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: 182
Скачиваний: 0
тание двигателей переменного и постоянного тока с регулирова нием частоты вращения;
5) наличие погрешности в том случае, если корпус не может считаться абсолютно жестким;
6 ) затруднения в определении места расположения неуравно
вешенности, так как ротор закрыт корпусом.
Рассмотрим движение ротора, установленного в корпусе на подвижные опоры. Будем считать вал ротора и корпус абсолют но жесткими. В данном случае, кроме силы, вызываемой неурав новешенностью, на ротор действуют вынуждающие силы, вызы ваемые другими причинами.
Будем считать, что вынуждающие силы приложены к центру массы ротора. Тогда уравнения установившегося движения ро тора при сі = с2= с и l\ = k = l (см. рис. 6 .6 ) будут
sin (serf+ SJ,
2С —
1
00
где Fs — амплитуда вынуждающей силы s-гармоники;
со — частота первой гармоники вынуждающей силы; . 6s — угол сдвига фазы s-гармоники.
В этом случае резонанс возможен при сож= т о (где п = 1, 2...), т. е. при равенстве или кратности частоты свободных колебаний частоте вынуждающей силы.
Если в разложении периодической силы в ряд Фурье отсутст вует гармоника какого-либо порядка, то соответствующего ей ре зонанса не будет.
Хотя в данном случае нет ряда гармоник, резонансные явле ния будут. Дело в том, что для каждого типа ротора имеется оп ределенная угловая скорость, при которой его необходимо уравновешивать. Поэтому механическая система подвеса балан сировочной машины не должна иметь резонанса в широком диа пазоне частот, так как различные типы роторов необходимо уравновешивать при различных частотах вращения.
Можно устранить резонанс масляными демпферами. У ба лансировочных машин демпферы представляют собой прикреп ленные к подвижным платформам лопаточки, помещенные в ванночки с маслом. Механическая система не является абсолют ной жесткой, и поэтому такая конструкция демпфера обеспечи вает демпфирование только определенных точек подвижных платформ, а не всей системы подвеса.
Экспериментальная проверка подвижной системы балансиро вочной машины А-21, имеющей подобные демпферы, показала, что в диапазоне изменения частоты вынуждающей силы от 20 до
120 Гц подвижная система имеет семь резонансных частот. Ес
4—3634 |
975 |
тественно, что выбор частоты вращения ротора во время уравно вешивания в подобных случаях определяется не ротором, а ба лансировочной машиной. Механическую систему с демпфером такой конструкции нельзя, применять для балансировочной ма шины, рассчитанной на широкий диапазон частот вращения рото ра во время уравновешивания.
Исследования показали, что демпфирование подвижной сис темы опор в ванне с маслом позволяет производить измерение даже при резонансе.
На этом основании была разработана система подвеса рото ра, подвижная часть которой помещена в ванну с маслом. Опыт показал, что эта система обеспечивает уравновешивание в широ ком диапазоне возможных частот вращения роторов.
Г л а в а VII.
ИЗМЕРЕНИЕ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ РОТОРОВ
7.1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ МЕТОДЫ
ИЗМЕРЕНИЯ
Измерение является одной из главных задач любого техноло гического процесса. Особенно велико значение измерений в сис темах автоматического регулирования. Два фактора являются основными при измерении:
1 ) в какой степени производимое измерение характеризует
измеряемую величину?
2 ) какое значение имеет производимое измерение по отноше
нию к действительному процессу?
С точки зрения автоматизации процесса измерительное уст ройство должно формировать управляющий сигнал нужного ви да с минимальными искажениями, так как должно обладать та кой передаточной функцией, которая в пределах полосы пропус кания объекта регулирования сводилась бы к постоянной величине или не понижала бы • запаса устойчивости и качества системы регулирования. Точность измерительного устройства должна быть возможно выше, ибо от нее зависит качество регу лирования и экономичность всей системы.
