Способ балансировки зубчатого механизма Советский патент 1977 года по МПК G01M1/20 

1

Изобретение относится к балансировочной технике и касается, в частности, способа балансировки таких роторов, на которые во время работы действует гармоническая радиальная сила.

К роторам такого типа относятся, например, зубчатые колеса редукторов переборного типа, в которых во время работы возникают внутренние радиальные гармонические усилия, обусловленные накопленной ошибкой шага зацепления, а также рабочие колеса гидравлических машин (насосов, турбин), в которых из-за биений различных поверхностей колеса относительно поверхностей корпуса также возникают внутренние радиальные гидродинамические силы, амплитуда которых определяется величиной биения, а мгновенное значение зависит от частоты вращения.

К роторам этого типа относятся роторы различных электрических машин, в которых одной из причин колебаний ротора с оборотной частотой являются неременные магнитные силы, действуюш,ие в воздушном зазоре между ротором и статором.

Сюда же следует отнести и водило планетарного редуктора, на которое действует 1вращающаяся с частотой его вращения радиальная сила, обусловленная неравномерностью нагрузки, передаваемой отдельными сателлитами планетарного редуктора.

В настоящее время в связи с непрерывно растущими требованиями, предъявляемыми к повышению качества работы различных машин и механизмов с вращающимися роторами, широкое распространение получили различные способы уравновещивания или балансировки роторов, позволяющие существенно снизить вибрации машин на рабочих оборотах и тем самым резко повысить их надежность и срок службы. Так, например, в последние годы был разработан целый ряд различных способов уравновещнвания роторов непосредственно в мащине. К этим способам относится, в частности,

способ, который предусматривает уравновешивание ротора непосредственно на машине с помощью специального устройства, установленного на роторе, связанного с внешней системой управления и в зависимости от фактической неуравновешенности ротора автоматически меняющего положение имеющихся в нем балансировочных грузов {.

Недостатком такого способа уравновешивания является его сложность и низкая надежность используемых при этом автоматических уравновешивающих устройств.

Известен также способ зравновешивания жесткого ротора, который разработан применительно к колесам крупных гидравлических

турбин 2.

Этот способ является наиболее близким к изобретению.

Остаточный статический дисбаланс рабочего колеса гидротурбины уравновешивают за счет выполнения на колесе эксцентричной проточки, создающей уравновешивающее гидродинамическое усилие. Такая операция по существу заменяет операцию уравновешивания ротора на обычном балансировочном станке, т. е. этот способ преследует цель упростить технологию балансировки ротора и может найти применение в тех случаях, когда по каким-либо соображениям простая балансировка ротора на балансировочных устройствах связана с серьезными трудностями или )Когда предполагается, что при нормально изготовленном и отбалансированном роторе в машине не будут возникать сколько-нибудь существенные вибрации на частоте вращения ротора.

Однако по этому способу не представляется возможным уравновесить ротор, который, будучи отбалансированным на балансировочном станке, является источником вибраций машины на оборотной частоте, которые обусловлены различного рода неточностями изготовления и сборки деталей и узлов машины.

Цель изобретения - снижение уровня вибрации зубчатой передачи, на которую во время работы действует гармоническая радиальная сила, мгновенное значение которой зависит от частоты вращения ротора.

Для этого по предлагаемому способу определяют накопленную ошибку шага зацепления зубчатых колес, собирают зубчатые пары по степени точности изготовления, рассчитывают величины корректирующих масс по ощибке шага и устанавливают их в противофазе силы, возникающей от накопленной ощибки шага зацепления.

Балансировку проводят на универсальных или специальных балансировочных станках для устранения статической и динамической неуравновешенности зубчатых колес, причем точность такой балансировки определяется исключительно возможностями балансировочного станка. Испытания зубчатых редукторов переборного типа показывают, что, помимо дебаланса в таких редукторах на оборотных частотах, существует еще один источник вибраций «олес редуктора.

Таким источником является накопленная ошибка щага зацепления, величина которой обусловлена точностью зубонарезных станков.

Колеса, изготовленные даже на уникальных по своим точностным параметрам зубонарезных станках, имеют определенную накопленную ошибку щага зацепления.

Установлено, что при изменении статической неуравновешенности колеса амплитзда его .вибраций на частоте вращения меняется вполне определенным образом.

Статическая неурапновещенность колеса приводит к возникновению центробежной силы F, которая зависит от величины неуравновешенности и частоты вращения колеса, т. е.

F F, cos to/, где

т - масса колеса;

е - смещение его центра тяжести от оси вращения;

0)Круговая частота вращения. С другой стороны накопленная ошибка шага зацепления создает приложенную к колесу радиальную силу PI, которая зависит от частоты вращения колеса, величины накопленной ощцбки Е и жесткости зубчатой передачи С, т. е. Ссо5(й)/ + ф), где ср - фаза между силами Р и F. В результате сложения сил Р и F на колесо действует результирующая гармоническая сила R, амплитуда которой Ra зависит от величин FO, F, С м (f, т. е.

R, YF + (ECY + 2F,ECcos .

Очевидно, если РО сделать равным ЕС, а угол ф-180°, то амплитуда резз льтирующей силы будет равна нулю.

Рассмотрим предложенный способ на примере балансировки водила планетарного редуктора. Известно, что в планетарных редукторах нагрузка передается по параллельным потокам мощности неравномерно из-за погрешностей изготовления. Неравномерность нагрузки, передаваемой сателлитами, приводит к возникновению гармонической радиальной силы F, приложенной к водилу и определяе.мой частотой врандсния водила и разностью нагрузки на сателлитах Р, т. е. Р

PcOS(j)i.

В этом случае для уравновещивания водила на частоте его вращения следует выполнить следующие операции:

а)отбалансировать водило статически и динамически на балансировочном станке;

б)расчетным путем, зная коэффициент неравномерности редуктора, найти значение радиальной силы Р;

-в) подобрать зубчатые пары по степени точности изготовления; г) ввести в водило статическую неуравновешенность, которая на рабочих оборотах водила созда|Вала бы центробежную силу, равную по величине и противоположно направленную упомянутой силе Р. Иредложенный способ балансировки можно применить и для роторов гидравлических машин, например роторов центробежных насосов, снабженных щелевыми уплотнениями, так как погрешности изготовления насоса приводят к биению щелевого уплотнения ротора относительно расточки статора, ротор насоса нагружается радиальной гармонической силой, которая зависит от частоты вращения ротора, величины биения и жесткости перекачиваемой насосом жидкости в зазорах

щелевого уплотнения.

Для уращновешивания такого ротора необходимо выполнить те же самые операции, что н в рассмотренных .выше примерах.

Из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ уравновешивания может быть распространен на различные виды жестких роторов, на .которые во время работы машины действует радиальная гармоническая снла, мгновенное значение которой зависит от частоты врашения ротора. При всей своей простоте способ позволяет снизить вибрации различных машин с вращающимися роторами на частоте вращения ротора и тем самым существенно повысить долговечность мащины и улучщить виброакустические характеристики.

Формула изобретения

Способ балансировки зубчатого механизма, заключающийся -в том, что балансируют каждое зубчатое колесо с помощью корректирующих масс, отличающийся тем, что, с целью спнжепня уровня вибраций зубчатой передачи, н отбалансированных колесах определяют накопленную ошибку щага зацепления зубчатых колес, собирают зубчатые пары по степени точности изготовления, рассчитывают величины корректирующих масс по ошибке шага и устанавливают их в противофазе силы, возникающей от накопленной ощибки шага зацепления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №415531, кл. G 01М 1/38, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР №348905, кл. G 01М 1/20, 1972.