Балансировка роторов машин

      Фирма Рейтлингер (ФРГ) рекомендует выбирать допустимый удельный дисбаланс с учетом назначения машины и частоты вращения п (об/мин) ротора.

      Для общего машиностроения, где не предъявляется  особых требований к уровню вибраций, усталостная прочность материала  обеспечивается, если виброускорения не превышают 0,1 g; при этом условии и равенстве весов вращающейся и невращающейся частей

[e_ст]=2·10⁸ n^-2.

      Для высокоскоростных роторов с целью  обеспечения заданной долговечности  Т шариковых подшипников принимается

[е_ст] = 22,8 · 10⁹С (G )^-1,

где С — коэффициент работоспособности подшипника; G—вес ротора, кг,

 Для машин  и приборов, с которыми человек  соприкасается во время работы, в  том числе для бытовых приборов, [е_ст] = 6000/п мкм. 
 
 

Таблица 4. Допустимые удельные дисбалансы по Беккеру

 

Для металлообрабатывающих станков

[e_ст]=3·10⁶А/(Gn²)   при п < 1000 об/мин и п > 10 000 об/мин;

[e_ст]=10⁶А/(Gn²)    при 1000 ≤ n ≤ 10 000 об/мин.

  Коэффициент А зависит от n, типа станка и нахождения деталей вблизи (A₁) или вдали (A₂) от обрабатываемой детали. Для особо точных шлифовальных станков при п < 5000 об/мин A₁ = 15, А₂ = 30. Для точных сверлильных, токарных и фрезерных станков A₁ = 30, А₂ = 50. Для прочих машин A₁ = 50, А₂ = 100. Для шпинделей внутришлифовальных станков A₁ = 100 — 200. 
 

  

  Рис. 3. Допустимые дисбалансы жестких роторов электромашин 

  Г. Беккер [256] делит роторы на классы (табл. 4) в зависимости от п, принимая для каждого класса допустимые значения коэффициента неуравновешенности k и удельного дисбаланса [e_ст],

  Допустимые дисбалансы электрических машин. .РД 16.483— 88  устанавливает три класса точности балансировки (0, 1, 2) для каждой из трех групп электрических машин: микромашины с массой ротора до 0,1 кг, малые машины с массой от 0,1 до 3 кг и средние машины с массой от 3 до 1000 кг. Допустимые удельные дисбалансы заданы на рис. 3. Нулевому классу точности соответствуют прямые:

0 — для микро- и малых роторов и 1 — для средних роторов; первому классу — прямые; 1 для микро-и малых роторов и 3 — для средних роторов; второму классу — прямые 2, 3 и 4 для микро-, малых и средних роторов соответственно. Для роторов с п < 750 об/мин допустимый удельный дисбаланс

     [e_ст]=750[e₀]/n

где [е₀] — допустимый дисбаланс для данного ротора при п = 750 об/мин.

  По классу 2 балансируют электромашины общего назначения. Балансировка по классу 1 рекомендуется для электромашин с повышенными требованиями по уровню вибраций (для точных станков и приводов полиграфических машин, некоторых бытовых электродвигателей, микромашин, электромашин с подшипниками классов 5 и 6 по ГОСT 520—89*, а также машин в малошумном исполнении). По классу 0 балансируют электромашины с-особо жесткими требованиями по уровню вибрации и надежности (машины, работающие на подшипниках классов 2 и 4).

 Допустимая  неуравновешенность шлифовальных кругов. ГОСТ 3060—86 для шлифовальных кругов устанавливает четыре класса допустимой неуравновешенности, мерой которой служит масса в граммах по периферии круга, возвращающая центр масс на ось вращения. Допустимые неуравновешенные массы приняты в зависимости от массы круга. По нормам для классов 1, 2, 3 и 4 соотношение неуравновешенных масс составляет приблизительно 1 : 1,57: 2,47 ; 4,94.

 Для алмазных шлифовальных кругов ГОСТ 16181—82 устанавливает предельные значения допустимого удельного дисбаланса 40, 32, 25 и 20 мкм при массе круга до 1 кг, 1—3 кг, 3—10 кг и 10—50 кг соответственно. Для плоских алмазных кругов, применяемых в оптико-механической промышленности ГОСТ 17007—80 предусматривает [е_ст] = 30 мкм.

