CC BY
38
МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 62-251:621.757
В. Ф. Макаров, С. М. Белобородов, А. Ю. Ковалев
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИНИМИЗАЦИИ ЛОКАЛЬНЫХ ДИСБАЛАНСОВ РОТОРА
Предложен расчетный метод минимизации локальных дисбалансов ротора. Разработаны модели для расчета локальных дисбалансов ротора с несовпадающими рабочими и балансировочными поверхностями. Описана методика применения метода в технологическом процессе. Применение метода позволяет повысить точность изготовления роторов при уменьшении объема работ. Ротор; дисбаланс; коррекция; эксцентриситет
В процессе изготовления элементов ротора постоянно наблюдается значительное влияние погрешностей форм и расположения обработанных поверхностей деталей на точность изготовления самого ротора. Под точностью изготовления ротора понимается степень совмещения его главной центральной оси инерции с осью вращения, т. е. их взаимный эксцентриситет.
Современное массовое металлорежущее оборудование обеспечивает точность обработки поверхностей с погрешностью до 10 мкм по эксцентриситету (20 мкм радиального биения) и 5 мкм - по овальности и другим видам погрешности формы. При наличии других погрешностей: конусности, седловидности и др., возникает достаточно сложная картина возникновения дисбалансов. Многофакторность влияния заставляет оценить степень их влияния и пренебречь влиянием второстепенных. Так, при изготовлении ротора с несовпадающими балансировочными и рабочими поверхностями, например ротора с магнитными подшипниками, эксцентриситеты поверхностей участков вала ротора являются преобладающим фактором возникновения неуравновешенности, а влияние отклонений формы поверхностей участков вала (овальность, конусность, седловидность и т. д.) второстепенно. Ротор массой в 500 кг, например, после балансировки имеет дисбаланс, не превышающий 150 гмм в каждой плоскости коррекции. После монтажа с эксцентриситетом 8 мкм, что является допустимой величиной погрешности обработки поверхности магнитных сердечников, дисбаланс в каждой плоскости коррекции составит по 2000 гмм, что в 13 раз больше допустимой величины дисбаланса.
ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА
Вал 1 ротора (рис. 1) со смонтированными на нем магнитными сердечниками 2, 3 устанав-
Контактная информация: (347)273-05-26
ливается на измерительные призмы поверхностями А, Б. Относительно этих поверхностей производится измерение величины максимального биения поверхностей В, Г магнитных сердечников, а углы этих максимальных радиальных биений - относительно контрольной точки вала(К.Т.).
\
Б \
4 I *
кЖШТТ]
К.Т./ Уз_ \в_
Рис. 1. Коррекция локальных дисбалансов участков вала
Разбивают вал на участки, определяют положение центров масс участков по длине, например с использованием САПР. Выбирают в качестве плоскостей коррекции дисбаланса плоскости поперечного сечения участков, которые проходят через центры масс участков.
Определяют координаты центров масс участков:
X, = 2 21 X -*1)+х - 2 2з X -Х3)+Х3; (1)
22 21 24 23
(У2 -У1) + У1 -23(У4 -Уз) + Уз, (2)
22 21 24 23
где 21, ..., 2 - расстояние от начала координат до центра массы соответствующего участка; хь х2, у1, у2 - координаты центров масс магнитных сердечников; х3, х4, У3, У4 - координаты центров масс участков вала, на которых производится измерение и балансировка (базовых участков).
Зависимости (1), (2) позволяют учесть качание базовой оси вследствие отклонения формы базовых поверхностей, однако в рамках данной статьи это не учитывается.
Определяют корректирующие массы из зависимости:
2 M^Xf + Y 2
А
(3)
где Мг - масса участка вала, Д- - диаметр участ-
^2 2
X, + = е1 - эксцентриситет центра
исследуемого сечения.
Определяют углы мест снятия материала участков вала относительно контрольной точки вала из зависимости:
Y
j K. _ 180° + arctg—^.
i Xi
(4)
Корректируют дисбаланс участков, при этом производят съем металла в местах 4.
РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА
Для проверки метода коррекции локальных дисбалансов была решена задача (рис. 2). Отклонения формы базовых поверхностей в расчет не принимались.
Рис. 2. Задача для проверки метода коррекции локальных дисбалансов
Дано:
• положение исследуемых сечений участков вала по длине z1 = 0,00 мм, z2 = 20,08 мм, z3 = 46,33 мм, z4 = 82,00 мм, z5 = 109,64 мм;
• величина и направление эксцентриситетов центров средних сечений магнитных сердечников e1 = 30 мкм, е5 = 47 мкм, ф1 = 60°30’, ф5 = 28°38’.
