжесткости идр. – определяетназначениепреобразователяв целом, а деформируясьи частотныесвойства упругогоэлемента –чувствительностьпреобразователяи применимостьего для исследованиядинамическихпроцессов.

Приподборе иликонструированиипреобразователейдля измеренияфизическихили механическихвеличин необходимоудовлетворятьдвум требованиям:

а)получать наибольшую,достаточнуюдля работытензометрическойаппаратурычувствительность;

б)обеспечитьвысокую собственнуючастоту упругихэлементов,исключающуюпоявлениечастотныхпогрешностей.

Этитребованиявыполняютсяпротиворечивымиконструктивнымимерами, и увеличениечувствительностибольшинстваупругих элементовпропорциональноуменьшает ихсобственнуючастоту.

Обычнов зависимостиот задач измерениявыбираетсяпреобразователь(разрешающаяспособность)которого вполнедостаточнадля измеренияи регистрацииисследуемогопроцесса спогрешностью,не превышающейзаданной. Этоусловие, например,при использованиитензорезисторовзаписываетсяследующимобразом :

e_ср.>e_minдоп, (18)

где e_ср.– деформация,воспринимаемаяразмещеннымна упругомэлементетензорезистороми средняя егодлине (базе);

e_minдоп,- минимальнаядеформация,достаточнаядля регистрацииданным тензоизмерительнымтрактом спогрешностьюне выше допустимой

Искомаядеформацияe_ср.для некоторыхтиповых упругихэлементов –балок и мембран– может бытьопределенана основезависимостей,проводимыхв соответствующихкурсах илисправочниках.

Отсутствиечастотныхпогрешностейопределяетсярешениемдифференциальногоуравнениявынужденныхколебанийупругих элементов

Анализуравненийдвижения, показывает,что коэффициентдинамичностинесущественноотличаетсяот единицы (сошибкой менее1%) при выполненииследующегонеравенства:

w₀>(8 ё10) w (19)

где w₀–собственнаячастота упругойсистемы;

w-- частота исследуемогопроцесса (высшаяучитываемаягармоническаясоставляющая).

Дляупругих систем,отличающихсязначительнымзатуханием(наличием трения,демпфирование,материал сбольшим внутреннимтрением), превышениесобственнойчастоты надчастотой исследуемогопроцесса можетбыть уменьшенодо 3 – 4. В этомслучае удаетсяпрактическиисключитьинерционныепогрешностии при собственнойчастоте упругогоэлемента расширитьчастотныепределы измерений.

Какотмечено быловыше, широкоеприменениеполучили измеренияразнообразныхфизическихвеличин с помощьюпреобразователей,использующихтензорезисторыв качествепервичных(чувствительных)элементов. Иесли совсемнедавно измеренияс помощью тензорезисторовсопротивлениясчиталисьдостаточногрубыми, то снастоящее времяэлектротензометрированиеиспользуетсяи при точныхизмерениях,вплоть допрецизионных.Так например,тензометрическиепреобразователиприменяютсяпри весо- исилоизмерениях.

Привесоизмеренияхиспользуютсякак наклеиваемыетензорезисторы,так и тензорезисторыс проволокойна свободныхподвесах.

В НИКИМПразработанряд тензопреобразователейс нагрузкамиот 100 кгсдо 1000 тс,использующихспециальныетипы наклеиваемыхтензорезисторов,в Институтеавтоматики– силоизмерительныетензопреобразователи с номинальнымиусилиями от1 до 250 тс,использующиебесклеевыетензорезисторы.За рубежом сило- и весоизмерительныетензопреобразователивыпускаютсяфирмами “Hotinger”,“Philips”,“Simens”идр.

Серийныйвыпуск электротензометрическихвесов, сило- ивесоизмерительныхтензопреобразователейналажен наКиевском заводепорционныхавтоматов им.Ф.Э. Дзержинского(силоизмерительныебесклеевыетензопреобразователи типов ДСТБ-С,ДСТВ-С и др.) наОдесском заводеим. Старостина(тензометрическиевесы: крановые,бункерные ит.п., разработанныев ОПИ под руководствомА.С. Радчика) ина Краснодарскомзаводе тензометрическихприборов(силоизмерительныетензопреобразователитипа ТДС счувствительнымэлементом ввиде наклеенныхполупроводниковыхтензорезисторов)

Фирма“Simens”выпускаеттензометрическиесилоизмерителивысокой точностис упругимиэлементамив виде двухпараллельныхбалок, используемыев торговыхвесах (предельныенагрузки от13 до 600 кгс).

В статье[5]приводитсяописаниесилоизмерительноготензопреобразователяиз монокристаллакремния, в которомиспользуетсяинтегральнаямикросхема.Также рассмотренсилоизмерительныйпреобразовательс чувствительнымэлементом изстеклоткани,на которуюнаклеены проволочныетензорезисторы.Эти преобразователиприменяютсядля измерениямалых нагрузок.

Современныесило- и весоизмерительныетензопреобразователипозволяютвыполнятьизмерения спогрешностью,не превышающие0,5%. Имеются сведенияо тензопреобразователях,позволяющихвыполнять иболее точныеизмерения (спогрешностью0,1 – 0,2%).

Дляизмерениядавлений широкоиспользуютсятензопреобразователис проволочными,фольговымии полупроводниковымитензорезисторами,причем благодарявысокому верхнемучастотному пределу полупроводниковыетензорезисторыв последнеевремя сталивсе чаще применятьсяв преобразователяхдля измерения давлений (впервую очередьдинамическихдавлений).

Дляизмерениядавлений используютсяв основном двавида упругихпреобразователей:мембраны ицилиндрическиеоболочки . Некотороеприменениедля измерениястатическихдавлений находятпреобразователи,построенныена базе обычногоманометра струбкой Бурдона.

Мембранныепреобразователидавлений вкачестве упругогоэлемента имеютмембрану –тонкую пластинку,нагруженнуюс одной стороныизмеряемымдавлением р. Упругая пластинказакрепляетсяпо контуру, ина поверхности,противоположнойтой, на которуюдействуетдавление,располагается тензочувствительныйэлемент. Обычноприменяютсякруглые пластинки,причем их жесткостьи геометрическиеразмеры выбираютсятакими, чтовлиянием цепныхнапряженийможно пренебречь.

Еслииз-за большихнагрузок илинедостаточнойжесткости мембрана получаетбольшие прогибы,то на изгибныенапряжениянакладываютцепные напряженияи линейностьзависимостимежду давлениемри относительнойдеформациейe_Дна поверхностинарушается.

Большоевлияние накачество работымембранногопреобразователядавлений, линейностьего функциипреобразованияи чувствительностьоказываетстепень заделкимембраны поконтуру. Обычноследует стремиться к жесткой заделке,ибо при этомсоздаютсяоптимальныеусловия расположенияна мембранетензочувствительногоэлемента иобеспечиваетсяболее высокаясобственнаячастота самоймембраны.

Тензочувствительныеэлементы могутбыть выполненыв виде проволочных,фольговых илиполупроводниковыхтензорезисторов.

Расчетчувствительностимембранногопреобразователядавления производитсяв следующемпорядке:

а)определяютсяизгибающиемоменты втангенциальноми радиальныхсечениях;

б)находятсядеформациипо направлениюрадиуса понормали к радиусу;

в)определяютсясредние интегральныедеформациитензочувствительных элементов придействии расчетногодавления.