Рис. 4. Вибрационные состояния    Рис. 5. Поля классов точности балансировки

агрегата по Т. Ратбону     по ГОСТ 22061—76

 Допустимые  амплитуды колебаний  подшипников. Допустимая неуравновешенность ротора может определяться не только допустимым дисбалансом, но и наибольшей амплитудой колебаний подшипников, что характерно для балансировки крупного энергетического оборудования.

 Диаграмма на рис. 4 составлена Т. Ц. Ратбоном на основе измерений на крупных энергетических агрегатах. Зона а соответствует очень неспокойной работе машины и необходимости срочного ремонта; b — неспокойной работе и ремонту в ближайшее время; с — немного неспокойной работе и планированию ремонта; d — допустимым колебаниям; е — хорошему состоянию; f — отличному состоянию. Прямая / на рис. 4 соответствует вибрациям с ускорениями, равными 0,05g, прямая //— вибрациям, которые становятся опасными для строений.

 Для двухполюсных паротурбинных электрогенераторов измеряемая в трех направлениях вибрация на верхних крышках подшипников у разъема при всех режимах работы не должна превышать 40 мкм (ГОСТ 533—85), для синхронных компенсаторов — 80 мкм (ГОСТ 609—84*), для электромашинных преобразователей - 15 мкм (ТУ 16.516.185-74).

  Классы  точности балансировки. Система классов точности балансировки для жестких роторов машин и технологического оборудования (ГОСТ 22061—76) установлена в соответствии с международным стандартом ИСО 1940—73. ГОСТ предусматривает 13 классов точности — с нулевого по двенадцатый. Каждый класс определяет наименьшие и наибольшие значения произведения удельного дисбаланса е_ст на наибольшую эксплуатационную угловую скорость ш   , составляющие геометрическую прогрессию со знаменателем 2,5. Расположение полей классов точности показано на рис. 5, В области левее прямой Н — Н, где e_ст·ω² _max, < g роторы в опорах создают динамические нагрузки от дисбалансов меньшие,, чем статические нагрузки от веса ротора.

  В табл. 5 приведены рекомендации ИСО 1940—73 по предварительному назначению класса точности проектируемых изделий. Окончательно класс точности устанавливают после экспериментальных исследований опытного образца или опытной серии.

Таблица 5. Классы точности балансировки жестких роторов

  Учет  полигармонического состава вибраций. При оценке интенсивности вибраций машин по размахам вибросмещений опор, предельные значения которых заданы в зависимости от частоты вращения, предполагают, что вибрация синусоидальная с частотой, равной частоте вращения ротора. Для оценки полигармонической вибрации удобно пользоваться эффективным значением виброскорости

где Т — период; v — мгновенное значение виброскорости, Для вибраций с конечным числом гармоник

где A_i, ω_i — соответственно амплитуды и частоты составляющих гармоник.

 Использовать V_Э, для оценки эффективно при наличии высокочастотных составляющих. Значения V_Э не зависят от фазовых сдвигов гармоник, мало изменяются от случайных помех в виде толчков и ударов и измеряются непосредственно. Эффективные значения позволяют сравнивать синусоидальную и сложногармоническую вибрации и однозначно оценивать их через эквивалентное значение виброскорости.

 Эти преимущества позволили рекомендовать в качестве критерия интенсивности вибрации V_Э , что учтено при разработке ГОСТ 16921—83 на допустимые вибрации электромашин, имеющих массу 0,25—200 кг и частоту вращения 600—1200 об/мин.

 Нормируемым параметром вибрации является наибольшее из эффективных значений виброскорости V_{Э max}, измеренных в соответствии с ГОСТ 12379—75 для диапазона частот от рабочей до 2000 Гц.

 Для оценки вибрации собранных электромашин установлено  восемь классов от 0,28 до 7,0, составленных по шкале нормо-чисел с равным коэффициентом увеличения 1,6. Индексы классов соответствуют максимально допустимой для данного класса виброскорости, например, класс 0,28 соответствует V_{Э max} ⁼ 0,28 мм/с.

 Класс вибрации выбирают с учетом назначения машины, эксплуатационных требований и результатов  испытаний опытных образцов. Например, для машин вида М10 в зависимости от высоты расположения оси вращения h (в мм) и от назначения рекомендуются классы, приведенные в табл, 6.

Таблица 6. Рекомендуемые классы вибрации (V_{Э max}, мм/с)