Способ определения осевого дисбаланса шарового ротора Советский патент 1983 года по МПК G01M1/16 

изоЬретение относится к измерительной технике и может быть испол зовано при балансировке шаровых ро ров. Известен способ определения вели ны и места дисбаланса по колебания ротора, заключающийся в том, что ро тор взвешивают в электростатическом поле и по периоду колебаний оп ределяют величину дисбаланса , при остановленном роторе центр масс находится под его геометрическим центром 1 . Недостаток способа заключается невозможности определения момента прохождения центра масс близ положения равновесия при малой величине дисбаланса , а также недостаточной точности определения периода колебаний, необходимого для определение) величины дисбаланса. Наиболее к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения осевого дисбаланса ротора .в неконтактном подвесе, заклю чающийся в том, что раскручивают pojop до номинальной скорости.При этом осевой дисбаланс определяют п формуле „ L ы о ПТС( где Rp- OCeBOVi баланс; L - кинетический момент; ы- скорость ухода оси; m - масса оси; а - ускорение, причтем ускорение равно ускорению свободного падения при горизонтальном положении оси, в остальных случаях берется его составляющая, вызывающая процессию его оси 2, Недостатками известного способа являются относительно невысокая .достоверность и достаточная сложность его осуществления , заключающаяся в большом количестве заме ров, а также Втом, что измеряемая скорость процессии оси зависит не только от осевого дисбаланса, но и ряда других факторов, не подлежащих достоверному контролю. Цель и.зобретения - повышение то ности и ускорение определения дисбаланса ротора. Поставленная цель достигается те :что согласно способу определения осевого дисбаланса w.poeoro ротора неконтактном подвесе, заключающемуся в том, что раскручивают ротор до номинальной скорости , перед раскручиванием измеряют радиальный дисбаланс, изменяют угол нутации от Л/2 до О, фиксируют момент уменьшения минимального значения огибающей амплитудно-модулированного сигнала емкостного датчика, расположенного в плоскости, перпендикулярной оси раскрутки ротора, до О и измеряют значения огибающей в моменты, соответствующие I/ и 1/2 интервала между ее нулевыми значениями, и по этим значениям с учетом радиального дисбаланса определяют осевой дисбаланс ротора. На чертеже изображена схема установки для определения осевого дисбаланса шарового ротора. Установка включает катушки 1 и 2 разгона, жестко связанные с неподвижной системой координат с осями , fz 3 бм остные датчики 3 и ч, ротор 3 и подвижную систему координат Х, Х2, Xj. Способ осуществляют следующим образом. Ротор 5 раскручивают до номинальной скорости. Кинетический момент формируется вдоль оси . Пусть осевой дисбаланс RQ направлен вдоль оси динамической симметрии Xj в противоположном направлении, а радиальный дисбаланс Кьпо оси Х. При активном демпфировании нутационных колебаний ротора изменяют угол нутации f от Л/2 до О, при пассивном демпфировании ротора - от начального эначе угла нутации V до О . Поэтому,если используют пассивное демпфирование, то ось - разгона ротора устанавливают вертикально. Тогда после взвешивания ротора в электростатическом поле вектор дисбаланса направлен вниз, т.е. он направлен вдоль оси , в противоположном направлении. Угол между осями Х и f при раскрутке является начальным углом MQ нутации. Угол между осью Х и вектором дисбаланса R будет равен 7Г - VQ . В этом случае минимальное значение огибающей сигнала равно нулю. После взвешивания могут быть небольшие колебания вектора R и отклонения его от вертикального направления. Поэтому после взвешивания ротора и раскрутки его до номинальной скорости, если минимальное значение огибающей э отлично от нуля, включают катушки пассивного демпфирования. Угол нута ции изменяется до нуля. Если минимальное значение уменьшалось до нуля, производят необходимые замеры. Если минимальное значение отлично от нуля, то после остановки ротора повторяют его раскрутку и наблюдают за изменением сигнала. Формулу для определения осевого дисбаланса для различного характера движения ротора выводят следующим об разом. Скорость изменения угла нутации намного меньше скорости изменения углов процессии и свободного вращения/«М,Ч где V - скорость изменения угла нутации;Ч - скорость изменения угла процессии. . . Ч - скорость изменения угла свободного вращения. Считая, что V 0, получим движение Эйлера-Пуансо. В этом случае дви жение ротора можно представить как сочетание двух движений: вращение ротора, например, гироскяпа с постоянной угловой скоростью SP вокруг оси динамической симметрии Х и вращение Xj относительно , с угловой скоростью 4 . Скорости SP и У связаны следующим соотношением Ч - Ч т т 1 + X -э -t . где X - относительная разнрсть моментов инерции (3 и 3 - мо менты инерции ротора относительно осей Х; и Хз соответственно). Как следует из формулы 1), скорость меньше скорости Ч . Сигна лы датчиков 3 и при частоте вр.аще.ния ротора,равной номинальной и выше пропорциональны проекциям векто-ра дисбаланса R на оси этих датчиков -| 2 сигналы могут быть про порциональны и на более низких часто тах, для этого строят специальную пе редаточную функцию. Кроме того, в лю бом диапазоне частот можно зная пере даточную функцию, построить корректирующий фильтр для получения сигнала, пропорционального проекциям вектора дисбаланса на оси датчиков. В случае, когда угол между R и осью 81 4 X., равен Л - V , ротор медленно, так как Ч Ч , поворачивается вокруг оси Х«. В момент времени, когда вектор дисбаланса R совпадает с осью , проекции R на оси и 2 э следовательно, и огибающая плитудно-модулированного сигнала равны нулю. Вектор дисбаланса можно заНисать в проекциях на оси подвижной системы координат R (RpJ П; -R)(2) Подвижная и неподвижная системы координат X и S связаны следую1цим образом: В X,(3) где В - матрица ориентации cos Ч cos Ч - cos VS4 п Ч sin ЧВ cos VsinM+cosVsinWcosV 3in VsinV -sin VcosM-cosVcos sfnM -Sin 4 Sin 4 + cosVcos4 0034 sin V cos 4 SinV sin У -Sin V cos Ч Так как сигнал e датчика 3 пропорционален проекции вектора дисбаланса R на ось датчика , то он будет иметь следующийвид: е RpCos If cos Ц-(9ц cos V sin f + RP sin V xSinf. в момент времени, когда угол между вектором дисбаланса R и осью .Xj равен углу JF - V, справедливо следующее равенство; При f ,-f- , учитывая (5) и то, что , получим из () е О, т.е. в этот момент времени огибающая сигнала равна нулю. При / Л е « RpVl+ co V-sin ,) ,

