Балансировочная машина — это измерительный инструмент, используемый для балансировки вращающихся деталей машин, таких как роторы электродвигателей , вентиляторы , турбины , дисковые тормоза , дисковые приводы , пропеллеры и насосы . Машина обычно состоит из двух жестких пьедесталов с подвеской и подшипниками наверху, поддерживающими монтажную платформу. Испытываемый блок крепится болтами к платформе и вращается либо с помощью ременного, либо пневматического, либо концевого привода. По мере вращения детали вибрация в подвеске обнаруживается датчиками, и эта информация используется для определения величины дисбаланса в детали. Наряду с информацией о фазе машина может определить, сколько и где добавить или убрать грузов для балансировки детали. [1]
Существует два основных типа балансировочных машин: с жесткими подшипниками и с мягкими подшипниками . Однако разница между ними заключается в подвеске, а не в подшипниках.
В машине с жесткими подшипниками балансировка выполняется на частоте ниже резонансной частоты подвески. Таким образом, результирующее смещение подвески вызвано центробежной силой, создаваемой дисбалансом ротора. В машине с мягкими подшипниками балансировка выполняется на частоте выше резонансной частоты подвески. Смещение подвески определяется расстоянием главной оси инерции ротора относительно оси вращения ротора, определяемой подшипниками ротора. Оба типа машин имеют различные преимущества и недостатки. Машина с жесткими подшипниками, как правило, более универсальна и может обрабатывать детали с сильно различающимся весом, поскольку машины с жесткими подшипниками измеряют центробежные силы и требуют только однократной калибровки. В измерительный блок необходимо ввести всего пять геометрических размеров, и машина готова к использованию. Поэтому она очень хорошо работает для мелко- и среднесерийного производства и в ремонтных мастерских.
Машина с мягким подшипником не столь универсальна в отношении количества веса ротора, подлежащего балансировке. Подготовка машины с мягким подшипником для отдельных типов роторов занимает больше времени, поскольку ее необходимо калибровать для разных типов деталей, что делает точность процесса зависимой от знаний и навыков оператора. С измерительным оборудованием, способным хранить параметры калибровки настройки, необходимость в повторной калибровке становится ненужной, пока исходная настройка ротора на балансировочном станке во время его калибровки дублируется. Таким образом, использование специального приспособления для каждого типа ротора может повлечь за собой дополнительные расходы, но дает преимущество в виде более высокой точности процесса балансировки и меньшей зависимости от уровня навыков оператора станка. Поскольку настройка станка немного более утомительна, она, как правило, больше подходит для задач балансировки с большим объемом производства и высокой точностью. Последнее требуется, когда ротор имеет высокую скорость обслуживания или критическое применение (см. ISO 201940 для рекомендуемых допусков балансировки).
Машины с жесткими и мягкими подшипниками могут быть автоматизированы для автоматического удаления веса, например, путем сверления или фрезерования, но машины с жесткими подшипниками более прочны и надежны. Оба принципа машин могут быть интегрированы в производственную линию и загружены роботизированной рукой или порталом, требуя очень небольшого человеческого контроля. [2]
При вращающейся части, опирающейся на подшипники, к подвеске прикреплен датчик вибрации. В большинстве машин с мягкими подшипниками используется датчик скорости. Этот датчик работает, перемещая магнит относительно неподвижной катушки, которая генерирует напряжение, пропорциональное скорости вибрации. Также могут использоваться акселерометры , измеряющие ускорение вибрации.
Фотоэлемент (иногда называемый фазером), датчик приближения или энкодер используется для определения скорости вращения, а также относительной фазы вращающейся детали. Эта фазовая информация затем используется для фильтрации информации о вибрации для определения количества движения или силы за один оборот детали. Кроме того, разница во времени между фазой и пиком вибрации дает угол, при котором существует дисбаланс. Количество дисбаланса и угол дисбаланса дают вектор дисбаланса.
Калибровка выполняется путем добавления известного веса под известным углом. В машине с мягким подшипником пробные грузы должны быть добавлены в плоскостях коррекции для каждой детали. Это связано с тем, что расположение плоскостей коррекции вдоль оси вращения неизвестно, и, следовательно, неизвестно, насколько данное количество веса повлияет на баланс. Используя пробные грузы, добавляется известный вес под известным углом и получается вектор дисбаланса, вызванный им.
Статические балансировочные станки отличаются от станков с жесткими и мягкими подшипниками тем, что деталь не вращается для выполнения измерения. Вместо того чтобы опираться на подшипники, деталь опирается вертикально на свой геометрический центр. После того, как деталь находится в состоянии покоя, любое движение детали от ее геометрического центра обнаруживается двумя перпендикулярными датчиками под столом и возвращается как дисбаланс. Статические балансировочные станки часто используются для балансировки деталей, диаметр которых намного больше их длины, например, вентиляторов. Преимущества использования статического балансировочного станка — скорость и цена. Однако статический балансировочный станок может выполнять коррекцию только в одной плоскости, поэтому его точность ограничена.
Балансировочный станок для лопастей пытается сбалансировать деталь в сборке, поэтому в дальнейшем требуется минимальная коррекция. Балансировка массы лопасти обычно выполняется для коротких лопастей, в то время как для длинных лопастей может потребоваться взвешивание момента по одной или двум осям. Для длинных лопастей, которые также являются широкими, может потребоваться измерение осевого момента для оптимизации распределения напряжения ступицы. Балансировщики лопастей используются для таких деталей, как вентиляторы, пропеллеры и турбины. На балансировщике лопастей вес и/или момент каждой собираемой лопасти вводятся в программный пакет балансировки. Затем программное обеспечение сортирует лопасти и пытается найти расположение лопастей с наименьшим количеством дисбаланса. Меньшее количество веса коррекции дисбаланса в окончательном процессе балансировки означает меньшее (концентрированное) напряжение в сборке ротора.
Портативные балансировочные станки используются для балансировки деталей, которые нельзя разобрать и установить на балансировочный станок, обычно это детали, которые в данный момент находятся в эксплуатации, такие как турбины, насосы и двигатели. Портативные балансировочные станки оснащены датчиками смещения, такими как акселерометры, и фотоэлементом, которые затем монтируются на пьедесталы или корпус работающей детали. На основе обнаруженных вибраций они вычисляют дисбаланс детали. Часто эти устройства содержат анализатор спектра , поэтому состояние детали можно контролировать без использования фотоэлемента, а также можно анализировать невращательную вибрацию.
