Файл: Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.06.2024
Просмотров: 180
Скачиваний: 0
следующего соотношения:
M lz x= —( / —/р), |
. (6.13) |
где I— расстояние от центра массы до опоры или до тонки, ко лебания которой измеряют.
Подставляя в выражение (6.13) вместо / и М их значения, получим
—/ р —/ С-|-Ур. |
(6.14) |
Если известны параметры уравновешиваемого ротора, то из выражения (6.14) можно определить массу и момент инерции
Рис. 6.8. Возможные случаи расположения центра ко лебаний вдоль оси ротора
механической системы для данного ротора. Для каждой системы подвеса ротора Мс и / с связаны между собой определенным со отношением II легко могут быть определены.
Удовлетворить условие /2= L для широкого диапазона балан
сируемых изделий при неизменных параметрах механической системы невозможно. Поэтому гораздо удобнее измерять коле бание датчиками в точках оси, соответствующих центрам коле бания плоскостей.
В общем случае неуравновешенность жесткого ротора может быть сведена к неуравновешенным массам т.\ и /п2, расположен ным на радиусах рі и р2 в плоскостях, перпендикулярных оси вра
щения и отстоящих от центра массы на расстояниях z t и г2. Обозначим через г|і угол между рі и р2.
В этом случае для линейной системы получим следующее вы ражение для проекции движения любой точки оси ротора на плоскость YOZ (см. рис. 6 .6 ):
|
|
У = |
г/о + 1/о + (а' + а")2:- |
(6.15) |
|
где |
г |
П1\рі(о2 |
, |
массы |
при |
у0= — |
2 |
cos tot— координата центра |
|||
|
|
|
неуравновешенности |
только |
в |
|
|
|
плоскости / —/ (рис. |
6.9); |
|
90
|
т2р шг |
|
|
|
|
У" |
7W2P2u-i |
cos (ш^-j- di) — координата центра |
массы |
при |
|
2С — jMpü)2 |
|||||
О |
неуравновешенности |
только |
в |
||
|
|
плоскости II—II]
/ЛіР1ч)22'1 |
cos cu^; |
|
2с/2 — 0)2 ( / р — Ур) |
||
|
||
тп2Р2“ 2г,2 |
cos («і-{-ф). |
|
2с/2 _ 0)2 ( / р _ / р) |
||
|
Подставляя в выражение (6.15) значения величин, получим
Ге I |
Рі“ 2 |
||
( о)2 _ |
о)2)М |
||
|
|||
-|- ш2 |
Р2°)2 |
p2u$Z2Z |
|
|
|
. К - “2) Щ
входящих в него
COS U)t -
COS (си/-)-ф).
Условие независимости колебания точки оси ротора от массы т2 определим, приравнивая коэффициент при т2 к нулю. Анало гично делаем и для пі\. В результате получим две точки на оси ротора, колебания которых зависят только от одной определен ной неуравновешенности в одной плоскости
/ р _ У р |
» 2 - 0 0 2 |
z — ------------------------ ; |
|
Щг2 |
ш2 _ ш2 |
/ Р — Ур |
— 0)2 |
Щ *1 ' |
(О2 — ü)2 |
где z' и z " — точки на оси ротора, колебания которых не зависят от неуравновешенности, помещенной соответствен но В 22 ИZ\.
Датчики, преобразующие • механические колебания оси рото ра в электрические сигналы, необходимо ставить в точках z' и г" оси ротора.
91
Правда, влияние плоскостей балансировки 1 можно устранить и электрическим способом, соответственно суммируя сигналы от датчиков. Но это не всегда дает хороший результат.
У балансировочных машин обычно не предусматривают пере мещения датчиков вдоль оси для выбора наивыгоднейшего места съема колебаний. Тяги датчиков крепят к подвижным опорам. В этом случае возможно такое расположение центра массы от носительно опор, при“котором опоры при неуравновешенности в одной плоскости будут колебаться с одинаковой амплитудой. Следовательно,.сигналы датчиков будут также равны. Склады вая эти сигналы в противофазе, нельзя исключить влияние плос костей, что полностью подтверждается экспериментом.
Устранение влияния плоскостей балансировки электрическим способом значительно упрощается, если колебания оси ротора снимать датчиками, установленными вблизи соответствующих центров колебания. В этом случае соотношение сигналов полу чается таким, что при их суммировании легко можно устранить влияние плоскостей.
Разберем это 'более подробно.
