Балансировка колёс в автомобиле. Последовательность выполнения операций по балансировке колес

Балансировка роторов агрегатов на месте их эксплуатации - одна из основных составляющих технологии виброналадки, использующая специализированные технические средства и программное обеспечение для балансировки на месте и требующая дополнительной подготовки специалистов по виброналадке.

Колебательные силы, действующие в агрегатах на частоте вращения ротора

У каждого вращающегося в подшипниках узла (вала, ротора) можно выделить три оси, от взаимного расположения которых зависят параметры вибрации агрегата, возбуждаемые его ротором. К ним относятся ось вращения, ось инерции и геометрическая ось. Минимальной вибрация оказывается в том случае, если все три оси совпадают, рис. 12.1.

Рис.12.1. Основные оси ротора в составе агрегата: а) оси совпадают - норма, б) ось инерции смещена - необходима балансировка ротора, в) геометрическая ось смещена - необходим ремонт агрегата.

При механической связи двух и более роторов в одном агрегате процесс формирования вибрации агрегата на частоте вращения определяется еще двумя факторами. Это точность совмещения осей вращения этих роторов с расчетными (обычно в линию или параллельно), и точность совмещения осей передачи крутящего момента. Дополнительных колебательных сил на частоте вращения каждого из роторов не возникает, если оси полностью совмещены.

Смещение оси инерции относительно оси вращения приводит к появлению во вращающемся роторе центробежных сил с частотой вращения, действующих на ротор, которые уменьшают путем балансировки ротора с установкой (снятием) балансировочных масс в плоскости коррекции ротора. Результатом балансировки является снижение величины смещения этих осей друг относительно друга, которое в пределе стремится к нулю.

Смещение геометрической оси ротора относительно оси вращения приводит к дополнительному изменению сил взаимодействия ротора с другими подвижными или неподвижными элементами агрегата либо при механическом контакте (элементов механических передач или колес с дорогой), либо через рабочую среду (газ, жидкость, магнитное поле). Это динамическое взаимодействие приводит, как правило, к появлению двух радиальных сил, в том числе и с частотой вращения ротора, приложенных к ротору и другим частям агрегата встречно в радиальном к осям вращения направлении, и/или пульсирующих моментов, приложенных к ним по касательной. Для уменьшения указанных сил необходимо обнаруживать и устранять смещение геометрической оси ротора, преимущественно путем ремонта узлов агрегата. Кроме этого следует производить балансировку элементов механических передач и колес до их установки в агрегат.

Смещение осей вращения двух (и более) механически связанных роторов в агрегате относительно единой линии вала (или относительно их расчетного положения) также приводит к появлению колебательных сил на частоте вращения ротора и ее гармониках. Для снижения этих сил производят центровку и выверку роторов (осей их вращения). Задачи технологии центровки и выверки рассматриваются в следующем разделе настоящего обзора.

Смещение оси передачи крутящего момента (при совпадении оси вращения и геометрической оси полумуфт) часто происходит из-за дефектов упругих элементов или их посадочных мест в муфте и приводит к появлению действующей на ротор радиальной силы с частотой его вращения, зависящей от величины передаваемого крутящего момента. Компенсировать эту силу можно в процессе балансировки ротора, но только на одной выбранной для балансировки нагрузке на агрегат.

Таким образом, в агрегате на частоте вращения ротора могут появляться как центробежные или нецентробежные вращающиеся силы, действующие на ротор, так и пары колебательных сил и пульсирующих моментов разной природы, действующие встречно на ротор и неподвижные узлы агрегата. В этих парах встречных колебательных сил и пульсирующих моментов на частоте вращения ротора при его балансировке на месте путем установки балансировочных масс в плоскости коррекции может быть снижена только одна из составляющих - радиально направленная к ротору и вращающаяся в том же направлении.

Особо следует выделить нецентробежные силы, действующие на частоте вращения коленчатого вала поршневой машины. Это, прежде всего, пульсирующие моменты, прикладываемые к коленчатому валу и корпусу, появляющиеся из-за разброса величины сил, действующих на разные поршни машины, и создающие встречные моментные колебания коленчатого вала и корпуса. Балансировать вращающиеся узлы поршневых машин, в том числе коленчатый вал, следует до сборки машины.

Основные положения балансировки роторов

Балансировка ротора на станке - это операции совмещения осей вращения и инерции ротора, определяемых и контролируемых при вращении ротора, установленного на балансировочный станок.

Балансировка ротора на месте эксплуатации агрегата (балансировка на месте) - это операции снижения вибрации агрегата на частоте вращения ротора путем установки балансировочных масс на вращающиеся части в доступные плоскости коррекции. Балансировка на месте может выполняться с целью обеспечения требуемой вибрации либо для одного (типового) режима работы агрегата (по частоте вращения, нагрузке и т.п.), либо для нескольких, предварительно определяемых режимов его работы.

В идеальном случае - при вращении неуравновешенного ротора на балансировочном станке - на него действуют только центробежные силы с частотой его вращения из-за смещения оси инерции относительно оси вращения. Характеризуется неуравновешенность ротора величинами эксцентриситета е или дисбаланса me , где m - масса ротора. Поскольку неуравновешенность ротора может представлять собой сумму статической и моментной составляющей, см. рис. 12.2. количественные характеристики неуравновешенности могут делить на две составляющие с привязкой к каждой плоскости коррекции или опоре вращения ротора.

Рис.12.2. Виды неуравновешенности ротора - статическая, моментная, динамическая. Тяжелые точки ротора затемнены, легкие точки ротора (места установки балансировочных масс) указаны кружками с цифрами.

Жесткость ротора (или его вала, или подшипников) конечна, и при вращении центробежная сила деформирует его, создавая дополнительный дисбаланс, который суммируется с начальным дисбалансом и растет с ростом частоты вращения ротора. Существует, однако, скорость вращения ротора, называемая критической, после которой направление дополнительного дисбаланса ротора меняется на противоположное. В этом случае суммарный дисбаланс ротора резко уменьшается, ротор начинает вращаться вокруг оси инерции, но геометрическая ось сохраняет деформацию, т.е. вал «бьет» в подшипниках на величину начального эксцентриситета. Этот эффект называется автобалансировкой ротора и используется при проектировании высокооборотных машин для снижения вибрации на рабочей частоте вращения. При этом необходимость балансировки гибкого ротора сохраняется, а ее задачей становится снижение боя вала в подшипниках Ротор таких машин называется гибким, причем ротор всегда относится к гибким, если его критическая частота вращения ниже, чем 1,25 от рабочей частоты его вращения.

Эффект автобалансировки ротора используется и в наиболее распространенных зарезонансных балансировочных станках в которых устанавливаются опоры вращения низкой жесткости. В таких станках задачей балансировки на закритических частотах вращения является снижение «боя» вала в каждой из опор. Однако при такой балансировке гибкого ротора, как жесткого, не решается ряд вопросов его балансировки на скоростях вращения, близких к критическим.

Если начальный дисбаланс статический, то и дополнительный из-за прогиба вала - также статический (рис 12.3.), и он начнет компенсироваться после первой критической скорости, при моментном дисбалансе автобалансировка начнется после второй критической скорости, которая выше первой приблизительно в 4 раза. Проектируют же роторы высокооборотных машин обычно так, чтобы первая критическая скорость была ниже частоты вращения ротора, а вторая - находилась посередине между первой и второй гармониками частоты вращения. Таким образом, соотношение между статическим и моментным дисбалансом начинает зависеть от частоты вращения ротора. Соответственно, даже на балансировочных станках при динамической балансировке таких роторов возникают трудности, которые при балансировке на месте достаточно просто преодолеваются только при использовании многоканальных виброизмерительных систем, специальных алгоритмов диагностики и программ балансировки роторов многорежимных механизмов.

Рис.12.3. Форма прогиба ротора на первой и второй критических скоростях вращения

Требования к проведению работ по балансировке роторов

Для балансировки роторов, как на балансировочном станке, так и в составе агрегата на месте его эксплуатации, кроме подготовленного специалиста по балансировке, необходимы:

• устройство, обеспечивающее вращение ротора - либо балансировочный станок, либо собственный или внешний привод балансируемого агрегата.
• доступные в процессе балансировки места крепления компенсирующих и пробных масс на роторе в выделенных плоскостях коррекции,
• средство измерения на частоте вращения ротора амплитуд и фаз либо центробежной силы, в каждой опоре вращения, либо вибрации вала в плоскости опор вращения, либо радиальной вибрации неподвижных частей опор вращения (можно в других контрольных точках) балансируемого агрегата.
• программное обеспечение для расчета величин и координат установки компенсирующих масс по результатам начальных измерений и измерений на пробных пусках (программа балансировки).