Дляжестко заделаннойпо контурумембраны изгибающиемоменты в радиальноми тангенциальномсечениях будут:

М_r= p/16 [R²(1+m)- r²(3+m)]; ь (20)

M_t= p/16 [R²(1+m)- r²(3+3m)]; ю

где р – распределенноедавление намембрану;

m--коэффициент Пуассона дляматериаламембраны;

R– радиус мембраны;

r–радиус точкимембраны, длякоторой вычисляютсяМ_rи M_t.

Соответствующиенапряженияs_rиs_tидеформацииe_rи e_tна поверхностимембраны вточке с радиусомrнаходятся иззависимостей:

s_r= 6M_r/ t²= 3p / 8t²[R²(1+m)- r²(3+m)]; ь (21)

s_r= 6M_r/ t²= 3p / 8t²[R²(1+m)- r²(3+3m)]; ю

e_r= 1 / E (s_r- ms_t); (22)

e_t= 1 / E (s_n- ms_t), (23)

гдеЕ – модуль нормальнойупругости дляматериаламембраны;

t– толщинамембраны.

Подставляяв последниеуравнениязначения s_rиs_t,окончательноможно записать:

e_r= (3p/ 8t²)(1 - m²/ E) (R²- 3r²); ь (24)

e_t= (3p/ 8t²)(1 - m²/ E) (R²- r²). ю

Длямембраны, свободноопертой поконтуру, деформациив точке с радиусом rможно найтипо формулам:

e_r= (3p / 8Et²)[R²(3 - 2m²)- r²(3 - 3m²)] ь (25)

e_t= (3p / 8Et²)[R²(3 - 2m²)- r²(1 - m²)] ю

Дальнейшеерешение сводитсяк определениюабсолютнойDl_ди относительной(средней) e_ср= Dl_д/ l_ддеформацииучастка мембранына длинетензочувствительногоэлемента l_д.Исходнымиданными дляэтого решенияявляются приведенныевыше зависимостидля e_rиe_tи геометрическаяформа решетки.

Дляцентральногопрофиля:

Dl_д= 2^r0т₀e_rdr = (3p / 4Et²) [r₀(1- m²)(r₀²- R²)/ Е ] ь (26)

e_ср= (Dl_д/ l_д)=(3p / 8Et²) [ (1- m²)/ Е(R²-r₀²)] ю

Собственнаячастота в герцах(основной тон)жестко заделанноймембраны определяетсяпо зависимости,полученнойЮ.А. Шиманским:

f₀= 1,57 ЦEh³/ 12R⁴m₀(1 - h²) (27)

гдечерез m₀обозначенамасса единицыплощади мембраны.

Собственнаячастота мембраны,свободно опертойпо кромкам,

f₀= 0,94 ЦEh³/ 12R⁴m₀(1 - h²) (28)

Внекоторыхслучаях икинематическуюсхему преобразователядавления вводитсяеще один упругийэлемент, напримервторая мембранаили консольнаябалка (рис.13), накотором располагаетсятензочувствительныйэлемент.

а) б)

Рис.13Применениевторого упругогоэлемента

а-дополнительноймембраны

б-консольнойбалки

Подобноеконструктивноерешение являетсярациональнымпри быстропеременныхнагревах мембраны,когда не удаетсяобеспечитьхорошую термокомпенсациюпри расположениирабочего икомпенсационноготензорезисторовна самой мембране.

Дляопределениячувствительноститакого преобразователянаходится силаF, передаваемаяот наружноймембраны квнутреннемуупругому элементу.Эта сила можетбыть найденаиз условияравенствапрогибов мембраныи дополнительногоупругого элемента.

Еслив качестведополнительногоупругого элементаиспользуетсятакже мембрана,то выражениедля деформацийв радиальноми тангенциальномсечениях этоймембраны вточке с радиусомrимеютвид:

e_r= (3F / 2pt²) [(1-m²)(ln R/r - 1) / E ] ь (29)

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

Еслив качестведополнительногоупругого элементаиспользуетсяпризматическаяконсольнаябалка, то средняядеформациятензоэлемента,расположенноговдоль балкибудет :

e_ср.= 6F(l - x_Д) / E bh² (30)

гдеl,d, h – длина,ширина и толщинабалки;

х_Д– расстояниеот серединытензоэлементадо заделки,обычно равноеполовины базытензорезистора.

Приведенныевыше зависимостидля чувствительностии собственныечастоты упругихэлементовиллюстрируютобщее оченьважное в практическомпримененииправило : наибольшейчувствительностипреобразователянезависимоот его типа присохранениидостаточновысокой собственнойчастоты можнодостигнутьвыбором материалас низким модулемупругости. Длялюбых упругихэлементов призаданных нагрузкахдеформацияна поверхностив месте установкитензорезистораобратно пропорциональнамодулю нормальнойупругости. Чтокасается собственнойчастоты, то принеизменныхгеометрическихразмерах упругогоэлемента онападает, нопропорциональноотношениюмодулей упругостив степени 1 / 2 . Этоуменьшениечастоты легкокомпенсируетсяизменениемгеометрическихразмеров упругогоэлемента (например,увеличениемтолщины). В целомпри заданнойсобственнойчастоте преобразователяего чувствительностьпри использованииматериаловс низким модулемупругостивозрастает.

Вкачестве основногочувствительногоэлемента возможноиспользование серийныхтензопреобразователей.Преобразовательсостоит изизмерительного блока и электронногоустройства.Преобразователиразличныхпараметровимеют унифицированноеэлектронноеустройствои отличаютсялишь конструкциейизмерительногоблока.

Измеряемыйпараметр подаетсяв камеру измерительногоблока и линейнопреобразуетсяв деформациючувствительногоэлемента иизменениеэлектрическогосопротивлениятензорезисторовтензопреобразователя,размещенногов измерительномблоке.

Электронноеустройствопреобразователяпреобразуетэто изменениесопротивленияв токовый выходнойсигнал.

Чувствительнымэлементомтензопреобразователяявляется пластинаиз монокристаллическогосапфира с кремниевымипленочнымитензорезисторами(структураКНС), прочносоединеннаяс металлическоймембранойтензопреобразователя.

Схемапреобразователя Сапфир 22ДАпредставленана рис.14.

Тензопреобразователь4 мембранно-рычажноготипа размещенвнутри основания9 и отделен отизмеряемойсреды металлическойгофрированноймембраной 8.

Мембраны8 и 14 по наружномуконтуру приваренык основанию9 и соединенымежду собойцентральнымштоком 6, которыйсвязан с концомрычага тензопреобразователя5 с помощью тяги13. Измеряемоедавление подаетсяв камеру 7; полость12 вакуумированаи герметизирована.

Фланец10 уплотнен спомощью прокладки3.

Воздействиеизмеряемогодавления вызываетпрогиб мембраны8, изгиб мембранытензопреобразователя4 и изменениесопротивлениятензорезисторов.Электрическийсигнал оттензопреобразователяпередаетсяиз измерительногоблока в электронноеустройство1 по проводамчерез гермовывод2.

3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯЧАСТЬ.

3.1 Описаниеэкспериментальнойустановки.

