Анализ существующих способов и устройств для балансировки вращающихся деталей

Тела вращения, подлежащие балансировке, принято делить на диски и валы [13]. В основу данных различий положено соотношение поперечных и продольных размеров деталей. Диск - это деталь, диаметр d которой (попе-речный размер) значительно больше его длины b в направлении оси враще-ния. Для дисков применяется метод статической балансировки, а для валов - динамической балансировки. Следовательно, колёса автомоби- лей, с этой точки зрения, являются дисками и для них можно ограни-читься статической балансировкой.

Из теоретической механики известно, что для обеспечения статической балансировки необходимо, чтобы центр масс (центр тяжести) находился на геометрической оси вращения. Статическую балансировку, как правило, про-водят без вращения детали, находя для нее положение безразличного равно-весия локальным изменением массы в соответствующем месте. В этом случае величина и расположение дополнительной массы, которую необходимо при-бавить к детали или удалить с неё, определяется опытным путём.

Балансировка может производиться на длинных горизонтально распо-ложенных призмах (рис. 9.1) [13].

Точность балансировки на призмах зависит от точности изготовления установки и момента силы трения между оправкой и призмами. При этом обязательным условием является строго горизонтальное положение призм. На практике такая балансировка может использоваться для малогабаритных деталей, имеющих малую массу, так как при большой массе не исключено повреждение поверхности призм и оправки в результате ударов и деформа-ции, что скажется на точности балансировки.

Рис. 9.1. Схема статической балансировки детали на призмах: 1 - оправка, 2 - центрирующее устройство, 3 - балансируемая деталь,4 - гайка, 5 - призма

Гораздо более удобно выполнять статическую балансировку на вра-щающихся опорах (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Схема статической балансировки детали на вращающихся опо-рах: 1 - балансируемая деталь, 2 - оправка, 3 - ролик,4 - стойка, 5 - основа-ние

При статической балансировке на роликах отсутствует необходимость точной установки стенда в горизонтальном положении. Точность балан-сировки в этом случае зависит от момента трения в подшипниках роликов и отношения диаметра оправки к диаметру ролика. При массе балансируемых деталей до 250 кг диаметр роликов принимается 100 мм, при массе до 1500 кг -150 мм.

Статическую балансировку неведущих колес можно выполнить непос-редственно на ступице [14]. Для этого надо приподнять автомобиль домкра-том, ослабить затяжку подшипников ступицы. После этого следует устанав-ливать колесо в различные положения и отпускать. Если при этом колесо не удерживается в установленном положении, а поворачивается в ту или иную сторону и останавливается только в одном положении, значит, оно имеет дисбаланс. Однако следует заметить, что на точности балансировки в зна-чительной мере будет сказываться состояние подшипников и смазки. Не всегда возможно исключить касание тормозных колодок с поверхностью диска или барабана.

Для статической балансировки колеса необходимо:

снизить давление в шине до 20...30 кПа и снять с обода балансировочные грузики;

произвести балансировку, подобрав массу и место установки балан-сировочных грузиков;

накачать шину до нормального давления и проверить балансировку.

Для деталей типа дисков, маховиков, не имеющих опорных шеек, статическую балансировку можно выполнить на специальных балансировоч-ных весах (рис. 9.3). Их также можно использовать и для балансировки шин.

D1

Рис.9.3. Схема статической балансировки на балансировочных весах: 1 - балансируемая деталь, 2 - платформа, 3 - линейка, 4 - груз, 5 - опора, 6 - указатель, 7 - репер

При статической балансировке на весах балансируемая деталь 1 цен-трируется по посадочному диаметру D на платформе 2. Во время балан-сировки деталь вручную поворачивается относительно платформы вокруг оси О - О с одновременной корректировкой положения груза-компенсатора 4 с таким расчетом, чтобы подвижная стрелка указателя 6 располагалась строго напротив неподвижного репера 7 и сила тяжести действовала в вер-тикальной радиальной плоскости, проходящей через эту стрелку. В таком случае платформа займет горизонтальное положение. О величине дисбалан-са судят по положению груза 4 на линейке 3 компенсирующего устройства.