Это основные требования, без которых проводить балансировку невозможно. Но эти требования не учитывают того, что у каждого ротора кроме оси вращения и оси инерции есть геометрическая ось, а у связанных между собой роторов еще и общая ось вращения (линия вала), и ось передачи крутящего момента. Любое их смещение относительно оси вращения одного из роторов приводит к появлению дополнительных сил на частоте вращения, которые могут ограничить возможности балансировки. Поэтому необходимы еще и средства диагностики источников оборотной вибрации, и диагностическая подготовка специалиста по балансировке.

Операции балансировки роторов на месте эксплуатации

Простейшая балансировка жесткого ротора агрегата обычно проводится по вибрации неподвижных частей опор вращения ротора, измеряемой в радиальном к оси вращения направлении на выбранной оператором скорости вращения ротора. Как правило, она проводится на минимальной (но не менее 40-50 об/мин) из возможных скоростей вращения ротора, которую можно стабилизировать на время проведения измерений вибрации. Измеряться могут как параметры нормируемых виброперемещения или виброскорости, так и параметры виброускорения, величина которого обычно не нормируется. Но во всех случаях до начала балансировки ротора на месте эксплуатации и после ее окончания проводятся контрольные измерения величины виброскорости или виброперемещения в стандартных точках контроля вибрации агрегата в номинальном режиме (режимах) работы агрегате и в предписанной для измерений вибрации на этом режиме полосе частот.

Количество точек контроля вибрации при проведении операций балансировки теоретически может быть сведено к одной на каждой опоре вращения, но на практике, с использованием балансировочных программ, не ограничивающих количество точек контроля вибрации, их используется существенно больше. Обычно рекомендуется использовать две точки контроля радиальной к оси вращения вибрации на каждой опоре вращения, с направлениями, отличающимися в плоскости сечения ротора на угол, близкий к 90 угловым градусам. Чаще всего в машинах горизонтального исполнения вибрация измеряется в вертикальном и горизонтальном направлениях. Это позволяет вводить в программы алгоритмы поиска ошибок, совершаемых оператором при последовательном измерении вибрации в точках контроля, не прибегая к повторным пускам агрегата после их обнаружения.

Количество плоскостей коррекции, используемых для балансировки жестких роторов на месте, обычно не превышает количества опор вращения, но часть плоскостей коррекции может оказаться недоступной и их приходится заменять, используя в качестве такой плоскости, например, полумуфту. В этом случае плоскостей коррекции может быть и меньше, и больше количества опор вращения.

Первая операция - измерение начальной вибрации агрегата при выбранной для балансировки скорости вращения. В обязательном порядке измеряются амплитуды и фазы (относительно устанавливаемой на ротор метки) вибрации на частоте вращения ротора. Однако дополнительно рекомендуется измерить и спектр вибрации в каждой точке контроля, чтобы убедиться в том, что выполняемая работа может привести к снижению уровня вибрации до предъявляемых к ней требований. А такой результат возможен, если максимальный (по всем точкам контроля) уровень вибрации на частоте вращения агрегата (по виброскорости) больше уровня других составляющих вибрации в контролируемой полосе частот хотя бы в 2,5-3 раза, а уровни остальных составляющих ниже требований, как минимум в 1,5 раза.

Вторая операция - установка пробной массы в одну из плоскостей коррекции ротора агрегата. Выбирается одна из ближайших к точке контроля с максимальной величиной вибрации на частоте вращения плоскость коррекции. При этом учитывается и доступность этой плоскости коррекции для установки пробной массы, при существенных ограничениях по доступности ее заменяют на другую (ближайшую) плоскость. Пробная масса, если нет априорных данных о ее величине, выбирается такой, чтобы создаваемая ею центробежная сила (на максимальной рабочей частоте вращения) была близка к четверти силы тяжести ротора. Пробную массу желательно устанавливать поближе к легкой точке ротора, для поиска которой оператор должен иметь определенный опыт измерений вибрации или средства измерения диаграммы Боде (фазо-частотной характеристики ротора) на выбеге агрегата после каждого его пуска.

Третья операция - ввод данных начальных измерений вибрации и измерений после первого пуска в программу балансировки для расчета коэффициентов влияния пробной массы на вибрацию в каждой точке контроля. Обычно профессиональные программы балансировки по всем полученным коэффициентам влияния сразу определяют необходимые параметры балансировочных (компенсирующих) масс и ожидаемые уровни вибрации агрегата на частоте вращения ротора. Если ожидаемый результат удовлетворяет оператора, он может установить рассчитанные балансировочные массы в первую плоскость и переходить к контрольному измерению вибрации на следующем пуске. Если нет - выполняется четвертая операция, аналогичная второй - второй пробный пуск с установкой пробной массы во вторую плоскость, а затем и пятая операция, аналогичная третьей - расчет ожидаемой вибрации с установкой двух компенсирующих масс в двух плоскостях коррекции.

После четвертой и пятой операции, могут выполняться шестая и седьмая, также аналогичные второй и третьей операции - до тех пор, пока ожидаемый результат балансировки не удовлетворит оператора, или пока не закончатся все используемые для установки пробных масс плоскости коррекции.

В любой практической ситуации после выполнения контрольных измерений по результатам балансировки с использованием неполного комплекта плоскостей коррекции в случае неудовлетворительного результата балансировка с использованием современных программ может быть продолжена. Балансировочные массы будут рассчитываться по имеющимся коэффициентам влияния, т.е. без повторных пусков с установкой новых пробных масс в те плоскости коррекции, для которых пробные пуски уже были произведены.

Операции повышенной сложности могут использоваться для балансировки роторов на месте в следующих случаях:

• на первом пуске агрегата после ремонта вращающихся узлов, когда появляется опасность недопустимого роста вибрации в процессе увеличения скорости вращения ротора,
• при балансировке гибкого ротора.
• при действии на частоте вращения ротора нецентробежных сил либо из-за дефектов ротора, либо из-за смещения геометрической оси ротора (роторов) или оси передачи крутящего момента относительно оси вращения,

В первом случае типовыми решениями являются предварительная балансировка ротора на балансировочном станке или предварительная низкоскоростная балансировка ротора, которая часто имеет и технические, и экономические преимущества при использовании методов балансировки на нестабильных частотах вращения (на выбеге после частичного разгона ротора).

Для балансировки гибких роторов рекомендуется использовать многоканальные системы балансировки с онлайн анализом вибрации, а в агрегатах с установленными датчиками относительных перемещений вала (проксиметрами) - использование этих датчиков в операциях балансировки.

Для балансировки агрегатов со значительным вкладом в вибрацию на частоте вращения нецентробежных сил рекомендуется использовать методы и средства диагностики источников этих сил, см. следующий раздел. Такого рода диагностику рекомендуется проводить до решения о проведении балансировки эксплуатируемого агрегата, а для агрегатов после ремонта - в процессе виброналадки, начиная с первого пуска.

Подготовка специалистов по балансировке роторов на месте эксплуатации

Минимальный срок подготовки после освоения основ виброконтроля - 18 часов, 3 уровня подготовки с практическим освоением средств и программ балансировки роторов на месте эксплуатации, методов и средств диагностики источников вибрации, возбуждаемой ротором.

• начальный, с изучением особенностей измерения и анализа вибрации при проведении балансировки и освоением простейших технических средств и программ двухплоскостной однорежимной балансировки роторов,
• расширенный с освоением средств и программ балансировки многорежимных роторов, методов поиска источников вибрации на частоте вращения и кратных частотах, ограничивающих эффективность работ по балансировке,
• полный, с изучением особенностей балансировки на нестабильных частотах вращения ротора, экспертной диагностики и устранения причин ограничений на балансировку жестких и гибких роторов.

Индивидуальные консультации по методам, приборам и программам балансировки роторов, экспертной диагностики причин возникающих ограничений на достигаемую эффективность балансировки, подбор средств балансировки с возможностью виброконтроля и экспертной диагностики.