Лабораторныйстенд для статическойбалансировкипредназначендля проведенияна нем лабораторныхэкспериментов.Он представляетсобой сварнуюконструкциюиз профилейпроката. Станокразмещаетсяна лабораторномстоле в классе.Для установкиуровня горизонтальнойповерхностина стендепредусмотренынастройки.Подвижная частьстенда размещенана раме. Подвижнаярама опираетсяна призмы.Коэффициенттрения которыхочень низок.Здесь такжепредусмотренанастройкасоосностиверхней гранипризмы с центральнойосью вращенияротора. Этонеобходимодля повышенияточности измерения.Призмы стендаизготовленыиз инструментальнойстали У8. Ониподвергнутыопределеннойтермическойобработке.Испытуемыйвал размещаетсяна опорныхV-обраных призмах.Проще говоряустановкапредставляетсобой неравноплечныенеуравновешенныевесы. С однойстороны настенде размещенаизмерительнаячасть. Онапосредствомрычагов связанас чувствительнымэлементом.Призмы и опорыдолжны точнособираться,для предотвращенияпогрешностиизмерения. Длянадежногоудержанияизмерительнойчасти в "замке",здесь предусмотренаконструкциейпружина растяжения.В качествечувствительного элемента здесьиспользуютсяпрмышленныйдатчик Сапфир22ДА. Он преобразуетмеханическиймомент в электрическоесопротивление.Это необходимодля последующихпреобразованийвыходногосигнала. Последатчика сигналпоступает наэлектронныйусилительсигнала. Онпоставляетсяв комплектес датчикогмСапфир 22ДА. Вкачестве вторичногоприбора используетсяуниверсальныйэлектронныйвольтметр, свысокой точностьюизмерения.Питание усилителяпроизводитсяот источникапостоянногопитания 36В. Всеисользуемоеоборудованиедолжно агрегатнои эргономичнораспологатьсяна рабочейповерхностилабораторногостола. Все узлыуправлениядоступны ипросты. Питаниеустановкиосуществляетсяот сети 220В переменноготока. Все подведенныеэлектрическиекабеля заизолированны.О подачи питаниясигнализируетлампочка нащитке питания.И еще лампочки-индикаторына самих измерительныхприборах. Установкатакже заземлена.

3.2 Методикапроведенияэкспиремента.

На практикепроцесс статическойбалансировкироторов припомощи устройствс призматическимиопорами выполняютв пять стадий:

1. грубаябалансировка;

2. точнаябалансировка;

3. выбор расположенияи величинырабочих уравновешивающихгрузов;

4. установкаи креплениерабочих уравновешивающихгрузов;

5. контролькачествабалансировки.

Грубая балансировкавыполняетсяс целью устраненияявной неуравновешенностиротора безучета силсопротивления,препятствующихколебанию вопорах. Грубаябалансировкапроизводитсяследующимобразом. Роторпомещают настенд так, чтобыего ось располагаласьгоризонтальнои перпендикулярнопризматическимопорам. Желательночтобы роторбыл одет насобственныйрабочий вал.В случае невозможностивыполненияэтого требованияротор крепитсяна специальноизготовленнуюоправку. Есливал ротораимеет разныедиаметры опорныхшеек, то на меньшуюиз них вытачиваютвыравнивающуювтулку. В исходномсостоянии роторрасполагаютв опорах призмы.Под действиемстатическогомомента роторбудет передаватьмомент наизмерительнуюрамку. В томслучае еслиротор, помещенныйна балансировочноеустройство,не создаетначальногомомента, егонеобходимоповернуть (влюбую сторону)на 90⁰.

Если быотсутствовалисилы сопротивления,припятствующиекачению рамкив опорах, тоего сещенныйцентр тяжестирасполагалсябы в самой нижнейточки траекториидвижения, т.е.в нижней частивертикали,пересекающейсяс осью вращения.В реальныхусловиях центртяжести роторабудет находитьсявблизи точкиравновесия.Для установленияположениясмещенногоцентра тяжестина торцевойповерхностиротора, послетого как онзаймет нулевоймомент, наноситсямеловая черта1 рис. 3.1, котораядолжна совпадатьс вертикальной

рис. 3.1

линией, опущеннойиз центра вращения.Затем роторповарачиваютв любую сторонуна 90⁰(при этом метка1 займет горизонтальноеположение слеваили справа отоси вращения)и предоставляютсоздавать емумомент на рамке.При максимальноммоменте, отмечаютновое местометкой 2. Операциюпроводят ещераз, при этомротор раполагаютна опорах такимобразом, чтобыисходная метканаходиласьв горизонтальнойплоскости сдругой сстороныот оси вращения.После затуханияколебательныхдвижений ротораположениеравновесияотмечаютметкой 3. Далееполагают, чтосмещенный центртяжестилежитна линии, являющейсябиссектрисойугла, заключенногомежду метками2 и 3. Эту линиюобозначаютметкой 4 (гдерасположенцентр тяжести),называетсятяжелой.

Противоположнаяот оси вращенияротора называетсялегкой. Затемприступаютк к устранениюявной статическойнеуравновешенностиротора. Дляэтого роторориентируютна балансировочномустройстветаким образом,чтобы метка4 находиласьв горизонтальнойплоскости. Клегкой сторонеротора в удобномместе (как правилона боковойповерхности)прикрепляютуравновешивающийгруз такойвеличины, прикотором наротор перестаетдействоватьстатическиймомент. Приэтом моментна рамке долженбыть практическистремитьсяк нулю. Величинауравновешивающегогруза подбираетсяопытным путем.

Признакомправильностиподбора величиныуравновешивающегогруза являетсянулевой моментна датчике, прирасположенииметки 4 в горизонтальнойплоскости каксправа, так ислева от осивращения. Дляуравновешиванияудобно пользоватьсялибо небольшимимагнитами 1-3г.(если роторизготовлениз магнитоупругогоматериала),либо пластелином,прилепляемыммелкими порциямик выбранномуместу на поверхностиротора.

Выполняягрубую балансировкуследует придерживатьсяследующихправил:

— плоскостькоррекции(плоскостьперпендикулярнаяоси вращения,в которойрасполагаетсяцентр массыуравновешивающегогруза) должналибо проходитьчерез центрмассы ротора,либо располагатьсяна незначительномудалении отнего;

— уравновешивающийгруз желательнопомещать втаком месте,чтобы былоизвестно илиудобно былозамерять расстояниеот оси вращениядо центра массыгруза;

— место расположенияуравновешивающегогруза по возможностидолжно совпадатьс местом расположениярабочегоуравновешивающегогруза.

Если последнеетребованиевыполняется,то отпадаетнеобходимостьпересчетяамассы уравновешивающегогруза при изменениирадиуса егорасположенияотносительнооси вращения.

После устранениянеуравновешенностиротора приступаютк выполнениювторой стадии— точной балансировки.Точная балансировкаосуществляетсяс целью устраненияскрытой неуравновешенностиротора, котораяиз-за наличиясил, не создаетмомента надатчике. Силысопротивлениямоменту могутбать обусловленыразличнымипричинами:негоризонтальностьи непараллельностьпризматическихопор; недостаточнаятвердость иплохое качествообработкирабочих поверхностейпризмы и подушки;наличие деффектов(царапин и вмятин) и загрязнений(пыли, липкихвеществ) наопорах; прогибвала и т.д. Точнаябалансировкавыполняетсяследующимобразом. Торцеваяповерхностьротора см. рис.3.2 делится на 8,12, или16 равныхсекторов. Линии,делящие торцевуюповерхностьна сектора,нумеруютсяпо порядку.Направление

рис. 3.2

Определениескрытой неуравновешенностиротора

m — массапробного груза, i — обозначениеположения

ротора; а —разбивка роторана сектора, б— диаграмма

разбалансировкиротора.

