Найдите Ваше контактное лицо

Найдите Ваше контактное лицо

  Найти
Поиск темы
Изменить язык

Основы дисбаланса

Балансировка пакетов шлифовальных кругов балансировочными винтами

Дисбаланс – вездесущее явление во вращющихся телах. Типичным примером являются вращющиеся инструментальные оправки на станках.

Поскольку дисбаланс создает центробежную силу, которая линейно увеличивается с дисбалансом и пропорциональная количеству оборотов, чем быстрее вращается ротор, тем более заметным становится дисбаланс. Но как возникает дисбаланс, как его измерить и как устранить с помощью балансировки?

На следующей странице мы собрали теоретические основы балансировки, которые представляют собой основу балансировки инструмента.  

1. Причины дисбаланса

  • Несимметричная конструкция Ротора (например, зажимная канавка на держателях инструментов, как указано в DIN 69871, или зажимной винт на держателях инструментов Weldon)
  • Несимметричное распределение массы из-за ошибок концентричности, вызванных производственными допусками, например концентричностью наружного диаметра инструмента по отношению к конусу патрона.
  • Ошибки центрирования при сборке Ротора, состоящего из нескольких компонентов, например фрезерного шпинделя и инструментального патрона, инструментального патрона и инструмента.
  • Ошибки концентричности в подшипниках Ротора, например в подшипнике шпинделя.

2. Что такое дисбаланс?

2.1 Статический дисбаланс

Статический дисбаланс

Центр тяжести Ротора лежит вне оси вращения.

  • Этот вид дисбаланса можно измерить в неподвижных роторах, например с помощью шкал дисбаланса для шлифовальных кругов
  • При вращении это дисбаланс вызывает центробежные силы, перпендикулярные оси вращения
  • Его можно устранить, балансируя в одной плоскости. Можно выбрать любую балансировочную плоскость. Обычно после статической балансировки все еще может быть моментный дисбаланс.

MU = масса дисбаланса (в г)
r = расстояние от неуравновешенной массы до оси вращения (в мм)
M = масса Ротора (в кг)
e = расстояние от центра тяжести до оси вращения (в мкм)
S = центр тяжести
FF = центробежная сила
Значение статического дисбаланса: U = MU • r = M • e
Единица измерения дисбаланса: [U] = г * мм = кг * мкм

2.2 Моментный дисбаланс

Моментный дисбаланс

Центр тяжести лежит вдоль оси вращения

    • Этот тип дисбаланса можно измерить только во вращающихся роторах.
    • Такой тип дисбаланса вызывает момент во время вращения.
    • Центробежные силы обеих неуравновешенных масс уравновешивают друг друга (без боковых сил).
    • Его можно устранить только балансировкой в 2-х плоскостях

MU1, MU2 = несбалансированные массы (в г)
S = центр тяжести
r = расстояние от неуравновешенных масс до оси вращения (в мм)
M = масса Ротора (в кг)
FF1, FF2 = центробежные силы
MU1 = MU2
FF1 = FF2

2.3 Динамический дисбаланс

Сочетание статического и парного дисбаланса

  • Это нормальный случай для промышленных роторов

3. Что такое балансировка?

Что такое балансировка?

Балансировка используется для компенсации несимметричного распределения массы в Роторе.
Это возможно с помощью:

  • применения массы, например установки груза для балансировки автомобильных шин
  • удаления массы, например, путем сверления отверстия
  • регулировки массы, например, путем добавления балансировочных колец, винтов

3.1 Балансировка в одной плоскости (статическая)

Компенсация статической части дисбаланса:

  • Центр тяжести Ротора возвращается к оси вращения (эксцентриситет е=0)
  • Парный дисбаланс динамического дисбаланса остается неизменным

3.2 Балансировка в двух плоскостях (динамическая)

Полная компенсация дисбаланса (статический и моментный дисбаланс)

  • В принципе, можно выбрать любые балансировочные плоскости (лучше всего, если они находятся как можно дальше друг от друга)

