Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКОГО ДИСБАЛАНСА РОТОРА НА БАЛАНСИРОВОЧНЫХ НОЖАХ

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам определения статического дисбаланса ротора на балансировочных ножах и может быть использовано для статической балансировки различных роторов.

Известен способ определения статического дисбаланса ротора на балансировочных ножах, при котором производят изменение дисбаланса ротора относительно зоны контакта ротора с опорными поверхностями ножей и измеряют параметр, характеризующий величину дисбаланса, приводящего ротор к движению, затем переустанавливают ротор на ножах в другое угловое положение и повторяют изменение дисбаланса и измерение параметра. При этом в качестве измеряемого параметра при первом измерении используют угол дисбаланса, на который ротор поворачивается под действием сил тяжести из начального в устойчивое положение. При повторном измерении в качестве измеряемого параметра используют массу корректирующего груза, подбираемого для уравновешивания ротора после переустановки ротора поворотом на 90° от устойчивого равновесного положения.

(см. Левит М.Е., Рыженков В.М. «Балансировка деталей и узлов». - М.: Машиностроение, 1986, с. 62: «Станки для статической балансировки СБС-4». Методика определения статического дисбаланса, см. там же, стр. 50, рис. 2.1.в).

Недостатком известного способа является сравнительно низкая точность, не позволяющая определять статические дисбалансы роторов, недостаточно сбалансированных, но находящихся в состоянии безразличного равновесия при любом угловом положении ротора из-за действия сил трения в опорах.

Более точным является способ определения статического дисбаланса ротора на балансировочных ножах, при котором производят изменение дисбаланса ротора относительно зоны контакта ротора с опорными поверхностями ножей и измеряют параметр, характеризующий величину дисбаланса, приводящего ротор к движению, затем переустанавливают ротор на ножах в другое угловое положение и повторяют изменение дисбаланса и измерение параметра. При этом в качестве измеряемых параметров используют массы корректирующих грузов, подбираемых для поворота ротора под действием сил тяжести на 45° после переустановки ротора в восемь угловых позиций.

(см. Левит М.Е., Рыженков В.М. «Балансировка деталей и узлов». - М.: Машиностроение, 1986, с. 51, «Метод кругового обхода»).

Данный способ, являющийся наиболее близким аналогом предлагаемому техническому решению, позволяет определять статические дисбалансы роторов, находящихся в состоянии безразличного равновесия при любом угловом положении ротора.

Недостатком наиболее близкого аналога является сравнительно большая трудоемкость и длительность его осуществления, связанная с необходимостью большого числа операций по подбору восьми неуравновешенных масс, поворачивающих ротор на 45°.

Техническим результатом заявленного способа является снижение длительности и трудоемкости при проведении измерений статического дисбаланса роторов.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе определения статического дисбаланса ротора на балансировочных ножах, при котором производят изменение дисбаланса ротора относительно зоны контакта ротора с опорными поверхностями ножей и измеряют параметр, характеризующий величину дисбаланса, приводящего ротор к движению, затем переустанавливают ротор на ножах в другое угловое положение и повторяют изменение дисбаланса и измерение параметра, новым является то, что в качестве измеряемого параметра используют угол наклона балансировочных ножей от первоначального горизонтального положения, изменение дисбаланса производят синхронным вращением ножей относительно оси, совпадающей с осью ротора, а измерение угла наклона ножей производят в момент начала движения ротора.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых:

- на фиг. 1 показано начальное положение ротора на балансировочных ножах;

- на фиг. 2 показано положение ротора на границе равновесного состояния при наклоне ножей в направлении по ходу часовой стрелки относительно оси, совпадающей с осью ротора, на чертеже совпадающей с точкой О;

- на фиг. 3 показано положение ротора на границе равновесного состояния при наклоне ножей в направлении против хода часовой стрелки;

- на фиг. 4 показано построение в системе координат XOY линии, на которой находится центр масс ротора;

- на фиг. 5 показано в повернутой на 90° системе координат XOY построение линии, на которой находится центр масс ротора;

- на фиг. 6 показано нахождение центра масс ротора, как точки пересечения построенных линий на фиг. 4 и фиг. 5;

- на фиг. 7 приведено геометрическое обоснование нахождения центра масс ротора на построенных линиях.