нумерации линий можетбыть произвольным:по часовойстрелке илипротив. Роторс прикрепленнымк нему уравновешивающимгрузом поварачиваюттаким образом,чтобы линияпод номером1 оказалась вгоризонтальнойплоскости. Кбоковой поверхностиротора напротивлинии 1 прикрепляютпробный грузтакой величины,масса которогодостаточна(без избытка)для выводфаротора из состоянияравновесия.Величину пробногогруза, приводящегок разбалансирокиротора, определяютопытным путем,посредствомприкрепленияк ротору мелкихпорций пластилинало тех пор, покаон не придетв движение.Затем грузснимают и взвешиваютна весах с точностьюдо десятыхдолей грамма.Аналогичныеоперации поочередновыполняют длявсех другихположенийротора, обозначенныхномерами. Полданным о величинепробных грузов,вызывающихдисбалансротора в егоразличныхположениях,строят диаграмму(см. рис. 3.2). Подиаграммеопределяютмаксимальную(m_max) иминимальную(m_min) массупробного груза,необходимогодля выводаротора из равновесия.Там, где распологаетсягруз наибольшейвеличины, находитсялегкая сторонаротора, а в томместе, гдеустанавливаетсягруз наименьшейвеличины, находитсятяжелая сторонаротора. Следуетподчеркнуть,что грузы m_maxи m_minдолжны находитьсяв диаметральнопротивоположныхточках. Дляустраненияскрытой неуравновешенностиротора на еголегкрй сторонеприкрепляюткорректирующийгруз, массакоторого определяетсяпо формуле:

m_k =0,5 (m_max - m_min) (31)

Момент сопротивления(трения), обусловленныйсилами, припятствующимивозникновениюмомента надатчике, составляет:

Mтр.= m_kg R_k (32)

где R_k — расстояниеот центрамассыкорректирующегогруза до оси

вращения ротора.

Суммарнаясила сопротивления(трения), действующаяв месте контактапризмы с подушкойопоры, составляет:

Fтр. = Mтр. /r = 2m_kg R_k / d (33)

Отношениесилы сопротивленияк весу роторахарактеризуетчувствительность устройстваи определяеткачество балансировкиротора:

d= Fтр. / G = 2m_kR_k / m_Rd (34)

Второй этапбалансировкисчитают законченным,если определенывеличина иместо устанрвкикорректирующегогруза. посленего пристунаютк определениюместа расположенияи величинырабрчегоуравновешивающегогруза. Дляобеспеченияработоспособностиротора в процессеэксплуатациинеобходимозаменить срееменныеуравновешивающийи корректирующийгрузы однимрабочим грузом,который будетнаходитьсяна роторе постоянно.Материал рабочегогруза, его месторасположенияи вид соединенияс ротором должнывибиратьсяс учетом безопасности,надежностии долговечностиоборудования.Принемаетсяво вниманиетребованиек технологичностиремонтно-восстановительныхопераций, например,удобство крепленияи подбора груза.На практикепри выполненииремонта оборудованиянаибольшееприменениеполучили следующиеспособы устранениянеуравновешенностироторов:

— креплениерабочего грузак легкой сторонеротора посредствомнеразъемныхсоединений (сварка, пайка,клепка);

— креплениерабочего грузак легкой сторонеротора посредствомразъемныхсоединений(резьб, зажимов);

— удалениеизбыточнойчасти материалас тяжелой стороныротора посредствомсверления илишлифовки.

Последнейстадией статическойбалансировкиявляется контролькачествауравновешиваемогоротора. Этастадия выполняетсяследующимобразом. Роторпосле установкирабочегоуравновешивающегогруза вновьпомещаетсяна балансировочныйстенд. Правильноотбалансированныйротор долженпребывать всостоянииравновесияв любом положении.Поворачиваяротор на различныйугол, следуетубедиться втом, что он небудет создаватьстатическогомомента. Еслиданное требованиевыполняется,процесс статическойбалансировкисчитают законченным.В противномслучае процессбалансировкиповторяется.

4. КОНСТРУКТОРСКАЯЧАСТЬ, НАИМЕНОВАНИЕ.

4.1 Конструкцияи принцип действия

Балансировочныйстенд представляетсобой сврнуюконструкциюиз профилейпроката. Установкасостоит изнесколькихосрновныхчатей. Это рама,на которойраполагаетсяосновной узел.Это рабочаяплатформа сизмерительнойрамкой. Подвижнаячасть стендаразмещена нараме. Подвижнаярама опираетсяна призмы.Коэффициенттрения которыхочень низок.Здесь такжепредусмотренанастройкасоосностиверхней гранипризмы с центральнойосью вращенияротора. Этонеобходимодля повышенияточности измерения.Призмы стендаизготовленыиз инструментальнойстали У8. Ониподвергнутыопределеннойтермическойобработке.Испытуемыйвал размещаетсяна опорныхV-обраных призмах.Проще говоряустановкапредставляетсобой неравноплечныенеуравновешенныевесы. С однойстороны настенде размещенаизмерительнаячасть. Онапосредствомрычагов связанас чувствительнымэлементом.Призмы и опорыдолжны точнособираться,для предотвращенияпогрешностиизмерения. Длянадежногоудержанияизмерительнойчасти в "замке",здесь предусмотренаконструкциейпружина растяжения.В качествечувствительного элемента здесьиспользуютсяпрмышленныйдатчик Сапфир22ДА. Он преобразуетмеханическиймомент в электрическоесопротивление.Это необходимодля последующихпреобразованийвыходногосигнала. Последатчика сигналпоступает наэлектронныйусилительсигнала. Онпоставляетсяв комплектес датчикогмСапфир 22ДА.

В качествевторичногоприбора используетсяуниверсальныйэлектронныйвольтметр, свысокой точностьюизмерения.Питание усилителяпроизводитсяот источникапостоянногопитания 36В. Всеисользуемоеоборудованиедолжно агрегатнои эргономичнораспологатьсяна рабочейповерхностилабораторногостола. Все узлыуправлениядоступны ипросты. Питаниеустановкиосуществляетсяот сети 220В переменноготока. Все подведенныеэлектрическиекабеля заизолированны.О подачи питаниясигнализируетлампочка нащитке питания.И еще лампочки-индикаторына самих измерительныхприборах. Установкатакже заземлена.

4.2 Расчеттехническойхарактеристики.

Полагая чтонаша установка являетсяэкспереметальной,и многие данныемогут бытьполучены толькоопытным путем,мы оперируемданными приведеннымив литературныхисточниках.

4.3 Расчеты напрочность.

Для обеспечениянеобходимойточности измеренийвеличина прогибана верхнейизмерительнойплите должнасоставлять0,05 от всей длины.Универсальроеуравнение дляопределенияпрогоибовбалки:

w(z)= w₀+ q₀z + 1 /EJ [M₀z² / 2! + Q₀z³ / 3! — qz⁴ /4!] (31)

Из условияравновесия:М₀= М_А= - lP

Q₀= R_A = Pw₀

Так как начальнаякоординатасовпадает сбалкой, то : w₀= 0; q₀= 0.

Тогда уравнениепрогибов надлине l будет:

w(l)= 1 /EJ [-l *P* l²/ 2! + P l³ / 3!] (32)

w= 300/ 2*10¹¹ *89,4 * 10^-8 *2*(-5/6 * 0,68³) =0,000219 m

0,000219 m

Условиепрочностивыполняется.

рис. 4.1

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Стенд с аппаратомдля изученияпроцессовстатическойбалансировкипредназначендля учебныхцелей и проведенияна нем лабораторныхзанятий.

Ориентировочныйсрок эксплуатациистенда 3 года.

Для изготовленияи монтажа стенданеобходимынекоторыепокупные изделияи материалы.Потребностьв материалахи оборудованииприведена втаблице 6.1.

