Балансування роторів електричних машин

Положення осі інерції ротора залежить від розподілу його елементів по колу. Якщо маси всіх складальних одиниць і деталей рівномірно розподілені, вісь інерції збігається з віссю обертання.
Такий ротор називається врівноваженим. У більшості випадків маси розподіляються нерівномірно, вісь інерції зміщена щодо осі обертання, з'являється дисбаланс, що дорівнює добутку неврівноваженої маси на її ексцентриситет. Такий ротор називається неврівноваженим. У неврівноважених роторах виникають відцентрові сили, пропорційні дисбалансу і квадрату частоти обертання.

Мал. 1. Види неврівноваженість:
а - статична, б - динамічна, в - змішана
Коли сила спрямована вгору, тиск на підшипник зменшується, при повороті ротора на 180 ° сила діє вниз, збільшуючи тиск на підшипник.
Таке періодичне зміна тиску на підшипник призводить до вібрації ротора, яка через підшипник передається на корпус і фундамент машини, погіршує роботу ковзаючого контакту і зменшує довговічність підшипників.
Неврівноважені ротори балансують. Процес балансування полягає в поєднанні осі інерції ротора з віссю обертання зняттям металу або установкою балансувальних тягарців в певних місцях по колу ротора. Особливо ретельно балансують ротори швидкохідних машин.
Можливі три види дебаланса ротора: статичний, динамічний і змішаний. При статичному дебаланс вісь інерції А-А (рис. 1, а), яка проходить через центр ваги С, зміщена паралельно осі обертання ротора. В цьому випадку відцентрова сила RCT від дебаланса викликає на опорах однакові за величиною і збігаються по фазі вібрації. Динамічний дебаланс характеризується розташуванням осі інерції А-А під кутом до осі обертання (рис. 1, б). При цьому пара відцентрових сил Ram викликає на опорах однакові за величиною і протилежні по фазі вібрації. Змішаний дебаланс (рис. 1, в) наводиться до пари сил Rn "" і силі RCT, вібрації опор в цьому випадку відрізняються як за величиною, так і за фазою. Найбільш поширеним є змішаний дебаланс.
Розрізняють два способи балансування: статичний і динамічний. Для тихохідних машин з коротким ротором обмежуються зазвичай статичної балансуванням. Для інших машин після статичної здійснюють динамічне балансування.
При статичної балансуванню зняття металу або установку важків виробляють на одному торці ротора. При динамічному балансуванню кожну половину ротора балансують окремо.
Ротор 1 (рис. 2, а) при статичному балансуванню кладуть кінцями валу на паралельні горизонтальні лінійки - призми 3, встановлені за рівнем. Відхилення від горизонтального рівня не повинно перевищувати 0,02 мм на 1000 мм довжини. Ширину робочої поверхні призми вибирають в залежності від маси ротора.

Маса ротора, кг

Якщо діаметри шийок вала неоднакові, для вирівнювання осі ротора на шийку з меншим діаметром встановлюють кільце 2, товщина якого дорівнює різниці радіусів шийок.

Мал. 2. Статична балансування:
а - на призмах, 6 - на обертових опорах

Більш точні результати дає статичне балансування на обертових опорах (рис. 2, б) з підшипниками кочення. Діаметр D і довжину роликів 4 підбирають в залежності від маси ротора 1.

Маса ротора, кг

від 1500 до 10 000

Довжина ролика, мм

Ротор при статичної балансуванню обертають на призмах або опорах, встановлюючи в різних положеннях. Якщо вісь інерції розташована вище осі вала, ротор під дією неврівноваженої маси т (рис. 2, а) починає обертатися і після декількох коливань в ту і іншу сторону зупиняється. Неврівноважена маса при цьому виявляється в нижньому положенні. Балансувальний вантаж прикріплюють у верхній точці ротора. Потім знову встановлюють ротор в різних положеннях, підбираючи таку масу вантажу, при якій ротор перестає обертатися при будь-якому його положенні.
Динамічне балансування роторів виробляють на спеціальних верстатах, що дозволяють визначити масу і положення врівноважують важків в двох площинах виправлення * А і Б (рис. 3). Ротор 1 розташовують в пружних опорах 2 і 9 верстата і приводять в обертання електродвигуном 7.
Вібрації опор, що викликаються неврівноваженістю ротора, передаються котушок 3, які переміщаються в магнітному полі між полюсами N і S. У котушках виникає ЕРС, пропорційна амплітудам вібрацій опор.

* Площинами виправлення називають площині, перпендикулярні осн обертання, в яких видаленням або додаванням мас компенсують неврівноваженість ротора. Як площин виправлення можуть бути використані площині деталей - натискні шайби, вентилятори, колектори або спеціальні деталі - балансувальні кільця.

Напруга з котушок через підсилювач 4 подається до приладу б і в ланцюг стробоскопа 5. Спалахи лампи 8 стробоскопа висвітлюють шкалу на шпинделі верстата. Спалахи за часом збігаються з максимальним вібраційних зміщенням, т. Е. З моментом, коли неврівноважена маса знаходиться в верхньому або нижньому положенні.

Мал. 3. Схема верстата балансування
Стробоскоп дає одну миттєвий спалах за кожен оборот ротора. завдяки чому обертається шкала здається зупинилася в певному положенні. Верстат зупиняють, ротор повертають в положення, яке було помічено за шкалою при обертанні, встановлюючи тим самим місце, в якому слід прикріпити контрольний вантаж: «легке» і «важке» місця розташовані у вертикальній площині. Дебаланс ротора визначають по стрілочному приладу 6. Знову вмикають верстат. Якщо вантаж встановлений правильно, показання приладу зменшуються. Поступово збільшуючи вантаж, домагаються усунення неврівноваженості. Якщо показання приладу збільшуються, вантаж необхідно перенести на 180 °. Спочатку виробляють балансування в одній площині, наприклад в площині А, підключаючи до підсилювача ліву котушку; потім за допомогою перемикача підключають другу котушку, балансуючи другу половину ротора. Ротори великих машин балансують у власних підшипниках при обертанні машини без навантаження.

Вібрацію підшипників вимірюють віброметр або стрілочними індикаторами.
Для електричних машин передбачені три класи точності урівноваження: нульовий, перший і другий. Другий клас точності встановлено для машин зі звичайними вимогами по рівню вібрації, перший - для малошумних машин і машин з підвищеною точністю обертання (для верстатів, побутових приладів та ін.). Нульовий клас необхідний для машин з особливо високими вимогами до рівня вібрації; в цих машинах застосовують підшипники високих класів точності, виробляють балансування ротора в зібраній машині, а в щитах передбачаються вікна для доступу до місць балансування.
У кресленні ротора вказують площині виправлення і методи усунення неврівноваженості, а також допустиму залишкову неврівноваженість, так як в процесі балансування домогтися повної врівноваженості ротора практично неможливо.
Балансування роторів треба виробляти дотримуючись таких правил безпеки. При статичної балансуванню на призмах ротор слід розміщувати в середній частині призм і обертати повільно, щоб при перекочування не відбулося його падіння. Довжина призм повинна бути такою, щоб ротор міг зробити не менше одного обороту в кожну сторону. Перед установкою ротора на призми треба переконатися, що довжина вала більше відстані між призмами. Обертові опори попередньо перевіряють на відсутність заїдань в підшипниках. При динамічному балансуванню не слід зупиняти ротор руками. Балансувальні вантажі повинні бути ретельно закріплені. Рукава робочого одягу повинні мати манжети для запобігання їх від захоплення обертовими частинами.