лированного сигнала равно

Rp1l

(7)

-4

f V sinf , 2 RCOS a значение огибающей равно ZRjfosV . 1/ 2Л Rp1t + sin (Ф-нсЦ Ч e 0. Из проведенных расчетов видно огибающая амплитудно-модулироваин го сигнала равна нулю перио свободного вращения Т. Замеряя зн ние огибающей через четверть пери да, т.,е. при 4 7Г , и через пол вину периода, т.е. при Ч -j--и беря их соотношение, получим V

лу для определения величины осевого дисбаланса.

h

(-12)

сиге cos Величину радиального дисбаланса можно определить после демпфирования ротора по амплитуде сигнала емкостного датчика. Таким образом, для определения осевого дисбаланса ротора нужно в момент уменьшения минимального зна- . чения огибающей амплитудно-модулироsaHHoVo сигнала емкостного датчика 3 до d измерить мгновенные значения огибающей е, е в моменты, соответствующие и 1/2 интервала между ее нулевыми значениями. Зная е и е и величину радиального дисбаланса по формулам (11) и (12), можно опреде-/ лить величину осевого дисбаланса. Использование изобретения позволяет ускорить и уточнить определение дисбаланса ротора при его балансировке. Кроме того, при использовании устройства для определения радиального дисбаланса по сигналу биения .можно одновременно определять осевой дисбаланс. Это позволяет применять менее сложное оборудование.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСЕВОГО ДИСБ 1АНСА ШАРОВОГО РОТОРА в неконтактном подвесе, заключающийся в том, что раскручивают ротор до номинальной скорости, отличающийс я тем, что, с целью уточнения и ускорения определения дисбаланса ротора, перед раскручиванием измеряют радиальньй дисбаланс, изменяют угол нутации от до О, фиксируют момент уменьшения минимального значения огибающей aмплитуднр-модулированного сигнала емкостного датчика, расположенного в плоскости, перпендикулярной оси раскрутки ротора, до О и измеряют значенияогибающей моменты, соответствующие 1/4 и 1/2 интервала между ее,нулевыми значениями, и по этим значениям .е учетом радиального дисбаланса определяют осевой дисбаланс ротора.