К недостаткам статической балансировки на весах следует отнести сложность перестройки весов на балансировку деталей, имеющих разный по-садочный диаметр D и необходимость вручную поворачивать деталь отно-сительно платформы.

Принцип балансировочных весов использован в приспособлении для балансировки колёс, предложенном В. Белугиным (рис. 9.4) [14, 15].

 

Рис. 9.4. Схема приспособления для статической и динамической балансировки колёс: 1 - балансируемое колесо, 2 - приспособление, 3 - мел, 4 - опора

Статическая балансировка сводится к установке грузиков на поднима-ющуюся часть спокойно стоящего колеса. Чувствительность приспособления определяется расстоянием от плоскости опоры, до плоскости, проходящей через центр тяжести колеса. Чем меньше это расстояние, тем больше чув-ствительность.

Приспособление позволяет также выполнить и динамическую балан-сировку колеса методом «волчка». Из механики известно, что для достижения динамической сбалансированности необходимо, чтобы ось вра-щения была главной осью инерции. Поэтому для динамической балансировки колесо раскручивают до частоты вращения 100 мин-¹ стержнем, вставлен-ным в отверстие под болт крепления колеса, соблюдая меры безопасности. Если колесо сбалансировано (отсутствуют силы Р, вызывающие дисбаланс), то оно должно вращаться в горизонтальной плоскости, а вал должен находи-ться в вертикальной плоскости и вращаться без биения. Если колесо динами-чески несбалансированно, то наблюдается биение верхнего конца вала. В та-ком случае дотрагиваются мелом до верхнего конца вращающегося вала и тем самым делают метку, характеризующую плоскость расположения дис-балансных масс. По метке мела устанавливают на колесо два одинаковых грузика в местах, показанных стрелками А. Таким образом эта операция повторяется до тех пор, пока не будет достигнута динамическая балансиров-ка.

Опыт эксплуатации этого приспособления [16] показал, что оно не очень удобно в работе. Первое неудобство в том, что центральный стержень стопорится во фланце посредством винта. Чтобы изменить его положение, необходимо снять колесо с опоры. В процессе балансировки эту операцию приходится повторять неоднократно, добиваясь желаемой чувствительности прибора. Если опора расположена близко к центру тяжести колеса или ниже него, колесо неминуемо перевернется и свалится с опоры. Другое неудобство в том, что устранять дисбаланс приходится пробным подбором балан-сировочных грузиков. Однако, приобрев определенный опыт, можно доби-ться удовлетворительных результатов балансировки.

Что же касается динамической балансировки по приведенной выше методике, то здесь достичь чего-либо полезного практически невозможно. При попытке раскрутить колесо до 70... 100 оборотов в минуту оно срывает-ся с опоры вместе с приспособлением. Но и благополучно раскрученное колесо не обеспечивает каких-либо закономерных колебаний центрального стержня приспособления. Здесь и практика не помогает. Таким образом, это приспособление годится только для статической балансировки.

Автолюбителем В. Веретенниковым предложено более удобное в ра-боте приспособление [14, 16], основанное на методе вывешивания (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Приспособление для статической балансировки колес на гиб-кой подвеске: 1 - гибкая подвеска, 2 - стержень, 3 - фланец, 4 – контргайка.

Для балансировки приспособление опорным фланцем с наружной стороны вставляют в центральное отверстие колеса и посредством гибкого элемента подвешивают на удобной высоте. Дают успокоиться колесу. Урав-новешенное, оно займет горизонтальное положение. При наличии дисбалан-са оно наклонится в сторону более тяжелой части. Угол наклона при этом на-ходится в прямой зависимости от величины дисбаланса и в обратной - от расстояния «а» между сочленением гибкого элемента со стержнем и центром тяжести колеса. Не снимая колеса с подвески, изменяют это расстояние, т. е. вращением стержня за его головку регулируют чувствительность устройства. Таким образом, добиваются высокой точности балансировки.