Диагностика ограничений на эффективность балансировки роторов

Причины возможных ограничений на эффективность балансировки ротора делятся на три основные группы:

• недостатки привода, который обеспечивает вращение ротора при выполнении операций балансировки, включая несоосность передаваемого на ротор крутящего момента,
• ошибки и погрешности измерения неуравновешенности ротора при балансировке на станке или амплитуд и фаз оборотной вибрации при балансировке на месте, в том числе из-за вибрационных помех от других работающих агрегатов,
• появление значительных нецентробежных сил на частоте вращения балансируемого агрегата при балансировке на месте, в том числе от несовпадения оси вращения и геометрической оси ротора, а также от локальных дефектов вращающихся и движущихся узлов (механических передач, рабочих колес, поршней и т.п.).

Недостатки привода, в основном, определяют качество балансировочных станков. Оценить его можно в том случае, если в станке есть возможность на ходу разомкнуть узел передачи крутящего момента и провести расчет коэффициентов влияния и балансировочных масс для двух режимов - принудительного вращения и выбега, но на близких (в пределах 5-10%) частотах вращения. Для этого необходима многоканальная система балансировки, обеспечивающая балансировку роторов в режиме выбега.

Ошибки измерений чаще всего возникают при балансировке роторов на месте в ходе перестановки и крепления датчиков вибрации в точках контроля при последовательном измерении амплитуд и фаз оборотной вибрации. Как правило, это одиночные ошибки, и их можно выявить в автоматическом режиме обработке данных в программе балансировки, если количество точек контроля превышает одну на каждую опру вращения. Типовые погрешности измерения амплитуд и фаз оборотной вибрации для используемых средств балансировки - около 5% для амплитуды и около 10 угловых градусов - для фазы. Абсолютные погрешности влияют на результат балансировки в меньшей степени, так как в расчетах балансировочных масс используются относительные измерения. Важна идентичность измерительных каналов в многоканальных системах балансировки а, при повторных балансировках по коэффициентам влияния, использование того же средства измерения, с которым выполнялась первая.

При балансировке агрегатов на месте эксплуатации влияние на результат измерения амплитуд и фаз оборотной вибрации может оказывать несинхронная вибрация других работающих рядом агрегатов, приводящая к нестабильности получаемых значений. В таком случае следует уменьшать ширину полосы синхронных фильтров в средствах измерения, а, при отсутствии такой возможности (или дополнительно), увеличивать время усреднения получаемых результатов.

Основные ограничения на эффективность балансировки на месте чаще всего определяются дефектами ротора и его связи с другими узлами агрегата.

На первом месте по степени влияния на нецентробежные силы и вибрацию с частотой вращения узла находится несоосность геометрической оси и оси вращения элементов механической передачи («бой» ротора, шестерни, колеса и т.д.). Если передача изменяет частоту вращения ведомого ротора (вала) относительно ведущего (зубчатая, ременная и другие передачи), основным признаком несоосности является амплитудная модуляция оборотной вибрации бездефектного вала частотой вращения дефектного вала, см. рис.12.4. Перед попыткой балансировать ротор на месте дефект следует обнаружить и устранить, так как даже балансировка такого ротора на станке ожидаемого снижения вибрации агрегата на частоте вращения не даст.

Рис. 12.4. В спектре вибрации зубчатой передачи есть признак модуляции оборотной вибрации высокооборотного вала частотой вращения низкооборотного вала. Это указывает на действие двух встречных сил кинематической природы, т.е. возможности балансировки высокооборотного вала составе данной передачи ограничены.

На втором месте по степени влияния на оборотную вибрацию агрегатов находится дефект элемента механической передачи, например, зуба шестерни. В этом случае на агрегат действует ударная сила с частотой вращения ротора (вала) с дефектным элементом передачи, и вибрация агрегата содержит большое число кратных гармоник, см. рис.12.5. Аналогичный результат будет и при дефекте муфты, связывающей два синхронно вращающихся ротора. Перед балансировкой агрегата на месте дефект необходимо обнаружить и устранить.

Рис.12.5. В спектрах вибрации (виброскорости и виброускорения) зубчатой передачи есть признак ударного взаимодействия - большое количество кратных гармоник. Вал (ротор), на который действует удар с частотой вращения, балансировке до устранения дефекта не подлежит

В агрегатах без механической передачи, изменяющей частоту или направления вращения ведомого вала, на первое место по источникам нецентробежных сил на частоте вращения балансируемого ротора выходит несоосность соединяемых муфтой роторов (валов) агрегата. Причиной может быть как несоосность опор вращения (статическая расцентровка валов), см. следующий раздел по центровке валов, так и дефект соединительной муфты со смещением осей вращения валов под нагрузкой (динамическая расцентровка). Перед балансировкой необходимо обнаруживать и устранять причины расцентровки валов. Основным признаком расцентровки роторов является появление импульсной нагрузки один раз за оборот, приводящей к росту вибрации на частотах, кратных частоте вращения ротора.

Следующее место по влиянию нецентробежных сил на оборотную вибрацию агрегата занимает несовпадение геометрической оси ротора с осью вращения в асинхронных электродвигателях. Такое несовпадение принято называть динамическим эксцентриситетом воздушного зазора, а его причиной чаще всего бывают износ подшипника и ошибки восстановления на роторе посадочных мест под подшипники во время ремонта ротора двигателя. В многополюсных синхронных электрических машинах причина повышенной вибрации на частоте вращения - другая, это проблемы с обмоткой возбуждения на роторе, а иногда, в явнополюсных синхронных машинах - перекос полюсных наконечников на роторе.

Основным признаком дефекта является амплитудная модуляция магнитной составляющей вибрации (на двойной частоте питания) частотой вращения ротора. Пример спектра вибрации электродвигателя с таким дефектом приведен на рис.12.6. . Обнаружить данный дефект можно и по появлению признаков модуляции зубовой вибрации электрической машины (см. раздел 15). При обнаружении дефекта перед балансировкой предпочтительным действием является ремонт двигателя с устранением дефекта.

Рис.12.6. В спектре вибрации асинхронного электродвигателя есть признак модуляции магнитной вибрации (на двойной частое питающего напряжения 100Гц) из-за динамического эксцентриситета воздушного зазора. Возможности балансировки ротора на месте ограничены.

В насосах появление сравнимых по величине с центробежными нецентробежных сил, имеющих ту же частоту, определяется взаимодействием потока с рабочим колесом. Основные причины - несовпадение геометрической оси рабочего колеса с его осью вращения (бой рабочего колеса) или локальный дефект одной из лопастей. Это взаимодействие приводит к появлению зависимости производительности насоса от угла поворота рабочего колеса. Большинство центробежных насосов меняет направление потока и потому имеет значительную осевую нагрузку. В таких насосах появление переменной нагрузки приводит к росту осевой вибрации насоса на частоте вращения, которая не может быть снижена путем балансировки рабочего колеса. Повышенная осевая вибрация насоса на частоте вращения, а также на ее гармониках являются признаком дефектов рабочего колеса центробежных насосов, которые устраняются при замене рабочего колеса на бездефектное.

В осевых насосах таких признаков боя рабочего колеса или дефекта одной из лопастей нет, но, как и в центробежных насосах, можно воспользоваться дополнительным признаком - модуляцией лопастной составляющей вибрации насоса частотой его вращения, как это показано на рис. 12.7.

Рис 12.7. В спектре вибрации центробежного насоса с рабочим колесом, одна из шести лопастей которого имеет дефект, есть признаки дефекта лопасти - повышенная вибрация на кратных гармониках частоты вращения kF вр и модуляция лопастной вибрации F л частотой вращения рабочего колеса kF вр . Возможности балансировки насоса на месте ограничены.

Рабочие колеса при вращении в потоке воздуха (газа) также создают нецентробежные силы на частоте его вращения при бое рабочего колеса или при нарушении условий обтекания одной (или группы соседних) лопаток. Эти силы также ограничивают эффективность балансировки рабочего колеса, особенно многорежимных по производительности и/или скорости вращения агрегатов. Для обнаружения такого рода сил используется несколько способов, основным из которых является поиск зависимости величины оборотной вибрации от производительности агрегата, изменяемой скачком. Еще один эффективный способ, работающий в агрегатах преимущественно с одним рабочим колесом - анализ соотношения фаз колебаний на разных опорах вращения агрегата, так как дефектное рабочее колесо, в отличие от бездефектного, возбуждает значительные моментные колебания ротора. Наконец, в центробежных нагнетателях для оценки вклада нецентробежных сил, как и в насосах, можно контролировать осевую вибрацию опоры вращения, к которой приложена основная осевая нагрузка нагнетателя.