Неуравновешенность является такой величиной, которую нельзя измерить непосредственно. Нет элементов, чувствитель ных к неуравновешенности. Поэтому измерение неуравновешен ности производится при помощи физических величин, функцио нально с ней связанных. Известно, что такими величинами могут быть динамические реакции в опорах вращающегося ротора, ам плитуды колебания (Подвижных опор и моменты инерции ротора, определяемые экспериментально. В конечном счете измеритель ная система должна давать информацию о величине и месте корректирующих воздействий на ротор, уравновешивающих его.
7.2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Измерительные устройства балансировочных машин относят ся к классу измерительных устройств механических величин.
4* |
,39 |
Естественно, что измерение неуравновешенности можно произво дить различными методами. Из всех методов наибольшее распро странение получили:
1 ) гравитационный метод (статическое уравновешивание);
2 ) метод определения центробежных моментов инерции по
девяти моментам инерции ротора, измеренным эксперимен тально;
3)измерение динамических реакций в опорах;
4)измерение колебаний оси ротора.
Рис. 7.1. Функциональная схема измерительного устрой ства балансировочной машины
Не все эти методы одинаково универсальны. Чувствитель ность и производительность их различны. Самым непроизводи тельным из них является метод определения центробежных мо ментов инерции. Поэтому в практике уравновешивания роторов он применяется очень редко. Но бывают случаи, когда только этот метод дает возможность произвести измерение неуравнове шенности изделия. Это относится прежде всего к деталям, роторам и конструкциям, которые не могут выдержать сил, возника ющих во время вращения, или (по условиям использования) вра щать их можно только после уравновешивания.
Наибольшее распространение для динамического уравнове шивания нашел метод измерения колебаний оси ротора, вызван ных неуравновешенностью. Техническая реализация этого мето да может быть различной. Но измерительное устройство должно выполнять следующие функции:
1 ) преобразование неуравновешенности в колебания;
2 ) формирование сигналов, соответствующих эквивалентной
системе сил, действующих на ротор;
3)выделение сигнала, пропорционального неуравновешен
ности;
4)измерение амплитуды сигнала (что соответствует величи не неуравновешенности);
5)измерение фазы сигнала неуравновешенности относитель
но фиксированной точки на роторе (что соответствует измерению места неуравновешенности).
На рис. 7.1 представлена функциональная схема измеритель ного устройства балансировочной машины. На схеме показаны три наиболее характерных функциональных элемента балансиро ночных машин. Реализация этой функциональной схемы может
100
быть основана на различных физических принципах. Наиболее эффективными оказались:
—принцип механического резонанса;
—принцип электрического измерения механических величин.
Влюбом случае на измерительное устройство, кроме измеря емой величины Апіі, действуют помехи (£ь £2, £з, £4) механиче
ского, электрического и электромагнитного происхождения. Помехи могут быть случайные и детерминированные. Измери тельное устройство должно эффективно подавлять помехи, Ибо от этого зависит пороговая чувствительность и точность измере ния.
Вэтой главе будут рассмотрены измерительные устройства с преобразованием механической величины в электрический сиг нал, как наиболее универсальные, чувствительные и производи тельные.
7.3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗМЕРЯЕМОЙ ВЕЛИЧИНЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ*
Структурная схема преобразователя механической величины в электрический сигнал показана на рис. 7.2. На вращающийся ротор, связанный с механической системой, действуют силы, про порциональные эквивалентным неуравновешенным массам Агп\
Рис. 7.2. Структурная схема преобразователя ме ханической величины в электрический сигнал
иД/п2. Колебания механической системы преобразуются в элек трический сигнал датчиками Д1 и Д2. Механическая система балансировочной машины вместе с ротором является входным измерительным преобразователем неуравновешенности. Анализу
исинтезу механических систем (их еще называют «колеблющие ся системы», «подвижные опоры») посвящено много научных работ [15, 19, 22, 36]. И это не случайно, так как характеристики
'и параметры механических систем определяют свойства всего измерительного устройства.
Основной характеристикой механической системы является коэффициент преобразования. Он зависит от динамических свойств механической системы вместе с ротором. Определяющее значение для динамики ротора имеет число степеней свободы, обеспечиваемое механической системой. Поэтому вполне естест венной и основной является классификация механических систем в зависимости от степеней свободы (пять типов). Числом степе ней свободы ротора на механической системе определяются виб
101