Дисбала́нс (фр. disbalance) — векторна величина, що характеризує незрівноваженість обертових мас. Незрівноваженість виникає при розбіжності осі обертання і (головної осі інерції).
Базові поняття
Ротор — тіло, яке при обертанні утримується своїми несними поверхнями в опорах.
Центральні осі — система взаємно перпендикулярних осей, що беруть початок у центрі мас тіла або механічної системи.
Головна центральна вісь інерції — центральна вісь твердого тіла або механічної системи, відносно якої відцентрові моменти інерції тіла або системи дорівнюють нулю.
Ексцентриситет маси — відстань від центра мас до осі обертання.
Актуальність проблеми
При виготовленні обертових деталей (наприклад, валів, маховиків, зубчастих коліс, шківів, дисків турбін тощо, які у подальшому викладі об'єднані під назвою «ротор») внаслідок неоднорідності матеріалу, неточності обробки або монтажу можлива розбіжність центра мас деталей або складальних одиниць з віссю їх обертання або ж зміщення цієї осі відносно геометричної осі обертової деталі.
У результаті руху деталей зі змінними швидкостями на них діють сили інерції, що викликають появу додаткових динамічних навантажень на елементи з'єднань і на підшипникові опори. Ці навантаження є джерелом додаткових механічних напружень, що обумовлюють підвищений знос окремих деталей і складальних одиниць, їх коливання і вібрації. Якщо амплітуда цих коливань досить велика, що має місце в області частот, близькій до резонансу, то напруження, що виникають при цьому можуть спричинити руйнування найнавантаженіших деталей чи фундаменту, на якому встановлено машину.
Незрівноважені в механізмі сили інерції через фундамент передаються ґрунту чи промисловій будівлі і впливають на розташоване поруч технологічне обладнання. Внаслідок цього може порушитися технологічний процес та точність його перебігу. Тому всі деталі, що обертаються, особливо швидкохідних машин, в процесі складання необхідно піддавати зрівноваженню.
Види незрівноваженості
Незрівноваженість буває статичною, моментною, динамічною та квазістатичною.
Статична незрівноваженість — незрівноваженість ротора, при якій вісь ротора і його головна центральна вісь інерції паралельні. Статична незрівноваженість повністю визначається головним вектором дисбалансів DСТ, або ексцентриситетом eСТ центру мас ротора, або відносним зсувом головної центральної осі інерції і його ротора, рівним значенню ексцентриситету центру його маси.
Моментна незрівноваженість — незрівноваженість ротора, при якій вісь ротора і його головна центральна вісь інерції перетинаються в центрі мас ротора. Моментна незрівноваженість повністю визначається: головним моментом дисбалансів ротора або двома рівними за значенням антипаралельними векторами дисбалансів, що лежать в двох довільних площинах, перпендикулярних до осі ротора.
Динамічна незрівноваженість — незрівноваженість ротора, при якій вісь ротора і його головна центральна вісь інерції перетинаються не в центрі мас або мимобіжно перехрещуються. Динамічна неврівноваженість складається із статичної та моментної незрівноваженості. Динамічна незрівноваженість повністю визначається: головним вектором і головним моментом дисбалансів ротора або двома векторами дисбалансів, в загальному випадку різних за значенням і непаралельних, що лежать у двох довільних площинах, перпендикулярних до осі ротора (хрест дисбалансів).
Квазістатична незрівноваженість — динамічна незрівноваженість ротора, при якій вісь ротора і його головна центральна вісь інерції перетинаються не в центрі мас ротора.
Дисбаланс ротора
Усі дисбаланси ротора приводяться до двох векторів — головного вектора DСТ і головного моменту MD дисбалансів незалежно від причин, що викликали зміщення центру мас з осі обертання.
Головний вектор дисбалансів ротора (DСТ) — вектор, перпендикулярний до осі ротора, що проходить через центр його мас і дорівнює добутку маси на її ексцентриситет.