Основным преимуществом данного приспособления, по сравнению с предыдущим, является то, что колесо не может перевернуться или упасть, а значит, исключаются травмы. Однако и оно имеет ряд недостатков, среди которых можно отметить следующие: нет индикатора горизонтального по-ложения колеса, отсутствует индикатор дисбаланса, позволяющий оп-ределить массу балансировочного грузика, поднимать и подвешивать колесо приходится вручную, что неприемлемо для колес грузовых автомобилей невозможность выполнить динамическую балансировку колеса и др.

Статическую балансировку деталей, в том числе и колёс, можно выпол-нить и в динамическом режиме. При этом достигается более высокая точ-ность балансировки. Схема стенда для статической балансировки деталей в динамическом режиме приведена на рис. 9.6.

Рис. 9.6. Схема статической балансировки детали в динамическом режиме: 1 - деталь, 2 - платформа, 3 - пружина, 4 - датчик, 5 - шпиндель.

Стенд состоит из платформы 2, установленной на пружинах 3. Рас-положенный на платформе шпиндель 5 вращается с постоянной угловой ско-ростью. Балансируемая деталь 1 закрепляется в шпинделе.

При наличии у детали статической неуравновешенности центр масс системы не совпадает с осью вращения О-О. При вращении детали под дей-ствием центробежной силы F₄ от дисбалансной массы система совершает колебательные движения, амплитуду которых измеряет датчик 4. Амплитуда колебаний платформы характеризует степень неуравновешенности детали.

Подобный принцип используется и в стендах для динамической балан-сировки колёс. Стенды для динамической балансировки колес можно раз-делить на два вида: для балансировки колёс непосредственно на автомобиле и для балансировки колёс, снятых с автомобиля.

Первый способ считается более прогрессивным, так как он позволяет не только уравновесить суммарное действие всех вращающихся масс колеса (ступицы, тормозного барабана), но и выявить неисправности ступиц колёс (подшипников и т. п.). Однако он может использоваться только для неведу-щих колес автомобиля. Динамический способ балансировки колеса подоб-ным стендом (рис. 9.7) сводится к определению вертикальных и горизон-тальных (боковых) колебаний свободно вращающегося колеса со скоростью, соответствующей большой скорости движения автомобиля (80...100 км/ч).

Колесо вывешивается домкратом и раскручивается с помощью ролика стенда. Затем ролик отводится, и при свободном вращении колеса возникают под действием дисбаланса вертикальные колебания, которые фиксируются датчиком, соприкасающимся с рычагом подвески. В момент достижения мак-симальных колебаний включается стробоскоп, луч которого направлен на ко-лесо. Таким образом определяется место дисбаланса (по отношению к ли-нии, нанесенной на покрышке), а по показаниям стрелочного прибора оп-ределяется размер дисбаланса. Горизонтальные колебания колеса от его дис-баланса определяются подобным образом при установке датчика в горизон-тальное положение около переднего края тормозного диска.

Рис. 9.7. Стенд для балансировки колес непосредственно на ав-томобиле

Второй способ балансировки может быть выполнен для любых колес (как неведущих, так и ведущих), например, на балансировочном станке типа «FANSYS - 200», изготовляемом НПП «Приоритет ТС» в г. Харьков (рис. 9.8). Балансируемое колесо устанавливается на вал станка с центровкой по отверстию диска или на шайбе универсальной с центровкой на отверстиях крепления диска к ступице. После раскрутки колеса на цифровом индикаторе выдается информация о требуемой массе груза в обеих плоскостях коррек-ции. Место коррекции выбирается по световому индикатору.

Рис. 9.8. Станок для балансировки колес, снятых с автомобиля: 1 - выключатель, 2 -переключатель плоскостей, 3 - балансируемое колесо.

Дата добавления: 2014-11-18