Неуравновешенность вращающихся деталей (шкивов насосов и трансмиссий- агрегатов, шинко-пневматических муфт, зубчатых колес) получается при смещении их массы в одну сторону, в ре­зультате чего смещается центр тяжести относительно оси вра­щения, а также при смещении оси вращения относительно цент­ра тяжести. Масса детали смещается из-за неоднородности ма­териала, неточности механической обработки и в результате одностороннего износа в процессе эксплуатации. Ось вращения относительно центра тяжести смещается вследствие перекосов при сборке или неточности изготовления.

При больших оборотах вращения неуравновешенных деталей возникают неуравновешенные центробежные силы, приводящие к вибрации детали и агрегата в целом и преждевременному его износу. Поэтому вращающиеся детали должны быть тщательно сбалансированы.

Существуют два способа балансировки: статический и дина­мический. При статической "балансировке деталь уравновеши­вают относительно оси вращения за счет уменьшения ее массы на той стороне, куда смещен центр тяжести, или увеличения массы на диаметрально противоположной стороне. При этом способе деталь находится в статическом состоянии и в слу­чае ее балансировки (уравновешивания) деталь будет оставать­ся в любом положении, в которое она поворачивается относительно оси вращения. Схема уравновешивания деталей разной длины (А, А 1) показана на рис. 130.

Рис. 130. Схема балансировки деталей разной длины: 1 - неуравновешенная масса; 2 - уравновешенная масса

Статическое уравновешивание производят на горизонтальных призмах, валиках или роликах. Наиболее простое устройство для статической балансировки - параллельные стенды, пред­ставляющие собой две закрепленные да основаниях направляю­щие в виде ножей, по которым- может перекатываться уравнове­шиваемая деталь.

Ножи выверяют при помощи уровня в двух взаимно перпен­дикулярных направлениях. Для балансировки массивных дета­лей (шкивы насосов) применяют роликовые или дисковые стен­ды, у которых вместо ножей имеются шарикоподшипники или ролики.

Статическую балансировку производят следующим образом. Уравновешиваемую деталь устанавливают на стенд «и поворотом на некоторый угол определяют ее уравновешенность. При неуравновешенности тяжелая часть детали возвращается вниз, а при уравновешенности она остается в том положении, в кото­рое поворачивается. Неуравновешенную массу детали удаляют сверлением по отметке с обеих ее сторон. Если при сверлении ослабнет конструкция детали, то в этом случае на диаметраль­но противоположной стороже при помощи винтов устанавлива­ют уравновешивающую массу (груз) в виде отдельных пласти­нок.

Для дискообразной детали, имеющей малую длину по сравнению с ее диаметром, способ статической балансировки будет достаточным, так как неуравновешенная и уравновешенная мас­сы находятся на поперечной оси детали или близко к ней. В этом случае при вращении детали центробежные силы масс будут находиться в одной или близких плоскостях и не окажут дополнительного влияния на вал и подшипники.

Для цилиндрической детали, имеющей сравнительно боль­шую длину (шкивы трансмиссий клиноременных передач), одно­го способа статической балансировки будет недостаточно, так как неуравновешенная и уравновешенная массы при баланси­ровке могут быть удалены от поперечной оси детали на рас стояние а. При вращении детали центробежные силы этих масс, "находящихся в разных плоскостях, создают пару сил, которые будут поворачивать деталь относительно оси вращения и соз­давать дополнительные нагрузки на вал и подшипники. В этом случае ликвидировать -влияние пары сил можно только динами­ческой балансировкой, при которой положение и величину урав­новешивающей массы определяют в динамическом состоянии детали - во время ее вращения.

Процесс динамической балансировки осуществляют на спе­циальных станках или же непосредственно в машинах и меха­низмах на собственных подшипниках при помощи специальных приборов: виброметров, виброскопов.

Контрольные вопросы к главе X

1. Какие виды слесарных работ выполняют при сооружении буровых?

2. На какие типы подразделяются болты?

3. В каких случаях применяют болты, шпильки, винты?

4. Для чего предназначены шайбы?

5. Какие применяют способы стопорения резьбовых соединений?

6. Какие по конструкции используют гаечные ключи?

7. Какие применяют шпонки для напряженных и ненапряженных соеди­нений?