Головний момент дисбалансів ротора (MD) — момент, що дорівнює геометричній сумі моментів усіх дисбалансів ротора відносно його центра мас. Головний момент дисбалансів перпендикулярний до головної центральної осі інерції і осі ротора і обертається разом з ротором.
Дисбаланс — векторна величина, що дорівнює добутку незрівноваженої маси на її ексцентриситет в обраній площині. Ця площина може використовуватись для задання дисбалансу (площина приведення дисбалансу), коректування мас ротора (площина корекції), вимірювання дисбалансу (площина вимірювання дисбалансу). Дисбаланси у різних двох площинах вздовж осі даного ротора є різними, і їх кути і значення можуть бути встановлені розрахунком, а також за допомогою балансувального обладнання. Вектор дисбалансу перпендикулярний до осі ротора, проходить через центр незрівноваженої маси і обертається разом з ротором. Напрям вектора дисбалансу збігається з напрямом ексцентриситету незрівноваженої маси. Головний момент дисбалансів у площинах опор межу бути замінений його складовими (симетричними дисбалансами). Головний момент дисбалансів у тих же площинах опор може бути замінений парою сил (кососиметричними дисбалансами).
Одиницями вимірювання дисбалансу є грам-міліметр (г•мм) і градус (…°), що слугують для вказання відповідно значення дисбалансу і кута дисбалансу. Відношення модуля головного вектора дисбалансів до маси ротора характеризує питомий дисбаланс (г · мм)/кг = мкм.
Розрізняють, також:
- Початковий і залишковий дисбаланс — дисбаланс до і після коректування мас.
- Допустимий дисбаланс — найбільший залишковий дисбаланс, що вважається прийнятним.
- Технологічний дисбаланс — різниця значень залишкових дисбалансів в одних і тих же площинах, виміряних для виробу у зібраному стані (у власних підшипниках) і для виробу окремо (на спеціальному обладнанні).
- Експлуатаційний дисбаланс — різниця значень залишкових дисбалансів в одних і тих же площинах ротора, виміряних на виробі у зібраному стані до початку експлуатації і після того, як він відпрацював увесь ресурс до ремонту, що передбачає балансування.
Зрівноважування обертових тіл
Визначення та усунення дисбалансу (зрівноважування) проводиться при балансуванні, яке поділяється на::
Статичне балансування — балансування, при якому визначається і мінімізується головний вектор дисбалансів ротора, що характеризує його статичну незрівноваженість. Статичне балансування проводять в одній площині корекції; визначену для цієї площини коректуючи масу іноді зручно рознести у декількох паралельних площинах.
Моментне балансування — балансування, при якому визначається і мінімізується головний момент дисбалансів ротора, що характеризує його моментну незрівноваженість. Моменте балансування проводять не менше ніж у двох площинах корекції.
Динамічне балансування — балансування, при якому визначаються і мінімізуються дисбаланси ротора, що характеризують його динамічну незрівноваженість. Динамічне балансування жорсткого ротора достатньо проводити у двох площинах. Балансування гнучкого ротора проводять зазвичай у більше, ніж двох площинах. При динамічному балансуванні зменшуються як моментна, так і статична незрівноваженість ротора одночасно.
Види роторів за особливостями балансування
Жорсткий ротор — ротор, який збалансовано на частоті обертання, меншій за першу критичну у двох довільних площинах корекції і у якого значення залишкових дисбалансів не будуть перевищувати допустимі на всіх частотах обертання аж до найбільшої експлуатаційної.
Примітки:
- 1. Ротор повинен балансуватись на опорах, механічна жорсткість яких максимально наближена до жорсткості його опор в експлуатаційних умовах.
- 2. Жорстким іноді називають ротор, критична частота обертання якого набагато вища за його експлуатаційну частоту обертання.
Гнучкий ротор — ротор, що збалансований на частоті обертання, меншій за першу критичну у двох довільних площинах корекції і у якого значення залишкових дисбалансів можуть перевищувати допустимі на інших частотах, аж до найбільшої експлуатаційної.