В расчетеучтены амортизационныеотчисленияс установки.

Накладныерасходы приэксплуатацииустановкисоставят 30 % отстоимостиустановки. Внакладныерасходы включаютсярасходы насодержаниеобслуживающегоперсонала иизготовлениестенда.

Таблица 6.1

Стоимостьоборудования,сырья и материаловна созданиестенда

Поз.	Наименование	Ед.измерения	Кол.	Цена за единицу, руб.	Общая стоимость, руб.
1.	Сырьеи материалы
1.1	Электроэнергия	кВтЧч	5	0,12	0,60
1.2	Болтыи гайки	кг	1	6,25	6,25
1.3	Швеллер№10 ГОСТ8240-72	п/м	3	2,41	7,23
1.4	Швеллер№8 ГОСТ8240-7	п/м	2	2,40	4,80
Поз.	Наименование	Ед.измерения	Кол.	Цена за единицу, руб.	Общая стоимость, руб.
1.5	Уголокравнополочный№4 ГОСТ 8509-72	п/м	2	2,10	4,40
1.6	Уголокравнополочный№3,6 ГОСТ 8509-72	п/м	1	2,10	2,10
1.7	Уголокравнополочный№2,5 ГОСТ 8509-72	п/м	2	2,00	2,00
1.8	Пружина	шт.	1	5,00	5,00
1.9	Стальлистовая	м2	0,5	6,00	3,00
1.10	Призмадля валов	шт.	4	15,00	60,00
1.11	Подушкапод призму	шт.	4	20,00	80,00
1.12	Опорапод вал	шт.	2	20,00	40,00
1.13	Регулировочнаяопора	шт.	2	30,00	60,00
1.14	Электродсварочный	шт.	20	1,00	20,00
1.15	Проводсоединительныймедный в изоляциидвужильный	м	10	2,00	20,00
	итого:				319,58
2.	Приборыи оборудование
2.1	Преобразовательпервичный“САПФИР 22ДА”	шт.	1	160,00	160,00
2.2	Преобразовательвторичный“САПФИР 22ДА”	шт.	1	140,00	140,00
2.3	ВольтметруниверсальныйВ7-16А	шт.	1	700,00	700,00

продолжениетабл. 6.1

Поз.	Наименование	Ед.измерения	Кол.	Цена за единицу, руб.	Общая стоимость, руб.
2.4	Блокпитания 22БП-36	шт.	1	300,00	300,00
2.5	Блок-автоматс тепловымреле	шт.	3	50,00	150,00
	итого:				1450,00
	Суммарные затраты				1769,58

При эксплуатацииустановкипотребляется 5 кВтЧч электроэнергии,что составит98 рублей.

Установкадля статическойбалансировкиявляетсяисключительнолабораторнымстендом и использоватьсяв качествепромышленнойустановки неможет. Нормарасходов насодержаниеи эксплуатациюстенда составляет8% от общей стоимостизатрат.

После суммированиязатрат общаястоимость ирасходы наэксплуатациюустановкисоставят 1859,66рубля.

5. ТЕХНИКАБЕЗОПАСНОСТИ

СогласноСНиП II - 68 - 78 , “Нормыпроектированиявысших учебныхзаведений”лабораторииследует размещатьпо возможностив цокольныхэтажах.

В лабораториидолжна предусматриватьсясистема горячегои холодноговодоснабженияи канализация.

Площадьлабораториидолжна бытьне менее 60 м².

Рассматриваемаялабораторияпрочностиоборудованияотвечает всемвышеперечисленнымтребованиям.

5.1. Анализпотенциальноопасных и вредныхфакторов лабораториипрочностиоборудования.

В лабораториипрочностиоборудованияимеются опасныеи вредные факторы,которые приопределенныхусловиях могутпривести ктравме илиухудшениюздоровья людей,находящихсяв ней.

Все эти факторывызваны определеннымиусловиями испецификойпроведенияработ в лаборатории.При определенныхусловиях этифакторы могутстать опасными. Основной опасныйфактор этопоражениеэлектрическимтоком. Поэтомунеобходимопри разработкилабораторныхстендов учитывать это начинаяс первой стадиизаканчиваяпуско-наладочнымиработами. Такжев лабораторииесть вероятностьтравм от вращающихсячастей машини механизмов.

Переченьопасных и вредныхфакторов показанна рис. 5.1 а такжеприведен втаблице 5.2.

Таблица 5.1

Характеристикапомещения

Наименова- ние	Категорияпо ОНТП-24-86	Категорияи группа взрывоопаснойсмеси	Класс помещенияпо электроопасности	Группапроизводсвныхпроцессов поСНиП 2.09.04-87
Лабораторияпрочности оборудования	В	—	С повышеннойопасностью	1-а

Таблица 5.2

Анализ опасныхи вредных факторовлаборатории

Наименование установки	Вредныйфактор, обозначениена схеме	Параметры,причины
Печь	Повышеннаятемпература(Т) Повышенноенапряжение(Н)	(50-600ОС)нормальныйрежим работы (220 В)аварийныйрежим работы
Наименование установки	Вредныйфактор, обозначениена схеме	Параметры,причины
Установкадля определениякритическойскорости вала	Повышенноенапряжение(Н) Движущиесячасти (ДЧ)	(220В) аварийныйрежим работы
Аппаратдля перемешиванияжидких сред	Повышенноенапряжение(Н) Повышенныйшум (Ш) Повышенноедавление (Д)	(220 В) аварийныйрежим работы (35дБ) нормальныйрежим работы (0,1 МПа)аварийныйрежим работы
Барабанныйсмесительсыпучих материалов	Повышенноенапряжение(Н) Движущиесячасти	(220 В) аварийныйрежим работы
Стенддля статическойбалансировкироторов	Повышенноенапряжение(Н)	(220 В) аварийныйрежим работы

Как видноотсюда кромепораженияэлектрическимтоком естьвозможностьполучить термическийожег от печи.

На рис. 5.1 приведенасхема стендадля статическойбалансирокивалов находящейсяв лаборатории(см. рис. поз. 5).

Стенд длястатическойбалансировкивалов представляетсобой конструкциюсварного типа1 из сортовогопроката рис5.2. Сигнал дибалансапередаетсяс механическойчасти установкина электрическийтензодатчик2. Оттуда сигналуже идет напервичныйпреобразователь3, т.е. усилитель.А непосредственнос преобразователясигнал уже идетна вторичныйприбор 4, работающийот сети 220В. Питаниепреобразователяосуществляетсяот блока питания5, который такжезапитан от сети220В. Необходимаздесь надежнаяизоляция проводки,и заземлениевсей установки.

Рис. 5.1 Вредныеи опасные факторыэкспериментальныхустановоклабораториипрочностиоборудования.

1 — печь; 2 —установка дляопределениякритическойскорости вала;

3 — аппаратдля перемешиванияжидких сред;4 — барабанныйсмесительсыпучих материалов;стенд для статическойбалансировкивалов;

6 — рабочиестолы; 7 — столпреподавателя;8 — складскоепомещение;

ДЧ — движущиесячасти; Д — повышенноедавление; Ш —повышенныйуровень шума;Т — повышеннаятемпература;Н — повышенноенапряжение.