Простейшие средства и программы балансировки

Существующие средства и программы балансировки можно разделить на три основные группы:

• простейшие приборы для балансировки однорежимных агрегатов с жесткими роторами, до двух роторов в собственных опорах вращения,
• системы балансировки для многорежимной балансировки жестких роторов, в том числе многоканальные, с экспертной диагностикой дефектов, ограничивающих ее эффективность,
• многоканальные системы виброналадки с многорежимной балансировкой жестких и гибких роторов и экспертной диагностикой дефектов.

Простейший прибор для балансировки жестких роторов представлен на рис. 12.8.

Рис. 12.8. Прибор для балансировки роторов на базе сборщика данных - виброанализатора СД -12.

В состав такого прибора должны входить:

• датчик вибрации,
• датчик угла поворота ротора (датчик оборотов с одним импульсом на оборот),
• синхронный фильтр для измерения амплитуды вибрации на частоте вращения,
• фазометр для измерения разности фаз между выделенной фильтром гармоникой вибрации и меткой на роторе,

Кроме этого необходима программа расчета балансировочных масс по измеренным амплитудам и фазам оборотной вибрации, которая либо встраивается в прибор, либо устанавливается на компьютере.

Прибор в указанной комплектации рассчитан на балансировку «идеального» ротора, на который действуют только центробежные силы, не зависящие от внешних условий, таких как температура, нагрузка на агрегат и другие. Его невозможно использовать для анализа ограничений из-за действия нецентробежных сил на частоте вращения, в частности по приведенным ранее признакам, а, во многих случаях, при замене недоступной плоскости коррекции на доступную или для диагностики дефектов, которые могут появиться при частичной разборке агрегата в процессе установки пробных и корректирующих масс.

Указанные недостатки устраняются, если балансировочный прибор дополнительно может измерять узкополосные спектры вибрации в точках ее контроля, запоминать спектры вибрации одинаковых агрегатов и коэффициенты влияния пробных масс на выбранные точки контроля, а также сравнивать спектры вибрации и коэффициенты влияния нескольких однотипных агрегатов.

Реализовать многие из рассмотренных задач балансировки жестких роторов на месте эксплуатации агрегатов можно, используя виброанализатор серии СД со встроенной программой балансировки (см. рис 12.8), дополненный внешней программой Vibro-12.

Многоканальные системы многорежимной балансировки являются неотъемлемой частью систем виброналадки агрегатов с узлами вращения и рассматриваются в разделе «средства и программы виброналадки» .

Для Вашего удобства все статьи нашего сайта по теме «Балансировка роторов на месте эксплуатации» мы собрали в одном месте.
Вы можете прочитать их в разделе

В процессе производства турбоустановок практически невозможно выполнить рабочее колесо так, чтобы центр тяжести его совпадал с осью вращения. Несовпадение центра тяжести турбинного диска с его осью вращения приводит при работе турбины к появлению неуравновешенной центробежной силы. С целью ликвидации такого рода неуравновешенности колеса производят его статическую балансировку на балансировочном стенде (рис. I). Этот стенд состоит из двух жестких стоек 2 с закрепленными на них призмами 3 и оправки 4 с насаженным на нее рабочим колесом I. Колеса с помощью конических втулок 5 насаживают на оправку, причем посадка должна обеспечить строгую концентричность расточки втулки турбинного диска относительно шеек оправки. Последние должны быть одинакового диаметра, а также иметь точную геометрическую форму. Отклонение по форме и по величине допускается не более 0,01-0,02 мм. Оправку устанавливают шейками на призмах станка.

Рис.1. Схема станка для статической балансировки диска и рабочих колес турбомашин.

1 – рабочее колесо; 2 – стойка; 3 – призма; 4 – оправка; 5 – коническая втулка; 6 – гайка.

Призмы изготовляются из стали с последующей закалкой. Длину призм выбирают из расчета, чтобы вал оправки мог сделать 1,5-2 оборота. Ширину рабочей поверхности призмы определяют из условия контактной прочности на смятие. Практически при балансировке деталей весом менее 1000 кг ширину призм выбирают от 3 до 6 мм.

Рабочие плоскости призм должны быть тщательно отшлифованы, края призм слегка закруглены. Призмы должны быть выверены так, чтобы их рабочие поверхности располагались в одной горизонтальной плоскости.

Оправка после изготовления тщательно балансируется вместе с коническими втулками и прижимной гайкой 6. Как оправка, так и конические втулки калятся и шлифуются.

Статическая балансировка в процессе изготовления рабочих колес турбомашин производится обычно дважды. Первый раз - предварительная, после окончательной механической обработки турбинного диска перед его облопачиванием. Второй раз - после наборки лопаток перед посадкой облопачиваемого диска, то есть рабочего колеса, на вал ротора турбомашины. В первом случае неуравновешенность диска только определяется, но лишняя масса металла с диска не снимается. Место, с которого требуется снять лишний металл, в этом случае отмечается с обозначением веса.

В процессе статической балансировки допускается минимальный остаточный небаланс, не превышающий определенной величины, указываемой в чертеже рабочего колеса. Обычно на практике принимают, что центробежная сила, возникающая из-за остаточного небаланса диска, при рабочем числе оборотов ротора не должна превышать 3-5 % от веса балансируемого колеса.

Такая балансировка обеспечивает спокойную эксплуатацию турбоустановки.

Допускаемая неуравновешенность
(в кг), отнесенная к радиусу R (в м), определяется из уравнения:

Отсюда
,

где n - рабочее число оборотов ротора турбомашин в минуту;

к - коэффициент, принимаемый в пределах от 0,03 до 0,05.

Таким образом, прежде, чем выполнить практическую часть работы, следует вычислить допустимую величину остаточного небаланса рабочего колеса с тем, чтобы выполнить статическую балансировку колеса с необходимой точностью.

Предварительно следует выбрать окружность на колесе и замерить ее радиус R.

Вес балансируемого рабочего колеса G следует вычислить на основании обмеров, приняв удельный вес материала 7,8 г/см3 (или определить путем взвешивания), различают явный
и неявный
небалансы. При явном небалансе после установки колеса с оправкой на параллелях колесо покатится по ним и через некоторое время остановится в положении, когда его тяжелая сторона окажется внизу. Подвешивая различные по величине грузы на окружности выбранного радиуса R с противоположной стороны, можно добиться безразличного состояния колеса в любом его положении. Величину найденного таким образом уравновешивающего груза
определяют с помощью весов, а сам груз опять прикрепляют к диску на то же место и не снимают до конца балансировки.

Однако безразличное положение колеса на параллелях еще не указывает на полное отсутствие у последнего небаланса. Объясняется это тем, что при качении оправки по параллелям возникает сила трения качения, причем величина ее зависит от размеров и качества поверхностей контакта и материалов пары. Небаланс, связанный с нечувствительностью, вызванной наличием момента трения, называют неявным.

Существующие методы статической балансировки предусматривают устранение явного и неявного небалансов либо одновременно, либо в два приема. Последний метод использован в настоящей работе. В этом случае сначала устраняют явный небаланс, добиваясь безразличного положения диска на параллелях, как было показано выше, и лишь после этого неявный небаланс.

Для определения неявного небаланса окружность, которая ранее была принята за исходную при устранении явного небаланса, делят на 8 равных частей (рис.4). Каждую отмеченную точку на этой окружности устанавливают в горизонтальной плоскости и с помощью пластилина прикрепляют в этой точке к диску пробный груз массой Р. Масса груза должна быть такой, чтобы диск сделал поворот на некоторый угол (например, 30°). Угол поворота должен быть одинаковым при подвеске грузов последовательно во всех восьми точках окружности. При точном проведении балансировки, правильно выставленных параллелях и полной их исправности, а также при отсутствии на шейках оправки забоин масса грузов, подобранная таким образом для различных точек должны изменяться по гармоническому закону (рис.3). На основании полученной кривой находят тяжелое место диска, которое будет соответствовать точке, где масса пробного груза будет минимальной Р min .Для устранения неявного небаланса необходимо в диаметрально противоположном месте, т.е. в точке, соответствующей массе пробного груза Р mах, поставить балансирующий груз. Массу балансирующего груза определяют по формуле:

С помощью приведенной кривой (рис.2) можно вычислить величину силы трения качения, отнесенную к радиусу R:

,

а также момент этой силы трения

.