Примітки
- ГОСТ 19534-74 Балансировка вращающихся тел. Термины.
Джерела
- ISBN 966-00-0740-Х
- Кореняко О. С. Теорія механізмів і машин: Навчальний посібник / За ред. Афанасьєва М. К. — К.: Вища школа,1987. — 206 с.
- Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов.– 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. – 640 с.
- Бучинський М. Я., Горик О. В., Чернявський А. М., Яхін С. В. ОСНОВИ ТВОРЕННЯ МАШИН / [За редакцією О. В. Горика, доктора технічних наук, професора, заслуженого працівника народної освіти України]. — Харків : Вид-во «НТМТ», 2017. — 448 с. : 52 іл.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Disbala ns fr disbalance vektorna velichina sho harakterizuye nezrivnovazhenist obertovih mas Nezrivnovazhenist vinikaye pri rozbizhnosti osi obertannya i golovnoyi osi inerciyi Bazovi ponyattyaRotor tilo yake pri obertanni utrimuyetsya svoyimi nesnimi poverhnyami v oporah Centralni osi sistema vzayemno perpendikulyarnih osej sho berut pochatok u centri mas tila abo mehanichnoyi sistemi Golovna centralna vis inerciyi centralna vis tverdogo tila abo mehanichnoyi sistemi vidnosno yakoyi vidcentrovi momenti inerciyi tila abo sistemi dorivnyuyut nulyu Ekscentrisitet masi vidstan vid centra mas do osi obertannya Aktualnist problemiPri vigotovlenni obertovih detalej napriklad valiv mahovikiv zubchastih kolis shkiviv diskiv turbin tosho yaki u podalshomu vikladi ob yednani pid nazvoyu rotor vnaslidok neodnoridnosti materialu netochnosti obrobki abo montazhu mozhliva rozbizhnist centra mas detalej abo skladalnih odinic z vissyu yih obertannya abo zh zmishennya ciyeyi osi vidnosno geometrichnoyi osi obertovoyi detali U rezultati ruhu detalej zi zminnimi shvidkostyami na nih diyut sili inerciyi sho viklikayut poyavu dodatkovih dinamichnih navantazhen na elementi z yednan i na pidshipnikovi opori Ci navantazhennya ye dzherelom dodatkovih mehanichnih napruzhen sho obumovlyuyut pidvishenij znos okremih detalej i skladalnih odinic yih kolivannya i vibraciyi Yaksho amplituda cih kolivan dosit velika sho maye misce v oblasti chastot blizkij do rezonansu to napruzhennya sho vinikayut pri comu mozhut sprichiniti rujnuvannya najnavantazhenishih detalej chi fundamentu na yakomu vstanovleno mashinu Nezrivnovazheni v mehanizmi sili inerciyi cherez fundament peredayutsya gruntu chi promislovij budivli i vplivayut na roztashovane poruch tehnologichne obladnannya Vnaslidok cogo mozhe porushitisya tehnologichnij proces ta tochnist jogo perebigu Tomu vsi detali sho obertayutsya osoblivo shvidkohidnih mashin v procesi skladannya neobhidno piddavati zrivnovazhennyu Vidi nezrivnovazhenostiStatichna nezrivnovazhenist rotora Momentna nezrivnovazhenist rotora Dinamichna nezrivnovazhenist rotora Kvazistatichna nezrivnovazhenist rotora Roztashuvannya vektoriv disbalansiv Nezrivnovazhenist buvaye statichnoyu momentnoyu dinamichnoyu ta kvazistatichnoyu Statichna nezrivnovazhenist nezrivnovazhenist rotora pri yakij vis rotora i jogo golovna centralna vis inerciyi paralelni Statichna nezrivnovazhenist povnistyu viznachayetsya golovnim vektorom disbalansiv DST abo ekscentrisitetom