Экспериментальнаяустановка дляисследованияпроцессовперемешиванияжидких средимеет цилиндрическийкорпус изорганическогостекла, расположенныйна двух опорах и заполненныйдистиллированнойводой с температурой20^ОС.В аппаратенаходятся триперемешивающихустройства,которые приводятсяво вращениедвигателямипостоянноготока и запитаннымиот электрическойсети 220 В. Поэтомуимеется возможностьпоражениячеловекаэлектрическимтоком высокогонапряжения.В процессеперемешиванияв аппарат спомощью системывпрыска вводитсяс большой скоростьюраствор повареннойсоли (трассер). Для созданиядавления привводе трассераиспользуетсякомпрессор.После проведенияэксперимента жидкость изаппарата сливаетсяв сливной бак для утилизации.

Рис.5.2 Схемастенда длястатическойбалансировкироторов.

1 — стенд длястатическойбалансировки;2 — тензопреобразователь;3 — первичныйпреобразователь;4 — вторичныйприбор; 5 — блокпитания.

5.2. Освещение

Освещениедолжно осуществлятьсяискусственными естественнымпутем [ ].

Естественноеосвещениеосуществляетсячерез четыреокна в стене.Искусственноеосвещениепредназначенодля освещениярабочих меств темное времясуток или принедостаточноместественномосвещении. Оносоздаетсядополнительнымиисточникамисвета.

Помещениепо задачамзрительнойработы относитсяк I группе.

Световойпоток необходимыйдля работы влаборатории

F = Е_Н ЧS Чk Чz / h= 300 Ч60 Ч1,2 Ч1,3 / 0,65 = 43200 лм,

где : S = 60 м²- площадь помещения

Е_Н= 300 лк - нормируемаяосвещенность

k = 1,3 - коэффициентзапаса

z = 1,2 - коэффициентнеравномерностиосвещения

h= 0,65 - коэффициентиспользованиясветовогопотока

расстояниеот потолка дорабочей поверхности

Н_О= Н — h_p= 3,5 — 1 = 2,5 м;

где : Н - высотапотолка; h_p- высота столов;

Расстояниеот потолка досветильников

h_c =0,2 H_O = 0,2 Ч2,5 = 0,5 м;

Высота подвесанад рабочейповерхностью

Н_р= Н_О —h_c = 2,5 —0,5 = 2 м;

Расстояниемежду светильниками

a= 1,5 ЧН_р =1,5 Ч2 = 3 м;

Количествосветильников

n = A ЧB / a²= 6 Ч10 / 3² = 7 принимаем n= 8

Подбираемпо табл. 2.8. [ ] лампылюминесцентныеобщего назначения ЛБЖ 110 исходяиз требуемогосветовогопотока 5400 лм

световойпоток, лм 5600

напряжениена лампе, В 90

мощность,Вт110

ток лампы,А3,5

средняяпродолжительностьгорения, ч5000

По табл. 2.1. [ ] выбираем типсветильника ЛСП 02 — 2 х 80 / Д20

5.3. Отопление

В лабораториипредусматриваетсяводяное отоплениес радиаторамии конвекторамипри температуретеплоносителя 80^ОС(однотрубнаясхема отопительныхтрубопроводов)

5.4. Пожарнаябезопасность

В рассматриваемойлабораторииимеются источникивозникновенияпожара. В основномэто электрооборудование,поэтому привозникновениизагорания дляпредотвращенияраспространенияогня и тушенияего предусмотреныследующиепервичныесредствапожаротушения:

— огнетушители ОУ — 5 1 шт.

ОП — 5 1 шт.

— ящик с пескомвместимостью 0,5 м³ илопата [ ]

5.5. Техникабезопасности

— к работев лабораториидопускаютсялица прошедшиеинструктажпо техникебезопасностии сдавшие зачетпреподавателю.

— работаразрешаетсяпри наличиихалатов настудентах илаборантах.

— при проведениилабораторныхработ следуетсоблюдатьправила электробезопасности[ ] при работес электрооборудованием(электродвигатели,контрольно-измерительныеприборы). Каждаяустановкадолжна иметьзаземление,все токоведущиечасти должныиметь надежнуюизоляцию.

— все движущиесячасти установкинаходятсявнутри аппарата,поэтому запрещаетсявключать питаниеустановки соснятыми крышкамиаппарата.

— Запрещается:

1. самостоятельноделать какие-либопереключенияв системе электрообеспечения.

2. покидатьвключеннуюустановку приотсутствиилаборанта илипреподавателя.

3. самостоятельнопроводитьработы на установке.

7. Автоматизациябалансировочногопроцесса.

Технико-экономическиерасчеты показываютцелесообразностьавтоматизациибалансировочныхопераций.

Кроме экономическойэффективностиавтоматизациядает возможностьс успехом разрешитьряд организационныхзадач.

Балансировочнаяоперацияхарактеризуетсятем, что контрольеё качестваосуществляетсяна том же оборудовании,что и сама операция.

Обеспечитьстабильноекачество балансировкив крупносерийномпроизводствеможно толькопри примененииавтоматизации.Номенклатурадеталей, подлежащихбалансировке,достаточноширока. К нимследует отнестивращающиесядетали автомобильныхдвигателей,роторы гироскопови многие другие.

Такжекак и при другихтехнологическихпроцессах,задачи балансировкив крупносерийноми массовомпроизводственаиболее экономическицелесообразнорешать мс помощьюспециальногооборудования,конструкциякоторого определяетсямногими факторами.К наиболеесущественнымиз них следуетотнести типуравновешивания,технологическийэтап уравновешивания,систему координатпри уравновешивании,способ удалениянеуравновешенноймассы, степеньавтоматизации,направлениеоси изделияпри уравновешиваниии др.

В зависимостиот техническогоуровня производстваи технико-экономической целесообразностив балансировочныхстанках можетприменятьсяразличнаястепень автоматизациипроцесса измеренияи механизацияустранениянеуравновешенности.

При этомперенос необходимыхданных наисполнительнуюпозицию дляустранениядисбалансаосуществляетсяоператоромпо выходнымданным приборов.В наиболеесложных случаяхприменяетсяполная автоматизация,включающаяавтоматизациюизмерения,переноса данныхна исполнительнуюпозицию, устранениянеуравновешенности,подналадкисистемы иавтоматизациютранспортировки.Несмотря набольшое многообразиесхем и конструкцийавтоматическогобалансировочногооборудования,они могут бытьприведены кдвум основнымобобщеннымфункциональнымсхемам:

системаавтоматическогоуравновешиванияпри устранениидисбалансас неподвижнойдетали (САУН);

системаавтоматическогоуравновешиванияпри устранениидисбалансас вращающейсядетали (САУВ).

1

2 3

4

рис. 7.1

На рисунке7.1 представленафункциональнаясхема стенддля статическойбалансировки роторов. Схемастенда представляетсобой неуравновешенныевесы. В одноплечо из которыхвключентензопреобразователь4, на которыйсигнал возникновениядисбалансапоступает отплеча весов.Усилие от перемещенияштока чувствительногоэлемента преобразуетсяв изменениеэлектрическогосопротивления.По проводникуэтот сигналпоступает вэлектронныйпреобразователь2, где сигналдатчика преобразуетсяв стандартныйсигнал от 0-5мА.Далее мы егоможем зарегистрироватьна вторичномприборе 3. Усилительу нас включенот блока питания1, с напряжениемпитания 36В.

Тензопреобразовательмембранно-рычажноготипа рис.7.2 размещенвнутри основанияи отделен отизмеряемойсреды мембраной.

Мембраныпо наружномуконтуру приваренык основаниюи соединенымежду собойштоком 2, которыйсвязан с концомрычага тензопреобразователя1.

рис.7.2 Тензопреобразователь

Воздействиеизмеряемогодавления вызываетпрогиб мембраны,и соответственноизменениесопротивлениятензопреобразователя.