Заявленный способ реализуют следующим образом.

В начальном положении ротор 1 (фиг. 1) находится в состоянии безразличного равновесия на ножах 3. При этом центр масс М(х_м, y_м) ротора при любом угловом положении ротора на горизонтальных ножах находится внутри окружности 2 с радиусом r, равным коэффициенту трения качения ротора по ножам. Зона контакта ротора с ножами обозначена позицией 4. След 5 вектора силы тяжести mg находится в пределах зоны трения, ограниченной радиусом r в обе стороны от зоны 4 контакта.

Производят изменение дисбаланса ротора 1 относительно зоны 4 контакта ротора 1 с опорными поверхностями ножей 3 медленным синхронным вращением ножей в направлении по ходу часовой стрелки относительно оси О, совпадающей с осью ротора. В момент начала качения, когда след 5 вектора силы тяжести выходит за пределы зоны трения (фиг. 2), производят измерение угла α наклона ножей.

Аналогично производят измерение угла β наклона ножей после изменения дисбаланса ротора вращением ножей в направлении против хода часовой стрелки, как это показано на фиг. 3.

Линию, на которой находится центр масс ротора, определяют как линию, совпадающую с медианой AD треугольника ABC, стороны АВ и АС которого составляют с вертикалью OY, соответственно, углы α и β, как показано на фиг. 4.

Для построения другой линии, на которой находится центр масс ротора, переустанавливают ротор на ножах в другое угловое положение, предпочтительно поворотом ротора на 90° из соображений простоты алгоритма вычислений, например, как показано на фиг. 5, при этом ось ОХ направлена вниз чертежа. Повторяют изменение дисбаланса наклоном ножей по часовой и против часовой стрелки до моментов начала движения ротора и измеряют соответствующие углы γ и δ. Линию, на которой находится центр масс ротора, определяют как линию, совпадающую с медианой ЕН треугольника EFG, стороны EF и EG которого составляют с осью ОХ, соответственно, углы α и β, как показано на фиг. 5.

Центр масс ротора в системе координат XOY определяется как точка пересечения построенных линий, совпадающих с медианами AD и ЕН, как показано на фиг. 6.

Геометрическое подтверждение нахождения центра масс ротора на построенных линиях, совпадающих с соответствующими медианами, приведено на фиг. 7. На граничных точках зоны трения и точке М(х_м, y_м) центра масс построен треугольник MLN, в нем проведена медиана МА. Треугольник MLN, повернутый на 180°, займет положение треугольника APQ с медианой AM, совпадающей с МА. Треугольник ABC подобен треугольнику APQ и совпадает с ним подобными сторонами. Очевидно, что и их медианы лежат на одной прямой линии, на которой находится точка М(х_м, y_м) центра масс ротора. Аналогично доказывается, что центр масс лежит на линии, совпадающей с медианой ЕН.

Для получения формул аналитического расчета дисбаланса обозначим:

OD=d;

OH=h.

Уравнения линий, совпадающих с медианами имеют вид:

Решая эти уравнения совместно, найдем координаты центра масс:

где величины d и h вычисляются по формулам:

d=(tgβ-tgα)R/2;

h=(tgδ-tgγ)R/2.

Величина статического дисбаланса вычисляется по формуле:

где m - масса ротора.

Угол дисбаланса вычисляется по формуле:

ψ=arctg(y_м/x_м).

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет определить статический дисбаланс ротора на балансировочных ножах, минуя большое число трудоемких и длительных операций подбора восьми неуравновешенных масс, поворачивающих ротор на 45° в восьми угловых положениях ротора на ножах. В предлагаемом способе определения статического дисбаланса ротора на балансировочных ножах достаточно измерить четыре угла наклона ножей и совершить одну переустановку ротора.