Найти: величины ег и направления фг эксцентриситетов центров исследуемых сечений участков вала.
Решение:
• координаты центров средних сечений магнитных сердечников:
x1 = е1 • cos j1 = 14,77 мкм;
y1 _ e1 * sin j1 = 26,11 мкм;
x5 = e5 • cos j5 = 41,25 мкм;
y5 _ e5 * sin j5 = 22,52 мкм;
по (1), (2) координаты центра исследуемого сечения 2-го участка вала (без учета отклонения формы базовых поверхностей):
Z2 Z1 * (*5 _ x1) + x1 = 19,62 мкм;
X 2 =-
Y2
2
(У5 - У1)+ У1 _ 25,45
мкм.
25 - 21
Аналогично определяют координаты центров масс 3-го и 4-го участков вала. Величины е, и направления ф, эксцентриситетов центров исследуемых сечений участков вала определяют из зависимостей:
e _V xf + Y2
Y
ji _ arct^TT •
X i
(5)
(6)
Результаты вычислений представлены в табл. 1.
Таблица 1
Исследуемое сечение X мкм Y, мкм ei, мкм Ф/
1 14,77 26,11 30,00 60°30’
2 19,62 25,45 32,13 52°22’
3 25,96 24,59 35,76 43°27’
4 34,57 23,43 41,76 34°08’
5 41,25 22,52 47,00 28°38’
В табл. 2 представлены величины е, и направления ф, эксцентриситетов центров исследуемых сечений участков вала, определенные расчетным методом и геометрическим моделированием в САПР.
Таблица 2
Исследуемое сечение Расчетный метод Моделирование в САПР
ei, мкм Ф/ ei, мкм Ф/
1 30,00 60°30’ 30,00 60°30’
2 32,13 52°22’ 32,14 52°22’
3 35,76 43°27’ 35,76 43°27’
4 41,76 34°08’ 41,77 34°07’
5 47,00 28°38’ 47,00 28°38’
Г еометрическое моделирование в САПР осуществлялось с использованием метода, описанного в [1].
Сравнение результатов расчетов по предложенной модели и измерений с использованием моделирования этой ситуации в САПР (рис. 3) позволило убедиться в эффективности предложенного метода.
_
В. Ф. Макаров, С. М. Белобородов, А. Ю. Ковалев • Технологическое обеспечение минимизации...___________55
СО СП О чо
Рис. 3. Результат решения задачи моделированием в САПР
Учитывая, что современное программное обеспечение позволяет выполнять расчеты не только по единичным сечениям, можно утверждать, что при необходимости может быть выполнено поле расчетов с определением локальных дисбалансов участков вала любой малой длины. Это обеспечит введение множества плоскостей коррекции для ликвидации локальных дисбалансов малой дискретности. В идеале - коррекцию дисбаланса по всей длине вала. Из этой области будут исключены только посадочные поверхности и поверхности в зоне уплотнений. Причем любые из них могут находиться в зоне дискретного распределения плоскостей коррекции.
ВЫВОДЫ
Применение предлагаемого метода многократно снижает дисбаланс ротора, обусловленный эксцентриситетом его установки, обеспечивает коррекцию множества локальных дисба-
лансов по длине вала, позволяет вводить плоскости коррекции и рассчитывать корректирующие массы с использованием САПР, что дает возможность автоматизировать коррекцию локальных дисбалансов.
Использование метода при разработке технологических процессов сборки и балансировки позволяет минимизировать локальные дисбалансы ротора и влияние его упругих деформаций на рабочих частотах вращения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белобородов С.М. Методические аспекты обеспечения виброустойчивости валопровода агрегата // Компрессорная техника и пневматика. 2009. № 7.
ОБ АВТОРАХ
Макаров Владимир Федорович, зав. каф. технологии машиностроения Пермск. гос. техн. ун-та. Проф., д-р техн. наук. Иссл. в обл. технологическ. обеспечения минимизации локальных дисбалансов ротора.
Белобородов Сергей Михайлович, сотр. НПО «Искра», г. Пермь. Д-р техн. наук. Иссл. в обл. тех-нологическ. обеспечения минимизации локальных дисбалансов ротора.
Ковалев Алексей Юрьевич, инженер, аспирант Пермск. гос. техн. ун-та. Иссл. в обл. технологи-ческ. обеспечения минимизации локальных дисбалансов ротора.