рис.7.3 Электронныйпреобразователь.

Электронныйпреобразовательсмонтированна трех пластинах 4, 5, 13 рис.7.3, размещенвнутри специальногокорпуса 3, закрыткрышками 2, 6уплотненнымирезиновымикольцами.Преобразовательимеет сальниковыйкабельный ввод11, клеммнуюкоробку19 дляприсоединенияжил кабеля,винт 1 для присоединенияэкрана, в случаеиспользованияэкранированногокабеля, и болтзаземлениякорпуса.

Корректоры9 и 10 служатсоответственнодля плавнойнастройкидиапазона и“нуля” выходногосигнала.

Перемычка16 служит дляступенчатогосмещения “нуля”,перемычка 17-для ступенчатойнастройкидиапазонавыходногосигнала, перемычки14,15- для изменениянаправлениясмещения “нуля”.

В качествевторичногоприбора мыиспользуем вольтметруниверсальныйВ7-16А которыйпредназначендля измерениянапряжений,постоянногои переменноготоков, активногосопротивленияпри регламентныхремонтных ирегулировочныхработах в различныхобластях электроники,а также дляповерки приборов.Класс точностиприбора составляетдля постоянногонапряжения 1*10^-4Вd=0,05%.Соответственнои по току. Чтовполне удовлетворяетпределу нашейточности.

Все приборы и оборудованиедолжны пройтиповерку и испытаниев центре стандартизациии метрологии.Соответственнодолжно бытьпроставленоклеймо, разрешающеелабораторноеиспользованиеприборов.

6. Монтаж, эксплуатация и ремонт экспериментальнойустановки.

6.1. Общая характеристикаустановки.

Установкапредставляетсобой экспериментальныйстенд дляисследованияпроцесса статическойбалансировкироторов. На немможно проводитьлабораторныезанатия студентами.

Установкапоставляетсяна монтаж ввиде следующихчастей : опытныйучасток, монтажнаярама, датчикСапфир 22ДИ,усилительэлектронный,прибор вторичный(универсальныйвольтметр),блок питания,система автоматовдля потключенияустановки сетипитания, тумблеровуправления.Габаритныеразмеры стенда,м:

ширина0,5

длина1,0

высота1,0.

6.2. Требованияк монтажу.

6.2.1.Порядокмонтажа установки.

Для обеспеченияудобства монтажанеобходимообеспечитьсвободныйдоступ к местуработы.

Для этоговокруг местаработы должныбыть оставленыпроходы ширинойне менее 1.5 м.

Стенд долженмонтироватьсяне ближе 1.5 м отисточникатепла, чтобыне допускатьперегрев средыв аппарате.

Стенд монтируетсяна монтажнойраме, котораяопирается напол регулируемымиопорами. Высотапомещениядолжна бытьне менее 2.5 м,помещениедолжно иметьвентиляцию.

Исполнителимонтажа должныпройти предварительныйинструктажпо техникебезопасностипри монтажныхработах. Исполнителимонтажа вобязательномпорядке должныпользоватьсясредствамииндивидуальнойзащиты, использованиекоторых оговоренов инструкциипо техникебезопасности.

Монтаж стендацелесообразнопроизводитьв следующейпоследовательности:

1) Монтажнаярама устанавливаетсяна полу в рабочемположении наопоры.

2) На раму крепитсяверхняя стойкас помощью втулоки и шариков.

3) На верхнююстойку устанавливаетсяизмерительнаярамка с приспособлениемдля крепленияна ней измеряемогоротора.

4) Необходимособлюсти взаимнуюцентровку призми подушек методомточной настройки.

5) На верхнююраму устанавливаетсятензометрическийдатчик.

6) К выходудатчика необходимоподключитьусилитель.

7) Все подключенияследует делатьособо тщательно.Далее с выходаусилителясигнал подводитсяна вторичныйприбор.

8) Питаниеусилителяпроизводитсяот блока постоянногопитания 36В

9) Все компонентыи узлы установкинеобходимоэргономичнои доступноразместитьна рабочемстоле.

10) По окончаниимонтажа всеподвергаетсятщательномуосмотру и проверке.

6.2.2. Послемонтажныеиспытаниястенда.

После окончаниямонтажа необходимоубедиться висправностизаземлениявсех частей,которые в случаенеисправностимогут оказатьсяпод напряжением,целостностиизоляции токоведущихчастей и провестиконтрольсопротивленияизоляции. Включив измерительныеприборы, убедитьсяв их работоспособности.

На установкепроверяютначальныймомент. На усилителипри необходимостирасширяютдиапазон измерений.Для этого нанем переставляютнеобходимыеперемычки.Необходимодобиться установки“0” на вторичномприборе. Необходиматакже градуировкаприбора. Делатсяэто с помощьюконтрольныхгрузов, несколькораз. Находитсяв конце измеренийсреднее значениевеличин. Состовляетсятаблица покоторой ужевыставляетсявторичныйприбор.

6.2.3. Требованияпо содержаниюи эксплуатации.

К работе наустановкедопускаютсялица, прошедшиеинструктажпо техникебезопасностина данной установке.Стенд долженэксплуатироватьсяв помещениипри температуреокружающеговоздуха 15 - 20 ^ОС,с влажностьювоздуха неболее 90 %. Стенднеобходимопредохранятьот прямоговоздействияповышеннойили пониженнойтемпературы.

Во времяработы установкинельзя допускатьудары, толчкии другие механическиевоздействияна установку.Обслуживающийперсонал долженпользоватьсясредствамизащиты, перечисленнымив инструкциипо техникебезопасности.

6.2.4. Порядокпуска.

Перед пускомнеобходимоубедиться, чтоустановкамеханическине повреждена.Осмотретьвнешнюю электропроводку.Пуск установкиосуществляетсяследующимобразом: ручкиуправлениянапряжением устанавливаютсяна нулевыеотметки. Подаетсяпитание наустановку, всесистемы прогревыютсяв течении 10 минут.Затем проиизводяткорректировкунуля. Далееможно уже проводитьэксперимент.

6.2.5. Порядокостановки.

Остановкастенда осуществляетсяследующимобразом: отключаетсявнутреннеезатем внешнее электрическоепитание всейустановки.

6.3. Техническоеобслуживаниеаппаратурыстенда.

Техническоеобслуживаниестенда длястатическойбалансировкив процессеэксплуатацииразделяют натри вида: ежедневное,ежемесячноеи полугодовое.

Ежедневноетехническоеобслуживаниепредусматриваетосмотр устройствстанка: проверкунадежностикрепления егоэлементов;проверку правильностиработы отдельныхузлов; очисткуи смазку рабочейстанины ибалансировочногоустройства,контроль датчикаи вторичногоприбора.

При ежемесячномтехническомтехническомобслуживаниипроверяютправильностьработы всехустройствстенда. Конторолируютмомент потарировочномуротору.

Полугодовоетехническоеоблуживаниевключает проверкустанка и приспособленийна соответствиепаспортнымданным приборови оборудования.Выполняют всеработы, необходимыедля ввода станкав эксплуатацию.Проверяют исмазывают всерабочие узлымеханическойчасти установки,проверяют иотносат наповерку вторичныйприбор и преобразователь,также проверкеподлежит силовоеоборудование,заземление,выполняютнеобходимыйпрофилактическийремонт. Настраиваютстенд на далансировкуротора определенноймассы и геометрии,балансируютустановочнуюмассу роторов.

Все видытехническогообслуживаниястанка оформляютсоответствующимидокументами.

