Балансировка деталей подвижного состава: теория и методы

Балансировкой называют технологический процесс устранения неуравновешенных вращающихся масс деталей и узлов. В процессе ремонта и сборки подвижного состава балансируют якори тяговых двигателей и карданные передачи с установленным на них оборудованием.

Необходимость балансировки связана с тем, что смещение отдельных деталей в процессе сборки в пределах предусмотренных допусков может вызвать неуравновешенность узла, когда центр тяжести вращающейся массы или ее частей не совпадает с осью вращения на некоторую величину ρ.

Неуравновешенная центробежная сила Q определяется по формуле:

Q = m · ω² · ρ = (G / g) · ρ · (2 · π · n / 60)²

где:

· m = G / g — масса детали, кг;

· G — вес детали или ее части, Н;

· g — ускорение свободного падения, м/с²;

· ω — угловая скорость, рад/с;

· n — скорость вращения детали, об/мин;

· ρ — эксцентриситет (смещение центра тяжести от оси вращения), м.

Наличие неуравновешенности во вращающихся деталях и узлах, особенно при больших массах деталей и скоростях вращения, вызывает ускоренный износ подшипников и шеек валов и разрушение их от усталости.

Виды неуравновешенности вращающихся масс. Различают два вида неуравновешенности вращающихся масс: статическую и динамическую.

1. Статической неуравновешенностью называют неуравновешенность, связанную со смещением с оси вращения центра тяжести всей детали, рассматриваемой как одно целое (рис. XIII.9, а).

2. Динамической неуравновешенностью называют неуравновешенность, связанную со смещением центров тяжести отдельных частей детали по ее длине относительно оси вращения при общей статической уравновешенности (рис. XIII.10, а).

В общем случае узел может иметь статико-динамическую неуравновешенность (ρ₁ ≠ ρ₂), когда деталь не уравновешена и в целом, и по длине (рис. XIII.10, б).

Статическую неуравновешенность деталей и узлов устраняют в процессе статической балансировки. Динамическую и статико-динамическую неуравновешенность деталей устраняют в процессе динамической балансировки.

Технология статической балансировки. Наиболее распространенным видом статической балансировки является балансировка на параллелях (рис. XIII.9, б), представляющих собой горизонтально расположенные призмы, на которые устанавливают балансируемую деталь по шейкам вала или на оправке.

Рис. XIII.9. Статическая балансировка: 1 — коллекторная втулка; 2 — гайка; 3 — балансировочный груз; 4 — нажимной конус; 5 — комплект коллекторных пластин

При статической уравновешенности деталь на таких параллелях находится в состоянии безразличного равновесия, а деталь, статически неуравновешенная в плоскости I—I, занимает положение Б, при котором ее центр тяжести имеет наинизшее расположение.

Статическая балансировка заключается в подборе величины груза P, устраняющего неуравновешенность, и места его приложения:
- Подбор величины груза P производят методом проб. Пробный груз P приклеивают пластилином или другим способом на диаметре I—I со стороны, противоположной положению центра тяжести.

- После этого деталь снова отклоняют так, чтобы ось I—I получила некоторый угол наклона к вертикали (положение А).

- Если это снова вызовет поворот детали и установку ее в положении Б, когда ось I—I снова займет вертикальное положение, то увеличивают груз P.

- Пробы повторяют до тех пор, пока деталь при любом отклонении будет занимать положение безразличного равновесия.

После этого взвешивают груз P, заготавливают уравновешивающую массу того же веса и приваривают ее к детали в месте крепления грузов P. На рис. XIII.9, в показано место приварки уравновешивающего груза на нажимном конусе при балансировке коллектора.

Технология динамической балансировки. Задачей динамической балансировки является подбор величины и места расположения добавочных грузов P такой величины, которые сняли бы неуравновешенную пару сил QL, связанную с неуравновешенностью детали по длине оси вращения (рис. XIII.10).

Рис. XIII.10. Динамическая балансировка: 1 — упругие подшипниковые опоры; 2 — противовес; 3 — балансируемая деталь; 4 — приводной двигатель

Обычно при динамической балансировке устраняют и статическую неуравновешенность. При вращении динамически или статико-динамически неуравновешенной детали возникают добавочные нагрузки на опоры. Опоры делаются подвижными (помещаются на пружинах). При вращении детали они раскачиваются (рис. XIII.10, в).

По амплитуде колебаний опор судят о величине и характере неуравновешенности детали.

Оборудование для динамической балансировки. Разработаны и находят применение следующие типы станков:
- Станки для динамической балансировки, где колебания опор передаются на индикаторы механической системой рычагов;
- Станки с электрическими схемами определения дисбаланса;
- Станки, основанные на определении дисбаланса с использованием стробоскопического эффекта.

В последнее время широкое применение получили балансировочные станки, обеспечивающие полную или частичную автоматизацию процесса статико-динамической балансировки.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Д. И. Бондаревский, В. М. Кобозев.

Источник: Эксплуатация и ремонт подвижного состава городского электрического транспорта

Даный материал будет полезен студентам высших технических учебных заведений специальности «Городской электрический транспорт», инженерно-техническим работникам, а также специалистам по проектированию, эксплуатации и ремонту трамвайных и троллейбусных депо.