Поместим в плоскость / —/ идеально уравновешенного рото ра, установленного на подвижные опоры А и В, массу т,і (см. рис. 6.9). В этом случае при вращении ротора опоры будут коле баться. Если к опорам в точках А и В подсоединить датчики, то в датчиках возникнут сигналы UA и Ь'в, пропорциональные амп литудам колебания опор.
Для устранения влияния плоскости I—I на плоскость II—II при уравновешивании обычно из сигнала датчика А вычитают часть сигнала датчика В. В случае, изображенном на рис. 6.9, результирующий сигнал должен равняться нулю, так как в плос кости II—II неуравновешенной массы нет.
Используя это условие, определим, в каком соотношении должны суммироваться сигналы.
Из рис. 6.9 находим
Uв —{1i + ^t ) a i
U a = { U - L x) а .
Суммарный сигнал
І І ц = и А — U Bkx = {l2— Zj)a — (/j-f L J a k ^ O ,
где ki — коэффициент влияния. Отсюда
h+
1Под влиянием плоскостей уравновешивания ротора понимается влияние неуравновешенной массы, установленной в одной плоскости ротора, на величи
ну измеряемой неуравновешенности в другой плоскости.
92
Теперь допустим, что в плоскости / / —/ / помещена неуравно вешенная масса пц, а в плоскости / —/ неуравновешенной массы нет. В этом случае сигналы суммируются в том же соотношении, как и в первом случае. По суммарному сигналу, пропорциональ ному неуравновешенной массе т2, можно определить величину т2. Но возможно такое значение klt когда U\ = Ub—kUA^ 0, хо тя и в > и А- Это возможно при k \> \ . Поскольку /г, определяется параметрами системы и расположением опор, то для улучшения соотношения сигналов датчиков необходимо изменить располо жение опор, что почти всегда затруднительно. Гораздо легче по добрать наиболее выгодное соотношение сигналов датчиков, ес ли сделать их передвигающимися относительно механической системы подвеса.
6.3. ВЛИЯНИЕ ОСЕВОЙ ВИБРАЦИИ НА УРАВНОВЕШИВАНИЕ РОТОРОВ
При выводе уравнений движения системы предполагалось от сутствие осевых колебаний системы и других составляющих вы нуждающей силы. В действительности же имеется осевая состав ляющая вибрации.
Исследования показали, что осевая вибрация сильно сказы вается на работе'установок для динамической балансировки ро торов, а в ряде случаев делает совершенно невозможным урав новешивание роторов.
Рассмотрим влияние осевой вибрации на балансировку рото ра, установленного своими подшипниками на подвижные опоры
(рис. 6 .1 0 ). |
движение |
ротора, |
Пружины 1 обеспечивают поступательное |
||
а пластинчатые, пружины 2 — вращательное |
движение |
ротора |
относительно оси ОХ и осевые перемещения его подшипника. Осевая вибрация осложняет динамическое уравновешивание
в основном потому, что частота вибрации совпадает с частотой,
93 '
вызываемой силой от неуравновешенности, хотя причина вибра ции другая.
Допустим, что опора колеблется под действием вынуждаю щей силы в осевом направлении с амплитудой, равной Ах. Если масса ротора значительно больше массы опоры, амплитуда коле бания опоры в направлении оси ОУ будет
А у = 1 - Ѵ р - А І .
Следовательно, опоры даже при отсутствии неуравновешен ности будут совершать колебания в направлении оси ОУ. Часто та этих колебаний численно равна частоте вращения, амплитуда и фаза зависят от амплитуды и фазы вынуждающей силы, а так же от жесткости и массы опор. Особенно сильно сказывается рсевая вибрация при совпадении осевой вынуждающей силы с резонансной частотой системы подвеса в осевом направлении.
В общем случае колебания опор под действием осевой вынуж дающей силы можно выразить в виде
Ул= А'л cos(io/-|-e1),
Ув — Aß cos (юг! -)- е2),
где Еі и Е2 — сдвиги фазы колебания.
В результате сложения колебаний опор под действием не уравновешенной массы и колебаний под действием осевой состав ляющей как амплитуда, так и фаза колебания опор искажаются и по колебаниям опор в этом случае трудно определить величину неуравновешенности.
Осевая вибрация опор затрудняет разделение влияния плос костей уравновешивания электрическим способом. Сигналы дат чиков при неуравновешенности только в одной плоскости долж ны быть или в фазе или в противофазе. Тогда можно исключить влияние плоскостей уравновешивания. В этом случае при осевой вибрации фазы сигналов могут отличаться на любой угол. Нали чие составляющей колебания, совпадающей по частоте с основ ной гармоникой, значительно усложняет уравновешивание. Особенно это сказывается на уравновешивание, когда собствен ная частота опоры в осевом направлении и частота вынуждаю щей силы совпадают или близки по величине.