Рис.2. Схема к выводу уравнений равновесия диска.

Выражения для
и к могут быть получены, если соста­вить уравнение моментов для двух положений диска, принимая, что неявный небаланс приложен на радиусе х (рис.2):

Явный и неясный небалансы вызывают при работе турбомашины неуравновешенные центробежные силы, которые в общем случае имеют различные линии действия.

Следовательно, в общем случае для определения величины суммарного небаланса и его положения (при заданном радиусе R) следует исходить из равнодействующей этих центробежных сил. Однако, в том случае, когда для определения явного и неявного небалансов использовали одну и ту же окружность радиуса R, величину суммарного небаланса и его положения на этой окружности находят путем геометрического сложения величины обоих небалансов (рис.4). Если же при определении значений небалансов за исходные были приняты окружности разных радиусов, величины небалансов следует привести к одному радиусу и лишь после этого выполнять геометрическое суммирование небалансов.

Положение суммарного небаланса ∆G на окружности радиуса отвечает "тяжелому" месту диска. На турбостроительных заводах небаланс чаще всего устраняется с "тяжелой" стороны диска, обрабатывая его на карусельном станке (при наклонной установке диска) или вручную шлифовальным кругом с последующими взвешиванием стружки и проверкой балансировки на параллельных призмах.

Если по технологическим или иным соображениям металл снимают на окружности, радиус которой отличен от принятого R , то делают пересчет по формуле:

,

где r - радиус окружности участка диска, откуда снимается небаланс.

После устранения неуравновешенности проводят аналогичным способом контрольную статическую балансировку. Если величина остаточного небаланса ∆G не превышает допустимую
, балансировка считается законченной. В противном случае она повторяется до получения положительного результата.

Порядок проведения работы

Обработка результатов измерений

Исходные данные:

ρ = 7,8 г /cм 3 .

Явный небаланс ∆G’ = 65 грамм.

вес ∆G’=0,638 Н.

Допускаемая неуравновешенность:

.

По кривой для определения величины неявного небаланса при статической балансировке диска определяем:

P max = 65 гр.

P min = 32 гр.

Рис.3 . Кривая для определения величины неявного небаланса при статической балансировке диска.

Вес балансирующего груза:

Величина силы трения качения, отнесённая к радиусу R:

Момент этой силы трения:

М тр = k · R =0,476·0,2713=0,129 Н·м.

Рис.4. Схема определения величины и положения суммарного небаланса при статической балансировке диска.

Определяем величины и положения суммарного небаланса при статической балансировке диска:

(см. схему)

∆G = 0,755 H и β = 8,12 о определяем путём решения ∆OFH.

Вывод: в лабораторной работе мы ознакомились с методикой статической балансировки рабочих колёс и расчётным путём определили величину допустимого остаточного небаланса балансируемого рабочего колеса экспериментальной воздушной турбины.

Для балансировки диска необходимо в точке Е добавить металл весом ∆ G = 0,755 Н, т. е. массой m =77 г.

Многие владельцы автомобилей сильно недооценивают такую процедуру техобслуживания своего «железного коня» как балансировка колес. Однако любой механик скажет вам, что от правильной балансировки колес зависит не только корректная работа автомобильной подвески, но и срок ее эксплуатации. Несложно догадаться, что регулярное и правильное выполнение данной процедуры в разы увеличивает безопасность движения на дороге. При этом, осуществлять балансировку колес необходимо достаточно часто, особенно если с ними проводились еще какие-то манипуляции – замена дисков или шин. Поскольку сегодня практически на каждой СТО можно осуществить балансировку, проблема эта в принципе перестает быть проблемой.

1. Как выполняется балансировка колес

Главная цель, с которой осуществляется балансировка колес – это, конечно же, обеспечение равномерного распределения массы колеса и всех его деталей относительно оси, на которой оно вращается. Для безопасной езды очень важно, чтобы центр масс находился непосредственно на оси вращения. Благодаря этому колесо будет давать минимальные колебания во время движения, поскольку центр масс не будет смещаться от центра вращения.

При осуществлении балансировки колес очень важно учитывать, чтобы они были уравновешены в разных направлениях оси. В противном случае во время движения колеса могут очень сильно вибрировать, ускорится их износ, а также износ подвески в целом. В частности, последствием неправильной балансировки может стать:

1. Разрушение подшипников, которые находятся в ступицах колес. Если разрушение произойдет непосредственно во время движения, существует очень большой риск того, что колесо может отлететь прямо «на ходу». Не секрет, что подобное дорожное происшествие может привести к плачевному результату.

2. Ухудшение сцепления колес с дорожным покрытием, поскольку из-за вибраций колеса контактное пятно становится очень нестабильным. В свою очередь отсутствие нормального сцепления приводит к тому, что водителю становится очень трудно управлять транспортным средством. При необходимости резко остановить автомобиль, его тормозной путь может увеличиться даже вдвое. То есть движение на таком авто становится очень опасным.

3. Изнашивается протектор. То есть очень быстро утрачиваются его основные технические параметры, необходимые для обеспечения устойчивости автомобиля.

4. Вибрация от колес передается даже на рулевое управление автомобилем, что вызывает повышенную утомляемость водителя во время управления автомобилем.

Для непосредственного выполнения балансировки колес вам обязательно понадобится балансировочный станок. Основой данного устройства является конус крепления, благодаря которому положение колеса выравнивается автоматически. При этом в процессе работы ориентация осуществляется на центр оси вращения.

Сама же процедура заключается в том, что при установке станка колесо на нем максимально интенсивно раскручивается, при этом мастер периодически осуществляет перемещение специальных грузиков из свинца (они находятся на диске). В момент остановки колеса его положение является случайным и не всегда правильным. Подобным образом осуществляется грубая балансировка.

Чтобы осуществить более точную балансировку колес, применяется электронный станок, в которые вносятся исходные параметры колеса. После этого установка сама выдает место и вес установки свинцовых грузиков. Грузики для балансировки колес могут использоваться разные. По мнению специалистов, наиболее оптимальным вариантом для этого являются набивные, которые особенно удобно использовать в зимнее время. Связано это с тем, что такие грузики будут удерживаться на колесе и при расширении дисков. Однако, если установить таковые на колесо является невозможным, приходится использовать клеящиеся.

Теперь давайте разберемся в вопросе, почему же балансировку колес практически нереально выполнить в домашних условиях? В первую очередь, это связано с отсутствием станка. Даже если он и есть у вас, для правильного выполнения процедуры очень важно осуществить его правильную настройку. Не менее важным фактором также является мастерство самого мастера, который будет осуществлять балансировку. В частности, именно мастер определяет то, насколько готово само оборудование к выполнению подобной задачи, насколько правильно оно откалибровано. В противном случае, результат балансировки будет неудовлетворительным.

При осуществлении балансировки колес также необходимо учитывать следующие нюансы:

1. Перед тем как приступать к выполнению процедуры, обязательно вымойте колеса.

2. Удалите старые балансировочные грузики, которые использовались для настройки колес ранее.

3. Закрепив колесо в станке, биение его шины в радиальном и боковом направлениях необходимо обязательно замерить, чтобы полученные результаты балансировки можно было сверить с исходными.

4. Если перед балансировкой вы осуществляли замену шин, при их установке обязательно следует использовать специальный раствор или смазку. Без нее шина может стать неровно, что вызовет полную разбалансировку колеса. Если же в процессе работ не удается правильно сбалансировать колесо, стоит еще раз обратиться к шинам, проверить правильность их установки. Убедиться в этом можно, либо просто постучав по ободу колеса, либо увеличив давление в шине. В последнем случае неправильность установки шины будет заметна даже визуально.

5. Если вы хотите добиться максимально точной балансировки колес, выбирайте для этого те мастерские, которые предлагают так называемый «3D шиномонтаж». Благодаря наличию лазерного прибора все необходимые параметры будут настроены с точностью до миллиметра. Преимуществом такого прибора является возможность осуществлять балансировку колес с учетом их дефектов.