8. В чем преимущество шлицевых соединений перед шпоночными?

9. Какие применяют профили шлицов?

10. Какими способами выполняют прессовые соединения?

11. Какие существуют муфтовые соединения?

12. Как центрируют валы, соединяемые шинно-пневматическими муфтами?

13. Из каких элементов состоит карданная передача?

14. Какие существуют зубчатые передачи?

15. Какими способами проверяют зазоры зубчатых зацеплений?

16. Из каких элементов состоит приводная роликовая цепь?

17. Для чего служат вкладыши подшипников скольжения?

18. Какие существуют конструкции подшипников качения?

19. Какими способами выполняют запрессовку подшипников?

20. Каким образом регулируют зазор в упорных и конических подшипниках?

21. В чем заключается балансировка вращающихся деталей?

22. Как и когда выполняют статическую и динамическую балансировку?

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ТРУДА, ЭКОНОМИКА И ПЛАНИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЯ БУРОВЫХ

Как производится балансировка колёс (статическая, динамическая)

Шина представляет собой сложное технологическое изделие, состоящее из большого числа разнородных элементов из разных составов резиновой смеси, а также стали, текстиля, синтетических материалов. Поэтому создать равномерное распределение материалов, а следовательно и массы задача сложная и это неизбежно приводит к появлению «тяжелых» мест шины в протекторной части, а также в боковине.

Кроме того, колесо в сборе может быть установлено с нарушением центровки относительно ступицы автомобиля, диск имеет отверстие под вентиль и сам вентиль имеет некоторую массу.

При вращении колеса на элемент массы участвующий в круговом движении действует центробежная сила, величина которой зависит от массы участка, расстояния от оси вращения, а также от линейной скорости вращения. Причем зависимость от скорости квадратичная. Именно эта сила и будет при вращении колеса создавать переменную по направлению результирующую силу, а также переменный по направлению вращающий момент на оси, что ведет к возникновению вибраций колеса, вибраций элементов рулевого управления и подвески. Это воздействие равносильно применению на автомобиле деформированного колеса. В результате, снижается безопасность движения, а также существенно ухудшает комфортность и в конечном счете приводит к разрушению элементов подвески и преждевременному износу шины.

Как же бороться с этим явлением? Ответ прост - необходимо компенсировать неоднородность массы, используя так называемые балансировочные грузики.

Различают статический и динамический дисбаланс.

Статический дисбаланс -- это неравномерное распределение масс по оси вращения. При статическом дисбалансе колесо бьет в вертикальной плоскости. Для устранения этого явления к колесу необходимо приложить компенсирующую силу равную по величине, но противоположную по направлению центробежной силе. Это достигается прикреплением дополнительного грузика в диаметрально противоположной точке нахождения неуравновешенной массы. Такой процесс называется статической балансировкой . Без проведения статической балансировки невозможна и другая процедура: сход-развал -- установка правильного угла наклона колеса, от которого зависит управляемость автомобиля.

Динамический дисбаланс -- это неравномерное распределение масс в плоскостях параллельных направлению движения. При динамическом дисбалансе на колесо действует пара сил противоположно направленных, создающих переменный момент - «расскачивая» колесо из стороны в сторону. Такая балансировка предотвращает раскачивание колеса из стороны в сторону -- основного явления при возникновении динамического дисбаланса. Процедура исправления дефектов производится при быстро вращающемся колесе. Она позволяет более точно установить и устранить все дефекты. После этого выполняют развал схождение.Динамическая балансировка проводится на специальных балансировочных стендах.

В основном при балансировке колеса имеет случай комбинированного дисбаланса , сочетающий статическую и динамическую составляющую.

Сейчас, скорости перемещения возросли, для высокоскоростных автомобилей необходима весьма точная балансировка, сделать которую возможно только на оборудовании высокого класса и квалифицированным персоналом. Кроме того, дополнительную коррекцию неравномерности масс элементов подвески, участвующих во вращении и неточности центровки колеса на ступице возможно осуществить на автомобиле при проведении финишной балансировки.