eST centru mas rotora abo vidnosnim zsuvom golovnoyi centralnoyi osi inerciyi i jogo rotora rivnim znachennyu ekscentrisitetu centru jogo masi Momentna nezrivnovazhenist nezrivnovazhenist rotora pri yakij vis rotora i jogo golovna centralna vis inerciyi peretinayutsya v centri mas rotora Momentna nezrivnovazhenist povnistyu viznachayetsya golovnim momentom disbalansiv rotora abo dvoma rivnimi za znachennyam antiparalelnimi vektorami disbalansiv sho lezhat v dvoh dovilnih ploshinah perpendikulyarnih do osi rotora Dinamichna nezrivnovazhenist nezrivnovazhenist rotora pri yakij vis rotora i jogo golovna centralna vis inerciyi peretinayutsya ne v centri mas abo mimobizhno perehreshuyutsya Dinamichna nevrivnovazhenist skladayetsya iz statichnoyi ta momentnoyi nezrivnovazhenosti Dinamichna nezrivnovazhenist povnistyu viznachayetsya golovnim vektorom i golovnim momentom disbalansiv rotora abo dvoma vektorami disbalansiv v zagalnomu vipadku riznih za znachennyam i neparalelnih sho lezhat u dvoh dovilnih ploshinah perpendikulyarnih do osi rotora hrest disbalansiv Kvazistatichna nezrivnovazhenist dinamichna nezrivnovazhenist rotora pri yakij vis rotora i jogo golovna centralna vis inerciyi peretinayutsya ne v centri mas rotora Disbalans rotoraUsi disbalansi rotora privodyatsya do dvoh vektoriv golovnogo vektora DST i golovnogo momentu MD disbalansiv nezalezhno vid prichin sho viklikali zmishennya centru mas z osi obertannya Golovnij vektor disbalansiv rotora DST vektor perpendikulyarnij do osi rotora sho prohodit cherez centr jogo mas i dorivnyuye dobutku masi na yiyi ekscentrisitet Golovnij moment disbalansiv rotora MD moment sho dorivnyuye geometrichnij sumi momentiv usih disbalansiv rotora vidnosno jogo centra mas Golovnij moment disbalansiv perpendikulyarnij do golovnoyi centralnoyi osi inerciyi i osi rotora i obertayetsya razom z rotorom Disbalans vektorna velichina sho dorivnyuye dobutku nezrivnovazhenoyi masi na yiyi ekscentrisitet v obranij ploshini Cya ploshina mozhe vikoristovuvatis dlya zadannya disbalansu ploshina privedennya disbalansu korektuvannya mas rotora ploshina korekciyi vimiryuvannya disbalansu ploshina vimiryuvannya disbalansu Disbalansi u riznih dvoh ploshinah vzdovzh osi danogo rotora ye riznimi i yih kuti i znachennya mozhut buti vstanovleni rozrahunkom a takozh za dopomogoyu balansuvalnogo obladnannya Vektor disbalansu perpendikulyarnij do osi rotora prohodit cherez centr nezrivnovazhenoyi masi i obertayetsya razom z rotorom Napryam vektora disbalansu zbigayetsya z napryamom ekscentrisitetu nezrivnovazhenoyi masi Golovnij moment disbalansiv u ploshinah opor mezhu buti zaminenij jogo skladovimi simetrichnimi disbalansami Golovnij moment disbalansiv u tih zhe ploshinah opor mozhe buti zaminenij paroyu sil kososimetrichnimi disbalansami Odinicyami vimiryuvannya disbalansu ye gram milimetr g mm i gradus sho sluguyut dlya vkazannya vidpovidno znachennya disbalansu i kuta disbalansu Vidnoshennya modulya golovnogo vektora disbalansiv do masi rotora harakterizuye pitomij disbalans g mm kg mkm Rozriznyayut takozh Pochatkovij i zalishkovij disbalans disbalans