2. Периодичность балансировки

С точностью определить время для проведения следующей операции по балансировке колес практически невозможно. Ведь зависит этот факт от того, в каких условиях эксплуатируются колеса, какие манипуляции с ними проводятся. В том числе влиять на необходимость выполнения данной операции может даже частое посещение автомойки – под большим давлением старые грузики могут попросту отлетать. В таком случае балансировка нужна в обязательном порядке.

Еще одной причиной, из-за которой необходимость в балансировке может возникать намного чаще, может быть привычка водителя осуществлять очень резкие старты, а также осуществлять повороты на высокой скорости. В результате этого протектор шин начинает изнашиваться очень неравномерно, искажается и балансировка. Если же на высокой скорости преодолевать такие помехи как ямы или лежачие полицейские, может даже деформироваться диск колеса, что вызовет необходимость не только в балансировке, но и замене дисков. Наиболее типичными ситуациями, когда без балансировки практически невозможно обойтись, являются следующие:

1. Сезонная замена шин или колес.

2. Если вы очень резко влетели в яму, ударились об бордюр, проскочили на скорости лежачего полицейского.

3. После каждых 15 000 км пробега, на чем особенно настаивают производители автомобилей. Но, как правило, при замене сезонной шины выполнять данную операцию приходится даже чаще (если речь не идет о таксистах).

4. Перед тем, как отправиться в длительную поездку, за которую вам придется преодолеть более 2 000 км. По возвращении можно будет осуществить еще одну балансировку, которая точно не будет лишней.

Чем чаще вы эксплуатируете свой автомобиль и чем агрессивнее ваша езда, тем чаще придется заниматься балансировкой. Не стоит забывать, что от правильности положения колес напрямую зависит ваша жизнь и жизнь ваших пассажиров.

3. Причины балансировки и первые признаки дисбаланса колес.

Когда именно необходимо осуществлять обязательную балансировку, мы уже упомянули в предыдущем разделе. Однако отдельно нужно сделать акцент на том, какие внешние признаки могут указывать на то, что ваши колеса находятся в дисбалансе:

1. Во время движения вы явно ощущаете, как бьется руль вашего автомобиля. Подобный признак, вероятнее всего, будет свидетельствовать о дисбалансе в одном из передних колес, хотя нарушения правильности хода колес задней подвески все равно не исключаются. При этом, если биение руля ощущается очень интенсивно, скорее всего существует необходимость и в замене подшипника ступицы автомобиля. Тянуть с решением подобной проблемы не стоит, так как наличие вибраций может привести даже к разгерметизации системы охлаждения автомобиля.

2. При езде заднюю часть автомобиля заносит в разные стороны. Кроме дисбаланса такое «поведение» авто может быть вызвано проблемами с подвеской. В частности, это может быть износ или наличие трещин в стойках или балки. При этом балансировка будет нужна в любом случае – и просто при наличии виляний, и после ремонта .

Для того чтобы не допустить возникновения крайне неприятных ситуаций с автомобилем и не подвергать себя опасности, не стоит пренебрегать проведением балансировки. Значительно увеличить периодичность между проведением данных процедур можно только в том случае, если вы будете максимально осторожно и бережно передвигаться по дороге, не превышая скорость и избегая дорожных неровностей.

Подписывайтесь на наши ленты в

Необходимо ли проводить балансировку колес автомобиля. Основные нюансы балансировки колес, правила балансировка, цена и технология. В конце статьи видео-обзор правил балансировки колес.

Содержание статьи:

Несмотря насколько современный и новый у вас автомобиль, через определенное время или проехав некоторую дистанцию, нужно будет балансировать колеса. Какими бы не были дорогими диски или покрышки, данная процедура неизбежна, и откладывать её на потом лучше не стоит. Некоторые водители не обращают внимания на балансировку колес, вспоминают, когда руль начинает дребезжать, а автомобиль бросать со стороны в сторону на скорости.

Балансировка колес – несложный процесс, за счет которого уменьшается неуравновешенность колеса во время вращения. Такое действие на колесо автомобиля вызвано центробежной силой. Начинающие водители иногда считают, что балансировать колеса нужно очень редко, раз в год, а то и реже. С одной стороны они правы, если выезжать на автомобиле раз в месяц и на короткие дистанции, но при повседневной езде балансировать колеса нужно в обязанном порядке, хотя бы 1-2 раза в сезон.

Какие бывают виды дисбаланса

Для статистического дисбаланса, как правило, ось вращения колеса и ось инерции параллельны. В таком случае биение колеса будет продольным, в результате центр тяжести шины смещается в одну сторону, а масса диска будет распределяться неравномерно по всей его длине. Такой дисбаланс очень хорошо ощущается в салоне автомобиля даже на малых скоростях, машина словно подскакивает, а руль невозможно поймать.

Динамический дисбаланс чаще встречается в автомобилях, особенно с шинами широкого профиля и появляется в случае, когда ось инерции и ось вращения не совпадают. Сам дисбаланс появляется, когда центр тяжести меняется в определенной точке диска, в таком случае шину будет бросать со стороны в сторону, то есть вес неправильно распределен по ширине, а не по высоте. Обычно такой вид дисбаланса, даже грубый заметен на скорости свыше 40 км/час, автомобиль начинает бросать со стороны в сторону, а рулевое колесо дребезжит и бьет по рукам.

Не исключена ситуация, когда на шине может быть одновременно оба дисбаланса, но ситуация не столь критична. Исправить такое можно на любом станке для балансировки, для легкосплавных дисков советуют применять современные станки на основе лазерной методики, тогда результат будет значительно лучше.

Стоит ли делать балансировку колес автомобиля

Как показывает статистика, разбалансировка 14" диска на 20 грамм, на скорости 90 км/час и выше равносилен сильному удару кувалды, весом 3 кг по деталям подвески автомобиля. Учитывая частоту вращения шины на скорости, получается как минимум 800 таких ударов за минуту. Принудительно заставить балансировать колеса автомобиля никто не в праве, даже сотрудники ГИБДД, но стоит помнить, что поскупившись на балансировке, в будущем придется выложить денег в десять раз больше на детали подвески и ремонт ходовой части.

Еще один неприятный момент, если не балансировать колеса автомобиля – это снижение безопасности движения автомобиля. Как правило, не бывает такой ситуации, что на все 4 колеса действует центробежная сила в одном направлении, исключением могут быть только суперкары и элитные автомобили за баснословные деньги. В обычном случае каждый диск с шиной имеет свою центробежную силу с определенными характеристиками. Чем неровней дорога, тем тяжелей становится управлять автомобилем, а если попасть на выбоину, то вообще можно потерять управление и попасть в ДТП.

Третий вариант отказа от балансировки это выход из строя и повышенный износ подвески. В первую очередь выходят из строя подшипники самой ступицы, в результате чего ступица полностью может отпасть в самый непредсказуемый момент. Так же плохая балансировка колес передает вибрацию на руль, это дискомфорт для водителя и пассажиров. Это минимальный список того, что может быть, если не балансировать колеса.

Как часто нужно балансировать колеса автомобиля?

Первое и самое главное правило – при каждой смене покрышек, будь-то они новые или б/у, проводится балансировка колес автомобиля, чтоб выровнять центробежную силу, так как переобувка дисков или шин смещает центр тяги. По километражу рекомендуют проводить балансировку после каждых 5000 километров пробега автомобиля на одних колесах.

В случае ремонта подвески или частой езде по плохой дороге (попадание в выбоины) стоит чаще проводить балансировку колес, нежели 5000 километров, обычно рекомендуют после 1000-1500 километров. В случае появления вибрации кузова, в салоне, на рычаге кпп или руле, зачастую на скорости 60 км/час и выше, балансировку не стоит откладывать.

Вывод достаточно прост, балансировку колес автомобиля нужно проводить каждый раз, когда вы проводите процедуру переобувки или смене шин, плюс ко всему, учитывая состояние дорог, балансировку колес нужно проводить чаще.

Как проходит балансировка колес автомобиля

В зависимости от типа диска будет меняться и вид грузика для балансировки колес, для стальных дисков со специальной скобой-крепежом, для легкосплавных дисков специальные грузики с посадкой на внутреннюю часть обода. Сами грузики выполнены с цинка или чаще свинца, но в меру развития технологий появились и стальные грузики. Масса устанавливаемого грузика зависит от меры дисбаланса, для литых дисков выпускаются грузики от 5 до 60 грамм с шагом в 5 грамм. Для стальных дисков эти рамки от 5 до 100 грамм, так же с шагом 5 грамм. Такие грузики в любом случае устанавливаются в случае балансировки колес автомобиля.