Балансировочный станок APOLLO

Функциональные особенности:

Высокая производительность и точность балансировки колес за счет применения прогрессивных технологий:

AutoALU, S-Drive, Direct3D

Автоматическое определение параметров диска

Автоматическое определение типа диска (технология AutoALU)

Точное прямое измерение геометрии ALU-дисков (технология Direct3D)

Интеллектуальное управление 3-фазным двигателем - поворот к месту установки груза (технология S-Drive)

Точная установка липких грузов электронной линейкой

SPLIT - установка липких грузов за спицами

Минимизация статического дисбаланса

Настройка предела 0

Счётчик отбалансированных колёс

Синтезатор речи

Защита от повышенного напряжения в сети (технология PowerGuard)

Высокоточный шпиндельный узел, диаметр вала 40 мм.

В случае отсутствия специальных стендов статическую балансировку колеса можно выполнять на ступице переднего колеса автомобиля. Для этого надо приподнять переднюю часть автомобиля домкратом, ослабить затяжку подшипников ступицы переднего колеса, расшплинтовав и отвернув на 90...120° регулировочную гайку. После этого следует устанавливать колесо в различные положения и отпускать. Если при этом колесо не удерживается в установленном положении, а проворачивается в ту или другую сторону и останавливается только в одном положении, значит оно имеет дисбаланс.

Рис. 123.

а -- крепление балансировочного грузика на ободе колеса, б --определение самой легкой части колеса, в -- начальное положение балансировочных грузиков, г -- окончательное положение балансировочных грузиков (при равновесии колеса)

Для балансировки колес необходимо:

снизить давление в шине до 20...30 кПа и снять с обода колеса балансировочные грузики (рис. 123, а);

медленно повернуть колесо против часовой стрелки и отпустить, когда оно остановится; нанести вертикальной меловой чертой метку I (рис. 123,б), определяющую верхнюю точку колеса;

повернуть толчком колесо по часовой стрелке и после его остановки также отметить верхнюю точку меловой вертикальной линией II, разделить кратчайшее расстояние между метками I и III пополам и нанести метку III-- это и будет самое легкое место колеса (рис. 123, б);

установить по обе стороны метки III малые балансировочные грузики (рис. 123, в) массой 30 г, которые своей пружиной подходят под борт покрышки и удерживаются на ободе;

толчком руки повернуть колесо. Если после его остановки грузики займут нижнее положение, их масса для балансировки колеса достаточна; если грузики займут верхнее положение, нужно поставить более тяжелые (40 г) и, вращая колесо, убедиться, что оно останавливается при нижнем положении грузиков;

отодвигая грузики на равные расстояния (А и А) от метки III (рис. 123, г), следует добиться равновесия колеса, когда оно после толчка рукой будет останавливаться в разных положениях (в зависимости от приложенного усилия);

накачать шину до нормального давления и приступить к балансировке следующего колеса. Передние колеса балансируются каждое на своей ступице, а задние -- на одной из ступиц передних колес.

Неуравновешенность (дисбаланс ) вращающихся частей является одним из факторов, лимитирующих надежность автомобилей в эксплуатации. Неуравновешенность — состояние, характеризующееся таким распределением масс, которое вызывает переменные нагрузки на опоры, повышенные износ и вибрацию, способствует быстрой утомляемости водителя.

Дисбаланс изделия — векторная величина, равная произведению локальной неуравновешенной массы т на расстояние до оси изделия г или произведению веса изделия G на расстояние от оси изделия до центра масс е, т. е. D = mr = Ge.

Виды неуравновешенности

а - статическая, б - динамическая, смешанная.

Проводится при возникновении в процессе изготовления (восстановления) деталей, сборки узлов и агрегатов и изменяет свое количественное значение в процессе эксплуатации и текущего ремонта.

В зависимости от взаимного расположения оси изделия и его главной центральной оси инерции различают три вида неуравновешенности: статическую, моментную и динамическую.
При статической неуравновешенности ось ОВ вращения детали смещена на эксцентриситет е и параллельна главной центральной оси инерции. Данная неуравновешенность присуща дискообразным деталям (маховики, диски сцепления, шкивы, крыльчатки, сцепления в сборе и др.) и проявляется как в статическом, так и в динамическом состоянии. Статическая неуравновешенность определяется главным вектором дисбалансов (статический дисбаланс).
При моментной неуравновешенности ось изделия и его главная центральная ось инерции пересекаются в центре масс. Данная неуравновешенность определяется главным моментом дисбалансов М или двумя равными по значению антипараллельными векторами дисбалансов в двух произвольных плоскостях.
Моментная неуравновешенность является частным случаем более общей — динамической неуравновешенности, при которой ось изделия и его главная центральная ось пересекаются не в центре масс или перекрещиваются. Присуща она деталям и узлам типа валов, состоит из статической и моментной неуравновешенностей и определяется главным вектором дисбалансов и главным моментом дисбалансов или двумя приведенными векторами дисбалансов (в общем случае разных по значению и непараллельных), лежащих в двух выбранных плоскостях.