Для устранения влияния осевой вибрации было разработано несколько методов. Как правило, при этом устраняется относи тельное перемещение опор ротора в осевом направлении.
При уравновешивании применяются специальные каретки. Попытки уравновешивать роторы гироскопов без применения этих кареток не давали положительных результатов, так как у роторов имеется значительная осевая составляющая вибрации, которая является следствием прогиба вала или перекоса внут ренней обоймы шарикоподшипника.
94
При уравновешивании ротор устанавливается в каретку, а за тем на подвижную систему балансировочной машины. При вра щении ротора осевая составляющая вибрации уже не будет влиять на подвижные опоры.
Хорошие результаты были также получены при уравновеши вании роторов гироприборов с применением системы, изображен ной на рис. 6 .1 1 .
Рис. 6.11. Механическая система подвеса ротора с'гори зонтальным расположением пружин
В этом случае вместо пружины, обеспечивающей степень сво боды вращения относительно оси ОХ применена мембрана 6. Система обеспечивает нормальную работу установки даже при осевой вибрации, так как она не вызывает колебаний в радиаль ном‘направлении.
Ротор 5 устанавливается в каретку 4, укрепленную в мембра нах 6. Мембраны укреплены на платформах 3, которые поддер живаются пластинчатыми пружинами 1. Датчики 2 могут пере мещаться вдоль оси ротора. Тяги 7 датчиков можно закреплять
вразличных точках осей каретки, что обеспечивает установку их
всоответствующих центрах колебания.
Благодаря горизонтальному расположению пружин 1 такая механическая система подвеса позволяет получить выгодное соотношение массы системы М и момента инерции системы / относительно оси ОХ.
95
6.4..ДИНАМИЧЕСКОЕ УРАВНОВЕШИВАНИЕ РОТОРОВ
ВСОБРАННОМ ВИДЕ НА БАЛАНСИРОВОЧНОЙ МАШИНЕ
Впрактике динамическое уравновешивание роторов часто
производится в два этапа: вначале.— на балансировочной маши не, а затем — в рабочих условиях, т. е. в своем корпусе.
Для уравновешивания роторов в рабочих условиях обычно применяют виброметры и фазоуказатели. При этом процесс урав новешивания сильно усложняется, так как трудно учесть влия ние фундамента.
Роторы крупных электродвигателей в собранном виде не уравновешиваются динамически на балансировочных машинах из-за сложности такой операции.
Динамическое уравновешивание роторов гироприборов в ра бочих условиях стало возможно с появлением высокопроизводи тельных электромеханических балансировочных установок.
Динамическое уравновешивание роторов в корпусе в собран ном виде в некоторых случаях является необходимым, так как при этом учитываются погрешности в изготовлении корпуса, по грешности подшипников, нагрев ротора и прогиб оси под дейст вием магнитодвижущей силы.
Особенно желательно производить динамическое уравновеши вание в корпусе (в рабочих условиях) роторов с гибкой осью.
Несмотря на очевидные преимущества, динамическое уравно вешивание роторов в корпусе стало применяться недавно. Дело в том, что в приборостроении применялись резонансные баланси ровочные машины, которые в принципе трудно было применить для уравновешивания роторов, установленных в корпусе, так как величина и место, расположения неуравновешенности определя лись в основном методом пробных пусков с пробными грузами. С появлением машин, определяющих величину и место установки балансировочного груза в обеих плоскостях уравновешивания при одном испытательном пуске, задача упростилась.
С точки зрения самого процесса динамическое уравновешива ние роторов в корпусе (в отличие от уравновешивания вне корпу са) имеет следующие особенности:
1 ) отсутствие приводного устройства и погрешностей, вноси
мых им;
2 ) трудность установки балансировочных грузов;
3) наличие дополнительных периодических вынуждающих сил электромагнитного происхождения, которые, как правило, имеют более высокую частоту, чем вынуждающая сила от не уравновешенности. В этом случае систему подвеса типа ДБ-4 и А-21 уже нельзя считать абсолютно -жесткой в вертикальной плоскости, так как высшие гармоники вынуждающей силы мо гут вызвать резонансные явления;
4) необходимость специального блока, рассчитанного на пи
96