Чем большей массы требуется установить грузик, тем вероятней становится показатель, что нужно проверить геометрию диска или правильность его сборки, правильно ли направлен протектор. На штампованные диски или по-другому стальные устанавливают набивные грузики, они крепятся на ребро диска за счет набивки между диском и покрышкой, с типа установки во время балансировки и пошло их название.

Так с чего же начинается процесс балансировки колес автомобиля. В любом случае, независимо от марки, модели автомобиля или характеристик дисков, их нужно демонтировать с автомобиля. Зачастую рекомендуют снимать шины поштучно: по технологии снял, отбалансировал, поставил, снял следующее колесо - проходят по кругу автомобиля.

В зависимости от СТО и оборудования на ней, первое, что необходимо сделать перед балансировкой – это очистить покрышку и диск от грязи, камней и посторонних предметов. Не стоит игнорировать камни, застрявшие в протекторе, они так же влияют на балансировку колеса. В обязанном порядке шина должна быть без проколов и хорошо держать давление, в ином случае балансировка будет бесполезной. Поэтому внимательно осмотрите шину и убедитесь, что оно не спускает.

Определив место дисбаланса, специалист начинает устанавливать грузики, набивая или наклеивая на диск. После набивки грузиков, процедура проверки наличия дисбаланса снова проверяется и в случае надобности грузики заменяются или добавляют новые. В таком цикле процедуру балансировки колес автомобиля, определения дисбаланса и установку грузиков повторяют, пока дисбаланс не станет равен нулю или близок к нулю.

Не исключен вариант, что диск может потерять свою геометрию и его придется прокатывать, только тогда переходить к балансировке колес автомобиля. По завершению всех необходимый этапов балансировки, шина снимается с оси станка, далее специалист снимает металлическую пластину с диска и отдает шину для установки на автомобиль. По советам опытных водителей, балансировку колес стоит проводить парами. Если решили балансировать одно из передних колес, то обязательно проведите балансировку второго переднего, даже если нет на то причин. Перестраховаться и проверить никогда не будет лишним.

Основные правила для хорошей балансировки колес

1. Перед началом балансировки колес автомобиля, убедитесь, что геометрия колеса правильная, иначе весь процесс будет бессмысленным;
2. Вес грузика для балансировки колеса с нормальной геометрией не должен быть больше 60 грамм. Если требуется грузик большей массы, то стоит проверить геометрию диска, правильную сборку диска и шины, и изношенность покрышки;
3. Допустимое отклонение при повторной балансировке колеса автомобиля должно быть не больше 5 грамм. Если шину сняли с балансировочного станка, а потом снова вернули его, то именно такое должно быть максимальное отличие, не больше;
4. Чем больше колесо, тем крепче и надежней оно должно быть установлено на ось балансировочного станка, в ином случае это повлияет на качество балансировки;
5. Сборка диска и шины, для каждого колеса индивидуальное, поэтому допускают небольшое отклонение на каждую сторону колеса, массой 10 грамм;
6. До начала балансировки колеса автомобиля, диск и шина должны быть очищены от пыли, грязи и других деталей в протекторе. Такие факторы очень сильно влияют на правильную балансировку колес;
7. Покрышка должна быть одета правильно и по борту диска (чаще всего это касается процедуры переобувки автомобиля с летней на зимнюю резину). Установив на автомобиль, шина станет на место почти сразу же, а вот балансировка нарушится;
8. Не последнюю роль в дисбаланс шины могут внести пластиковые колпаки на колесах, чаще всего проблемы возникают с колпаками низкого качества. С появлением дисбаланса сначала перепроверьте правильность установки колпаков и только потом приступайте к балансировке колес автомобиля.

В случае появления колебаний рулевого колеса или вибрации кузова автомобиля не затягивайте и не откладывайте на потом балансировку колес, иначе потом придется выложить в десять раз больше на поврежденные детали подвески или кузова автомобиля.

Видео-обзор правильной балансировки колес:

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статическая балансировка рабоч их колес вращающихся механизмов

Каусов М.А.

Аннотация

Надежная и исправная работа вращающихся механизмов зависит от большого числа факторов, таких как: соосность валов агрегата; состояние подшипников, их смазка, посадка на валу и в корпусе; износ корпусов и уплотнений; зазоры в проточной части; выработка сальниковых втулок; радиальный бой и прогиб вала; дисбаланс рабочего колеса и ротора; подвеска трубопроводов; исправность обратных клапанов; состояние рам, фундаментов, анкерных болтов и многое другое. Очень часто упущенный небольшой дефект, как снежный ком тянет за собой другие, а в результате выход оборудования из строя. Только учитывая все факторы, точно своевременно диагностируя их, и соблюдая требования ТУ на ремонт вращающихся механизмов, можно добиться безотказной работы агрегатов, обеспечить заданные рабочие параметры, увеличить межремонтный ресурс, снизить уровень вибрации и шума. Планируется посвятить теме ремонта вращающихся механизмов ряд статей, в которых будут рассмотрены вопросы диагностики, технологии ремонта, модернизации конструкции, требованиям к отремонтированному оборудованию и рационализаторским предложениям по повышению качества и снижению трудоемкости ремонта.

В ремонте насосов, дымососов и вентиляторов трудно переоценить значение точной балансировки механизма. Как удивительно и радостно видеть некогда грохочущую и трясущуюся машину, которую усмирили и успокоили несколько граммов противовеса, заботливо установленные в "нужное место" умелыми руками и светлой головой. Невольно задумываешься о том, что значат граммы металла на радиусе колеса вентилятора и тысячах оборотов в минуту.

Так в чем же причина такой резкой перемены в поведении агрегата?

Дисбаланс

Попробуем представить себе, что вся масса ротора вместе с рабочим колесом сосредоточена в одной точке - центре масс (центре тяжести), но из-за неточности изготовления и неравномерности плотности материала (особенно для чугунных отливок) эта точка смещена на некоторое расстояние от оси вращения (Рисунок №1).

При работе агрегата возникают силы инерции - F, действующие на смещенный центр масс, пропорциональные массе ротора, смещению и квадрату угловой скорости. Они-то и создают переменные нагрузки на опоры R, прогиб ротора и вибрации, приводящие к преждевременному выходу агрегата из строя. Величина равная произведению расстояния от оси до центра масс на массу самого ротора - называется статическим дисбалансом и имеет размерность [г x см].

Статическая балансировка

Задачей статической балансировки является приведение центра масс ротора на ось вращения путем изменения распределения массы.

Наука о балансировке роторов объемна и разнообразна. Существуют способы статической балансировки, динамической балансировки роторов на станках и в собственных подшипниках. Балансируют самые различные ротора от гироскопов и шлифовальных кругов, до роторов турбин и судовых коленчатых валов. Создано множество приспособлений, станков и приборов с применением новейших разработок в области приборостроения и электроники для балансировки разных агрегатов. Что касается агрегатов, работающих в теплоэнергетике, то нормативной документацией по насосам, дымососам и вентиляторам предъявляются требования по статической балансировке рабочих колес и динамической балансировке роторов. Для рабочих колес применима статическая балансировка, т. к. при превышении диаметром колеса его ширины более чем в пять раз, остальные составляющие (моментная и динамическая) малы, и ими можно пренебречь.

Чтобы сбалансировать колесо нужно решить три задачи:

найти то самое "нужное место" - направление, на ко тором расположен центр тяжести;

определить, сколько "заветных грамм" противовеса необходимо и на каком радиусе их расположить;

уравновесить дисбаланс корректировкой массы рабочего колеса.

Приспособления для статической балансировки

Найти место дисбаланса помогают приспособления для статической балансировки. Их возможно изготовить самостоятельно они просты и недороги. Рассмотрим некоторые конструкции.

Простейшим устройством для статической балансировки являются ножи или призмы (Рисунок №2), установленные строго горизонтально и параллельно. Отклонение от горизонта в плоскостях параллельной и перпендикулярной оси колеса, не должно превышать 0,1 мм на 1 м. Средством проверки может служить уровень "Геологоразведка 0,01" или уровень соответствующей точности. Колесо одевается на оправку, имеющую опорные шлифованные шейки (в качестве оправки, можно использовать вал, заранее проверив его точность). Параметры призм из условий прочности и жесткости для колеса массой 100 кг и диаметром шейки оправки d = 80 мм составят: рабочая длинна L = p X d = 250 мм; ширина около 5 мм; высота 50 - 70 мм.