6.5 Техническоеобслуживаниеосновных узловстеда.

Плоскуюсстанинубалансировочногостенда достаточнопреодическиочищать отпыли, смазыватьстойки, проверятьнадежностькрепленияосновных узлов.Нерабочиеповерхностикрасят дляпредотвращениякоррозии.

Рабочиепризмы балансировочногостанка требуютминимальноготехническогообслуживания.Их достаточнопереодическипротирать исмазывать.

Однако впроцессе длительнойэксплуатациивозможны случайныесбои вызванныемеханическимиповреждениями.Это сильнослияет на техническиехарактеристикиустановки.

7. Автоматизациябалансировочногопроцесса.

Технико-экономическиерасчеты показываютцелесообразностьавтоматизациибалансировочныхопераций.

Кроме экономическойэффективностиавтоматизациядает возможностьс успехом разрешитьряд организационныхзадач.

Балансировочнаяоперацияхарактеризуетсятем, что контрольеё качестваосуществляетсяна том же оборудовании,что и сама операция.

Обеспечитьстабильноекачество балансировкив крупносерийномпроизводствеможно толькопри примененииавтоматизации.Номенклатурадеталей, подлежащихбалансировке,достаточноширока. К нимследует отнестивращающиесядетали автомобильныхдвигателей,роторы гироскопови многие другие.

Такжекак и при другихтехнологическихпроцессах,задачи балансировкив крупносерийноми массовомпроизводственаиболее экономическицелесообразнорешать мс помощьюспециальногооборудования,конструкциякоторого определяетсямногими факторами.К наиболеесущественнымиз них следуетотнести типуравновешивания,технологическийэтап уравновешивания,систему координатпри уравновешивании,способ удалениянеуравновешенноймассы, степеньавтоматизации,направлениеоси изделияпри уравновешиваниии др.

В зависимостиот техническогоуровня производстваи технико-экономической целесообразностив балансировочныхстанках можетприменятьсяразличнаястепень автоматизациипроцесса измеренияи механизацияустранениянеуравновешенности.

При этомперенос необходимыхданных наисполнительнуюпозицию дляустранениядисбалансаосуществляетсяоператоромпо выходнымданным приборов.В наиболеесложных случаяхприменяетсяполная автоматизация,включающаяавтоматизациюизмерения,переноса данныхна исполнительнуюпозицию, устранениянеуравновешенности,подналадкисистемы иавтоматизациютранспортировки.Несмотря набольшое многообразиесхем и конструкцийавтоматическогобалансировочногооборудования,они могут бытьприведены кдвум основнымобобщеннымфункциональнымсхемам:

системаавтоматическогоуравновешиванияпри устранениидисбалансас неподвижнойдетали (САУН);

системаавтоматическогоуравновешиванияпри устранениидисбалансас вращающейсядетали (САУВ).

1

2 3

4

рис. 7.1

На рисунке7.1 представленафункциональнаясхема стенддля статическойбалансировки роторов. Схемастенда представляетсобой неуравновешенныевесы. В одноплечо из которыхвключентензопреобразователь4, на которыйсигнал возникновениядисбалансапоступает отплеча весов.Усилие от перемещенияштока чувствительногоэлемента преобразуетсяв изменениеэлектрическогосопротивления.По проводникуэтот сигналпоступает вэлектронныйпреобразователь2, где сигналдатчика преобразуетсяв стандартныйсигнал от 0-5мА.Далее мы егоможем зарегистрироватьна вторичномприборе 3. Усилительу нас включенот блока питания1, с напряжениемпитания 36В.

Тензопреобразовательмембранно-рычажноготипа рис.7.2 размещенвнутри основанияи отделен отизмеряемойсреды мембраной.

Мембраныпо наружномуконтуру приваренык основаниюи соединенымежду собойштоком 2, которыйсвязан с концомрычага тензопреобразователя1.

рис.7.2 Тензопреобразователь

Воздействиеизмеряемогодавления вызываетпрогиб мембраны,и соответственноизменениесопротивлениятензопреобразователя.

рис.7.3 Электронныйпреобразователь.

Электронныйпреобразовательсмонтированна трех пластинах 4, 5, 13 рис.7.3, размещенвнутри специальногокорпуса 3, закрыткрышками 2, 6уплотненнымирезиновымикольцами.Преобразовательимеет сальниковыйкабельный ввод11, клеммнуюкоробку19 дляприсоединенияжил кабеля,винт 1 для присоединенияэкрана, в случаеиспользованияэкранированногокабеля, и болтзаземлениякорпуса.

Корректоры9 и 10 служатсоответственнодля плавнойнастройкидиапазона и“нуля” выходногосигнала.

Перемычка16 служит дляступенчатогосмещения “нуля”,перемычка 17-для ступенчатойнастройкидиапазонавыходногосигнала, перемычки14,15- для изменениянаправлениясмещения “нуля”.

В качествевторичногоприбора мыиспользуем вольтметруниверсальныйВ7-16А которыйпредназначендля измерениянапряжений,постоянногои переменноготоков, активногосопротивленияпри регламентныхремонтных ирегулировочныхработах в различныхобластях электроники,а также дляповерки приборов.Класс точностиприбора составляетдля постоянногонапряжения 1*10^-4Вd=0,05%.Соответственнои по току. Чтовполне удовлетворяетпределу нашейточности.

Все приборы и оборудованиедолжны пройтиповерку и испытаниев центре стандартизациии метрологии.Соответственнодолжно бытьпроставленоклеймо, разрешающеелабораторноеиспользованиеприборов.

СОДЕРЖАНИЕ.

Стр.

1.	ВВЕДЕНИЕ.
2.	ЛИТЕРАТУРНО-ПАТЕНТНЫЙОБЗОР.
	2.1. Методыи средствабалансировки.
	2.2. Недостаткистатическойбалансировки.
	2.3Особенностинастройкиоборудованиядля статической балансировки.
	2.4. Призмы.
	2.5. Подушкии щечки.
	2.6.Тензорезисторы.
3.	ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯЧАСТЬ.
	3.1. Описаниеэкспериментальнойустановки.
	3.2. Методикапроведенияэксперимента.
4.	КОНСТРУКТОРСКАЯЧАСТЬ, НАИМЕНОВАНИЕ.
	4.1. Конструкцияи принципдействия.
	4.2. Расчеттехническойхарактеристики.
	4.3. Расчетына прочность.
5.	ТЕХНИКАБЕЗОПАСНОСТИ.
	5.1.Анализ потенциальноопасных и вредныхфакторов лабораториипрочностиоборудования.
	5.2. Освещение.
	5.3. Отопление.
	5.4. Пожарнаябезопасность.
	5.5 Техникабезопасности.
6.	ЭКОНОМИЧЕСКАЯЧАСТЬ.
7.	КОНТРОЛЬБАЛАНСИРОВОЧНОГОПРОЦЕССА.
8.	МОНТАЖ,ЭКСПЛУАТАЦИЯИ РЕМОНТЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙУСТАНОВКИ.
	8.1. Общаяхарактеристикаустановки
	8.2. Требованияк монтажу.
	8.2.1.Порядок монтажаустановки.
	8.2.2.Послемонтажныеиспытаниястенда.
	8.2.3.Требованияк содержаниюи эксплуатации.
	8.2.4.Порядок пуска.
	8.2.5.Порядок остановки.
	8.3. Техническоеобслуживаниеаппаратурыстенда.
	8.5. Техническоеобслуживаниеосновных узловстенда.
9.	ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
10.	СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ.
11.	ПРИЛОЖЕНИЕ.