Дисбаланс изделия характеризуется числовым значением (в г - мм, г см, кг-см) и углом дисбаланса (в град.) в системе координат, связанных с осью изделия.

Главный вектор дисбалансов В„ может быть разложен на два параллельных DCTl и Дт2, приложенных в выбранных плоскостях, а главный момент дисбалансов М может быть заменен моментом пары равных антипараллельных дисбалансов Ц,1 и DM2 в тех же плоскостях. Геометрические суммы Дт! + Ai = Д и Дт2 + А2 = А образуют два приведенных дисбаланса А и А в выбранных плоскостях, которые полностью определяют динамическую неуравновешенность изделия.
При вращении неуравновешенного изделия возникает переменная по величине и направлению центробежная сила инерции. Приведение изделий, обладающих неуравновешенностью, в уравновешенное состояние осуществляется их балансировкой, т. е. определением дисбаланса изделия и устранением (уменьшением) его путем удаления или добавления корректирующих в определенных точках масс. В зависимости от вида неуравновешенности тела различают два вида балансировки: статическую и динамическую.

Статическая балансировка .

Статическая балансировка производится на стендах с призмами или роликами либо на специальных станках для статической балансировки в динамическом режиме (при вращении тела). Такая балансировка повышает точность балансировки и открывает возможность автоматизации процесса.

Динамическая балансировка вращающихся деталей

При такой балансировке определяются и устраняются (уменьшаются) два приведенных дисбаланса А и А в выбранных плоскостях коррекции путем удаления или добавления двух приведенных корректирующих масс, в общем случае разных по значению и расположенных под разными углами коррекции, в системе координат, связанной с осью детали. При динамической балансировке устраняется (уменьшается) как статическая, так и моментальная неуравновешенность, и изделие становится полностью сбалансированным.

Допустимый дисбаланс деталей: коленчатого вала , карданного вала и.др.

Статической балансировкой называют совмещение центра тяжести детали с её геометрической осью вращения. Это достигают снятием металла с тяжёлой части детали, или добавлением его путём наплавки на её лёгкую часть.
Статической балансировке подвергают маховики, крылатки насосов, зубчатые колёса и шестерни зубчатых передач дизельных установок и т.д.
Вращение деталей с неуравновешенной массой приводит к появлению центробежной силы или пары сил, которые и вызывают вибрацию механизма при его работе. Центробежная сила возникает при условии, что центр тяжести детали не совпадает с её осью вращения.
Схема действия центробежной силы при смещении центра тяжести:

Неуравновешенная центробежная сила создаёт на подшипниках дополнительные нагрузки, величина которых может быть определена по формулам:

где Р1,Р2 — дополнительные нагрузки на подшипниках;
а, в — расстояние от плоскости действия силы С соответственно до левого и правого подшипников, мм;
l — расстояние между осями подшипников, мм.
Величину центробежной силы можно определить через массу детали и величину смещения центра тяжести детали относительно оси её вращения по формуле:

где G — масса детали, кг;
q — ускорение силы тяжести (9,81 м/с2);
w — угловая скорость (w = п на n / 30, где n — частота вращения, мин - 1);
r — расстояние от центра тяжести до оси вращения детали, м.
Например, центр тяжести «0» вращающегося диска массой 30 кг с частотой вращения 3000 мин - 1 смещён от центра оси на величину r = 1 мм. Тогда неуравновешенную центробежную силу получаем:

то есть нагрузка на ось в 10 раз превышает массу самой детали. Из этого следует, что даже незначительное смещение центра тяжести может вызвать большие дополнительные нагрузки на подшипники.
Статическую балансировку производят на специальных стендах. Основными деталями стенда являются ножи (призмы), валики или подшипники качения, на которых устанавливают балансируемую деталь на оправке. Ножи, валики или подшипники размещают в одной горизонтальной плоскости.
Статическую балансировку деталей, работающих при частоте вращения до 1000 мин - 1, производят в один этап, а деталей, работающих при большей частоте вращения, — в два этапа.
На первом этапе деталь уравновешивают до безразличного её состояния, то есть такого состояния, при котором деталь останавливается в любом положении. Это достигают путём определения положения тяжелой точки, а затем с противоположной стороны подбирают и крепят уравновешивающий груз. В качестве уравновешивающего груза используют кусок пластилина, замазки, мастики и т.д.
После уравновешивания детали на её лёгкой стороне взамен временного груза крепят постоянный груз, или с тяжёлой стороны снимают соответствующее количество металла, схема установки временного и постоянного грузов представлена на рисунке:
Схема установки временного (Р1) и постоянного (Р2) грузов:

Б — тяжёлая точка.
Иногда место установки уравновешивающего временного груза меняют, что сопровождается изменением радиуса его установки и, как следствие, изменением его массы. Величину массы постоянного уравновешивающего груза определяют из уравновешивания моментов:

где Р1 — масса временного груза;
Р2 — масса постоянного груза;
R, r — радиусы установки соответственно временного и постоянного грузов.
Для деталей с частотой вращения до 1000 мин - 1 балансировку на этом заканчивают.
Второй этап балансировки заключается в устранении остаточной неуравновешенности (дисбаланса), оставшейся за счёт инерции детали и наличия трения между оправкой и опорами. Для этого поверхность торца детали делят на шесть-восемь равных частей, нумеруя их.
Диаграмма статической балансировки детали:

а — разметка окружности торца детали и места установки грузов; б — развёртка окружности и кривая балансировки.
Затем деталь с временным грузом устанавливают так, чтобы точка 1 оказалась в горизонтальной плоскости. В этой точке крепят груз, увеличивая его массу до тех пор, пока деталь не выйдет из состояния равновесия (покоя) и не начнёт медленно вращаться. Груз снимают и взвешивают на весах.
В такой же последовательности выполняют работу и для остальных точек детали. Полученные значения массы грузов заносят в таблицу:
Значения массы грузов в точках их установки на детали (r ):


По данным таблицы строят кривую, которая при точном выполнении балансировки должна иметь форму синусоиды. На этой кривой находят точки максимума (А макс) и минимума (А мин).
Точке максимума кривой соответствует легкое место детали, а точке минимума — тяжёлое место детали.
Массу уравновешивающего груза (дисбаланса) определяют по формуле:

Статическая балансировка считается удовлетворительной, если:

где К — масса дисбаланса детали, г;
R — радиус установки временного груза, мм;
G — масса балансируемой детали, кг;
l ст — предельно допустимое смещение центра тяжести детали от оси её вращения, мкм.
Предельно допустимое смещение центра тяжести детали находят по диаграмме предельно допустимых смещений центра тяжести у деталей при статической балансировке.
Диаграмма предельно допустимых смещений центра тяжести деталей при статической балансировке:

1 — для колёс зубчатых редукторов, дисков гидромуфт, гребных винтов с турбоприводом; 2 — гребные винты дизельных установок, маховики, крылатки центробежных насосов и вентиляторов.
Если соблюдается условие уравнения, то процесс балансировки на этом заканчивается и груз дисбаланса на деталь не устанавливают. Если условие уравнения не соблюдается, то полученную массу грузика «К» устанавливают в точке А макс (радиус 2) или снимают в точке А мин (радиус 6).
Качество балансировки деталей проверяют при работе дизеля по его вибрации.

При вращении деталей и узлов, работающих на больших ско­ростях, возникают неуравновешенные центробежные силы, созда­ющие добавочную нагрузку на детали и опоры. В результате по­являются вибрации, вызывающие преждевременный износ и по­ломки. Дисбаланс (неуравновешенность) детали возникает вслед­ствие несимметричного размещения массы относительно оси вра­щения при отклонении ее размеров от заданных по чертежу, раз­ной плотности металла в отдельных частях детали и сложности формы детали. Дисбаланс детали оценивают величиной момента неуравновешенной массы относительно оси вращения.