Шейки оправки и рабочие поверхности призм должны быть шлифованными для снижения трения. Призмы необходимо зафиксировать на жестком основании.

Если дать колесу возможность свободно перекатываться по ножам, то после остановки центр масс колеса займет положение не совпадающее с нижней точкой, из-за трения качения. При вращении колеса в противоположную сторону, после остановки оно займет другое положение. Среднее положение нижней точки соответствует истинному положению центра масс устройства (Рисунок №3) для статической балансировки. Они не требуют точной горизонтальной установки как ножи и на диски (ролики) можно устанавливать ротора с разными диаметрами цапф. Точность определения центра масс меньше из-за дополнительного трения в подшипниках качения роликов.

Применяются устройства для статической балансировки роторов в собственных подшипниках. Для снижения трения в них, которое определяет точность балансировки, применяют вибрацию основания или вращение наружных колец опорных подшипников в разные стороны.

Балансировочные весы.

Самым точным и в то же время сложным устройством статической балансировки являются балансировочные весы (Рисунок №4).

Конструкция весов для рабочих колес приведена на рисунке. Колесо устанавливают на оправку по оси шарнира, который может качаться в одной плоскости. При повороте колеса вокруг оси, в различных положениях его уравновешивают противовесом, по величине которого находят место и дисбаланс колеса.

Методы балансировки

Величину дисбаланса или количество граммов корректирующей массы определяют следующими способами:

методом подбора, когда установкой противовеса в точке противоположной центру масс добиваются равновесия колеса в любых положениях;

методом пробной массы - Мп, которую устанавливают под прямым углом к "тяжелой точке", при этом ротор совершит поворот на угол j. Корректирующую массу вычисляют по формуле

Мк = Мп ctg j

или определят по номограмме (Рисунок №5): через точку, соответствующую пробной массе на шкале Мп, и точку, соответствующую углу отклонения от вертикали j, проводят прямую, пересечение которой с осью Мк дает величину корректирующей массы.

В качестве пробной массы можно использовать магниты или пластилин.

Метод кругового обхода

Самым подробным и наиболее точным, но и наиболее трудоемким является метод кругового обхода. Он применим и для тяжелых колес, где большое трение мешает точно определить место дисбаланса. Поверхность ротора делят на двенадцать или более равных частей и последовательно в каждой точке подбирают пробную массу Мп, которая приводит ротор в движение. По полученным данным строят диаграмму (Рисунок №6) зависимости Мп от положения ротора. Максимум кривой соответствует "легкому" месту, куда необходимо установить корректирующую массу

Мк = (Мп max + Мп min)/2.

Способы устранения дисбаланса

После определения места и величины дисбаланса его необходимо устранить. Для вентиляторов и дымососов дисбаланс компенсируется противовесом, который устанавливается на внешней стороне диска рабочего колеса. Чаще всего для крепления груза используют электросварку. Этот же эффект достигается снятием металла в "тяжелом" месте на рабочих колесах насосов (по требованиям ТУ допускается снятие металла на глубину не более 1 мм в секторе не более 1800). При этом корректировку дисбаланса стараются проводить на максимальном радиусе, т. к. с увеличением расстояния от оси, возрастает влияние массы корректируемого металла на равновесие колеса.

Остаточный дисбаланс

После балансировки рабочего колеса из-за погрешностей измерений и неточности устройств сохраняется смещение центра масс, которое называется остаточным статическим дисбалансом. Для рабочих колес вращающихся механизмов нормативная документация задает допустимый остаточный дисбаланс. Например, для колеса сетевого насоса 1Д 1250 - 125 задается остаточный дисбаланс 175 г х см (ТУ 34 - 38 - 20289 - 85).

Сравнение методов балансировки на различных устройствах

Критерием сравнения точности балансировки может служить удельный остаточный дисбаланс. Он равен отношению остаточного дисбаланса к массе ротора (колеса) и измеряется в [мкм]. Удельные остаточные дисбалансы для различных методов статической и динамической балансировки сведены в таблицу №1.

Из всех устройств статической балансировки, весы дают самый точный результат, однако, это устройство самое сложное. Роликовое устройство, хотя и сложнее параллельных призм в изготовлении, но проще в эксплуатации и дает результат не многим хуже.

Основным недостатком статической балансировки является необходимость получения низкого коэффициента трения при больших нагрузках от веса рабочих колес. Повышение точности и эффективности балансировки насосов, дымососов и вентиляторов можно достичь методами динамической балансировки роторов на станках и в собственных подшипниках.

Применение статической балансировки

балансировка вибрация подшипник электродвигатель

Статическая балансировка рабочих колес эффективное средство снижения вибрации, нагрузки на подшипники и повышения долговечности машины. Но она не панацея от всех бед. В насосах типа "К" можно ограничиться статической балансировкой, а для роторов моноблочных насосов "КМ" требуется динамическая, т. к. там возникает взаимное влияние небалансов колеса и ротора электродвигателя. Необходима динамическая балансировка и для роторов электродвигателей, где масса распределена по длине ротора. Для роторов с двумя и более колесами, имеющих массивную соединительную полумуфту (например СЭ 1250 - 140), колеса и муфта балансируются отдельно, а затем ротор в сборе балансируют динамически. В отдельных случаях для обеспечения нормальной работы механизма необходима динамическая балансировка всего агрегата в собственных подшипниках.

Точная статическая балансировка - это необходимая, но иногда не достаточная основа надежной и долговечной работы агрегата.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Причины вибрации центробежных машин. Приспособления для проведения статической балансировки. Устранение неуравновешенности ротора (дисбаланса) относительно оси вращения. Определение и устранение скрытого дисбаланса. Расчет момента силы трения качения.

лабораторная работа , добавлен 12.12.2013


Балансировка ротора машин и балансировка гибких роторов как задача оценивания дисбалансов. Условие допустимости одной статической балансировки. Оценивание методом наименьших квадратов. Целевая функция метода наименьших квадратов и численные эксперименты.

дипломная работа , добавлен 18.07.2011


Анализ технологического процесса балансировки, обзор применяемого оборудования и выявление недостатков в работе. Разработка технологического процесса и устройства набора грузиков. Построение структурной и силовой схемы системы управления, выбор датчиков.

дипломная работа , добавлен 14.06.2011


Виды повреждений зубчатых колес и причины их возникновения. Типы поверхностных макроразрушений материала зубьев. Зависимость между твердостью рабочих поверхностей зубьев и характером их повреждений. Расчет нагрузочной способности зубчатых колес.

реферат , добавлен 17.01.2012


Расширение технологических возможностей методов обработки зубчатых колес. Методы обработки лезвийным инструментом. Преимущества зубчатых передач - точность параметров, качество рабочих поверхностей зубьев и механических свойств материала зубчатых колес.

курсовая работа , добавлен 23.02.2009


Характеристика и химический состав низколегированных и углеродистых сталей, применяемых для повышения долговечности рабочих органов машин. Свойства электродных материалов для наплавки. Технология электрошлаковой наплавки зубьев ковшей экскаваторов.

курсовая работа , добавлен 07.05.2014


Понятие и применение фрикционной передачи, ее конструкция, основные преимущества и недостатки, расчетная схема. Определение максимальной величины механического изнашивания на рабочих поверхностях колес открытой фрикционной цилиндрической передачи.

курсовая работа , добавлен 17.11.2010


Сведения о частотных характеристиках деталей. Расчет форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток ГТД, методы и средства их измерения. Конструкция и принцип работы устройств для их зажима при контроле ЧСК. Способы снижения вибрационных напряжений.

курсовая работа , добавлен 31.01.2011


Требования предъявляемые зубьям шестерен. Термическая обработка заготовок. Контроль качества цементованных деталей. Деформация зубчатых колес при термической обработке. Методы и средства контроля зубчатых колес. Поточная толкательная печь для цементации.

курсовая работа , добавлен 10.01.2016


Материал для изготовления зубчатых колес, их конструктивные и технологические особенности. Сущность химико-термической обработки зубчатых колес. Погрешности изготовления зубчатых колес. Технологический маршрут обработки цементируемого зубчатого колеса.