4. Измерение дисбаланса

4.1 Принцип измерения

Измерение дисбаланса
  • Держатель инструмента вставляется в балансировочный шпиндель и приводится во вращение.
  • Датчики силы измеряют центробежные силы.
  • Центробежные силы измеряются в двух различных плоскостях на опоре балансировочного шпинделя. Синусоидальный сигнал вырабатывается по мере того, как направление, в котором действуют центробежные силы, поворачивается вместе со шпинделем. Необходимо определить как величину сигнала, так и его угол по отношению к шпинделю.
  • Силовые сигналы используются для расчета весов относительно балансировочных плоскостей. При изменении положения балансировочных плоскостей изменятся и рассчитанные дисбалансы.
  • Компенсация дисбаланса рассчитывается на основе значений дисбаланса.

5. Балансировка оправок

5.1 Качество балансировки G

Качество балансировки G
Допустимый остаточный дисбаланс можно увидеть на диаграмме Ось Х: скорость вращения Ось Y: остаточный дисбаланс по отношению к массе Ротора

DIN ISO 1940-1 (ранее VDI guideline 2060) определяет принципы измерения дисбаланса и для балансировки. Точность балансировки выражается как класс балансировки G (ранее: Q).

Оценка качества балансировки всегда действительна только для одной конкретной скорости вращения ротора.

Допустимый остаточный дисбаланс рассчитывается исходя из степени качества балансировки, скорости вращения  и веса Ротора.


Uzul = (G•M)/n • 9549

Uzul = допустимый остаточный дисбаланс Ротора в гмм
G = балансировочная оценка качества
M = масса Ротора, кг
n = частота вращения ротора в об / мин
9549 = постоянный коэффициент, полученный в результате преобразования единиц измерения

Пример:

  • Фреза зажата в цанговом патроне.
  • Общий вес 0,8 кг
  • Фреза должна использоваться с рабочей скоростью n = 15 000 об / мин
  • Изготовитель шпинделя требует качество балансировки класса G = 2,5
  • Допустимый остаточный дисбаланс Uper = 1,3 гмм

Допустимый остаточный дисбаланс можно увидеть на диаграмме.

5.2 Достижимая точность

В приведенном выше примере допустимый остаточный дисбаланс составляет 1,3 гмм.  Для наглядности этого значения, полезно преобразовать дисбаланс в эксцентриситет.

Uzul = M • eper
eper = Uper/M =1.3 гмм/800г = 0.0016 мм = 1.6 мкм

Поэтому центр тяжести держателя инструмента может быть смещен на макс. 1,6 мкм от оси вращения. Во время балансировки предполагается, что ось конуса или HSK является осью вращения. Однако в фрезерном станке инструмент вращается вокруг оси шпинделя.


Даже новые шпиндели имеют радиальное биение до 5 мкм (эквивалентно эксцентриситету e = 2,5 мкм).

Дополнительный пример:

Балансировочное качество G = 1
Скорость вращения n = 40.000 об / мин
Масса инструмента M = 0,8 кг
Uper = 0,2 гмм
Eper = 0,3 мкм

Этот допустимый эксцентриситет не может быть достигнут на практике.
Даже хорошие шпиндели имеют повторяемость 1-2 мкм при смене инструмента.
Небольшое количество грязи значительно ухудшает результат.


На общий дисбаланс фрезерного шпинделя влияют многие факторы:

  • дисбаланс самого шпинделя
  • дисбаланс из-за ошибок концентричности в шпинделе (ось симметрии не является осью вращения.)
  • ошибки концентричности в фурнитуре шпинделя (отверстие для охлаждающей жидкости, зажимное устройство)
  • боковое искажение зажимной системы при затяжке (пружины, тяга)
  • погрешность концентричности и наклона держателя инструментального патрона в шпинделе
  • дисбаланс самого инструментального патрона
  • ошибка концентричности тягового стержня (смещение)
  • ошибка концентричности в инструменте
  • дисбаланс аксессуаров держателя инструмента (например, затяжная гайка)

Вывод:
Допустимый остаточный дисбаланс менее 1 гмм на практике нереален!

Cписок