Величина центробежной силы, вызывающей вибрацию, опре­деляется следующим образом:

где m - неуравновешенная масса; ω - угловая скорость вращения детали, рад/сек; Q - вес вращающейся детали, Н; q - ускорение силы тяжести, см/сек2 (м/сек2); r - величина смещения центра тяже­сти детали, см (м); n - частота вращения детали в секунду, об/сек.

Статическая балансировка. Статическая балансировка деталей производится на призмах или роликах. Если деталь, имеющую дис­баланс, установить на призмы или ролики, то под влиянием веса неуравновешенной массы создается крутящий момент М k = Q 1 r 1 стремящийся повернуть деталь до тех пор, пока утяжеленная ее сто­рона с весом неуравновешенной массы Q 1 не займет нижнее поло­жение. Величину веса уравновешивающего груза Q 2 и расстояние его r 2 от оси вращения подбирают таким образом, чтобы соблюда­лось равенство:

Q 1 r 1 = Q 2 r 2 откуда: Q 2 = Q 1 r 1 / r 2, (68)

Практическое устранение дисбаланса производится удале­нием эквивалентного количества металла с утяжеленной сторо­ны сверлением, фрезерованием, шабрением, опиловкой или прикреплением корректирующего груза, что, впрочем, встреча­ется редко.

Точность балансировки деталей на призмах зависит от силы трения, возникающей между призмами и шейками валов или оп­равок, на которых устанавливаются проверяемые детали. Поэто­му для повышения точности балансировки необходимо рабочие поверхности призм и шейки оправок подвергать закалке до высо­кой твердости HRC 50-56 и чистовому шлифованию. Рабочую длину призм берут в пределах (2-2,5)πD, где D - диаметр шейки оправки в см.

При статической балансировке на роликах применяемые роли­ковые устройства снабжены шариковыми или роликовыми под­шипниками. Процесс статической балансировки на вращающихся роликах производится так же, как и на призмах. Точность балан­сировки на роликах зависит от отношения dID (рис.42). Чем меньше это отношение, тем точнее балансировка.

В зависимости от массы балансируемых деталей применяются следующие размеры роликов: при массе до 250 кг D = 100 мм l = до 40 мм;

при массе до 1 500 кг D = 150 мм l = до 70 мм.

Статической балансировке подвергают детали, имеющие не­большую длину и относительно большой диаметр: шкивы, маховики, диски сцепления.

Рис.42 . Схема статической балансировки на роликах

Рис.43 . Динамическая неуравновешиваемость

Динамическая балансировка. Для деталей, длина которых зна­чительно превышает диаметр (коленчатые и карданные валы), применяют динамическую балансировку. Если деталь, статически отбалансированную грузами Q 1 и Q 2 (рис.43), расположенными диаметрально противоположно, вращать вокруг оси, то по ее кон­цам возникнут две противоположно направленные центробежные силы I 1 и I 2 , образующие пару сил. Эти центробежные силы стре­мятся вывести деталь из ее опор, нагружая их и вызывая возмож­ность появления вибраций. Величина динамической неуравнове­шенности будет тем больше, чем больше длина плеча возмущаю­щей пары сил.

Для динамической уравновешенности детали необходимо в точ­ках, противоположных участкам размещения грузов Q 1 и Q 2 уста­новить равные им грузы Q 1 ’ и Q 2 ’. Деталь можно уравновесить и гру­зами G 1 и G 2 установленными в любой плоскости, перпендикуляр­ной оси вала, при том условии, что моменты центробежных сил, возникающих от этих грузов в процессе вращения детали, будут равны моментам центробежных сил J 1 , и J 2 , образующихся от гру­зов Q 1 и Q 2 .

Таким образом, динамическая балансировка заключается в со­здании дополнительной пары сил при помощи уравновешиваю­щих грузов. Из сказанного следует, что в таких деталях, как шки­вы, диски сцепления, маховики, не может быть большого плеча пары сил, поэтому их динамическая неуравновешенность меньше статической. Вследствие же большого диаметра статическая не­уравновешенность этих деталей может быть значительной, поче­му они и подвергаются этому виду балансировки. И наоборот, для коленчатых и карданных валов гораздо большее значение имеет динамическая неуравновешенность. Динамическая балансировка деталей выполняется на специальных станках, выпускаемых про­мышленностью.