do i pislya korektuvannya mas Dopustimij disbalans najbilshij zalishkovij disbalans sho vvazhayetsya prijnyatnim Tehnologichnij disbalans riznicya znachen zalishkovih disbalansiv v odnih i tih zhe ploshinah vimiryanih dlya virobu u zibranomu stani u vlasnih pidshipnikah i dlya virobu okremo na specialnomu obladnanni Ekspluatacijnij disbalans riznicya znachen zalishkovih disbalansiv v odnih i tih zhe ploshinah rotora vimiryanih na virobi u zibranomu stani do pochatku ekspluataciyi i pislya togo yak vin vidpracyuvav uves resurs do remontu sho peredbachaye balansuvannya Zrivnovazhuvannya obertovih tilViznachennya ta usunennya disbalansu zrivnovazhuvannya provoditsya pri balansuvanni yake podilyayetsya na Statichne balansuvannya balansuvannya pri yakomu viznachayetsya i minimizuyetsya golovnij vektor disbalansiv rotora sho harakterizuye jogo statichnu nezrivnovazhenist Statichne balansuvannya provodyat v odnij ploshini korekciyi viznachenu dlya ciyeyi ploshini korektuyuchi masu inodi zruchno roznesti u dekilkoh paralelnih ploshinah Momentne balansuvannya balansuvannya pri yakomu viznachayetsya i minimizuyetsya golovnij moment disbalansiv rotora sho harakterizuye jogo momentnu nezrivnovazhenist Momente balansuvannya provodyat ne menshe nizh u dvoh ploshinah korekciyi Dinamichne balansuvannya balansuvannya pri yakomu viznachayutsya i minimizuyutsya disbalansi rotora sho harakterizuyut jogo dinamichnu nezrivnovazhenist Dinamichne balansuvannya zhorstkogo rotora dostatno provoditi u dvoh ploshinah Balansuvannya gnuchkogo rotora provodyat zazvichaj u bilshe nizh dvoh ploshinah Pri dinamichnomu balansuvanni zmenshuyutsya yak momentna tak i statichna nezrivnovazhenist rotora odnochasno Vidi rotoriv za osoblivostyami balansuvannyaZhorstkij rotor rotor yakij zbalansovano na chastoti obertannya menshij za pershu kritichnu u dvoh dovilnih ploshinah korekciyi i u yakogo znachennya zalishkovih disbalansiv ne budut perevishuvati dopustimi na vsih chastotah obertannya azh do najbilshoyi ekspluatacijnoyi Primitki 1 Rotor povinen balansuvatis na oporah mehanichna zhorstkist yakih maksimalno nablizhena do zhorstkosti jogo opor v ekspluatacijnih umovah 2 Zhorstkim inodi nazivayut rotor kritichna chastota obertannya yakogo nabagato visha za jogo ekspluatacijnu chastotu obertannya Gnuchkij rotor rotor sho zbalansovanij na chastoti obertannya menshij za pershu kritichnu u dvoh dovilnih ploshinah korekciyi i u yakogo znachennya zalishkovih disbalansiv mozhut perevishuvati dopustimi na inshih chastotah azh do najbilshoyi ekspluatacijnoyi PrimitkiGOST 19534 74 Balansirovka vrashayushihsya tel Terminy DzherelaISBN 966 00 0740 H Korenyako O S Teoriya mehanizmiv i mashin Navchalnij posibnik Za red Afanasyeva M K K Visha shkola 1987 206 s Artobolevskij I I Teoriya mehanizmov i mashin Ucheb dlya vtuzov 4 e izd pererab I dop M Nauka Gl red fiz mat lit 1988 640 s Buchinskij M Ya Gorik O V Chernyavskij A M Yahin S V OSNOVI TVORENNYa MAShIN Za redakciyeyu O V Gorika doktora tehnichnih nauk profesora zasluzhenogo pracivnika narodnoyi osviti Ukrayini Harkiv Vid vo NTMT 2017 448 s 52 il ISBN 978 966 2989 39 7