Приложение А (справочное). Примеры погрешностей, их идентификация и оценка

Приложение А
(справочное)

Примеры погрешностей, их идентификация и оценка

А.1 Погрешности, вызываемые балансировочным оборудованием

Данные погрешности имеют место при любом способе оттирания балансируемого ротора (см. рисунки А.1, А.2 и А.З) и могут быть вызваны следующими факторами.

а) Дисбаланс и эксцентриситет, обусловленные приводом, оправкой и т. д.

Данные погрешности могут быть оценены в процессе индексной балансировки. Процедура может быть осложнена невоспроизводимостью условий соединения [раздел А.1 в)] и погрешностями, вызываемыми самим балансируемым изделием (раздел А.2).

б) Подшипники

Подшипники качения, используемые для проведения процедуры балансировки, могут вносить погрешность, пропорциональную эксцентриситету или угловой несоосности вращающегося кольца и массе ротора. Эту погрешность можно определить, повернув подшипниковое кольцо относительно ротора на 180°.

Примечание - В контексте данного пункта эксцентриситет рассматривают как следствие радиального и (или) осевого биения.

в) Механическая посадка

Посадка может являться источником погрешности, в частности значение дисбаланса после переборки может измениться.

Примерами причин погрешностей, вызываемых посадкой, являются большой радиальный зазор или, напротив, посадка с большим натягом, а также случай, когда соединительные болты влияют на положение центрирующей цапфы. Разброс вследствие различной посадки следует оценить, повторяя сборку с зазорами, устанавливаемыми в различных угловых положениях. В результате усреднения значений дисбалансов, полученных после каждой переборки, определяют среднее значение дисбаланса.

г) Масса балансировочного оборудования

Массу вращающегося оборудования, используемого при балансировке (необязательно оправки), желательно, по возможности, уменьшить, чтобы минимизировать погрешности вследствие эксцентриситетов или зазоров центрирующих устройств.

Уменьшение массы оправки повышает чувствительность станка с податливыми подшипниками, но мало сказывается на чувствительности станка с жесткими опорами.

А.2 Ошибки, вызываемые самим ротором (рисунок А.2)

Данные погрешности имеют место при опирании балансируемого ротора своими собственными цапфами (см. рисунок А.2) и могут быть вызваны следующими факторами.

а) Незакрепленные детали

Погрешности, вызываемые незакрепленными деталями, могут быть определены посредством разгона и остановки ротора, при том что начальное угловое положение ротора от пуска к пуску изменяется, и проведением измерений для каждого пуска. Значение погрешности и среднее значение дисбаланса могут быть получены на основе метода, описанного в 5.4. В некоторых случаях может оказаться полезным изменение направления вращения, но к этому следует относиться с осторожностью.

Необходимо отметить, что для некоторых машин незакрепленность деталей может проявляться только в реальных условиях эксплуатации.

б) Наличие захваченных капель жидкости или частиц износа

Если ожидается, что при вращении ротора им будут захватываться капли жидкости или частицы износа и этого избежать невозможно, ротор следует оставить на некоторое время в положении, когда его вершина соответствует 0°, а затем произвести пуск и снять показания. То же самое следует повторить для положений вершины ротора, соответствующих 90°, 180° и 270°. Для получения значений погрешности и среднего значения дисбаланса следует воспользоваться методом, описанным в 5.4.

Следует обратить особое внимание, чтобы на результаты измерения не оказали влияния тепловые эффекты, которые могут появиться, например вследствие продолжительного нахождения ротора в одном положении [см. раздел А.2 в)].

в) Тепловые эффекты

Искривление ротора и дисбаланс вследствие неравномерного распределения температуры особенно часто наблюдаются на длинных и полых роторах.

Этот эффект можно уменьшить, если не позволять ротору находиться в неподвижном положении даже относительно короткий период времени или же вращать ротор до того момента, пока вектор дисбаланса не перестанет изменяться. Для этого можно использовать низкие скорости вращения, например от 5 до 10 об/мин.

К значительным искривлениям ротора могут привести операции, связанные с нагревом или сваркой при коррекции дисбаланса. Обычно для выравнивания температуры ротора и возвращения его состояния к нормальному требуется рассеяние локализованного нагрева и (или) некоторое стабилизирующее время вращения.

г) Подшипники

Угловое положение вращающихся колец подшипников относительно ротора должно сохраняться неизменным в течение всей процедуры балансировки, в противном случае могут появиться погрешности, аналогичные тем, что описаны в разделе А.1б).

Ложные значения моментного дисбаланса могут быть получены на балансировочных станках как с податливыми, так и жесткими подшипниковыми опорами вследствие осевого биения вращающейся упорной поверхности, вследствие перекоса шарикового подшипника относительно оси вала или вследствие изгиба ротора.

Эти эффекты могут быть обнаружены при пусках ротора на различных скоростях вращения n_1 и n_2, a погрешность может быть оценена следующим образом.

Для балансировочного станка с жесткими подшипниками влияние осевого биения может быть выражено в виде дисбаланса Дельта U_L,R на скорости n_1:

                        1

      Дельта U   = ------------ x (U   - U  );                      (A.1)

              1L              2     1L    2L

                   1 - (n /n )

                         1  2

                        1

      Дельта U   = ------------ x (U   - U  ),                      (A.2)

              1R              2     1R    2R

                   1 - (n /n )

                         1  2

      где U  , U  , U  , U   - измеренные значения,  представляющие собой

           1L   1R   2L   2R   сумму "дисбалансов",  порождаемых  осевыми

                               биениями, и дисбалансов (остаточных) U_L и

                               U_R в левой и правой плоскостях на

                               скоростях n_1 и n_2 соответственно. Станок

                               должен быть  калиброван  в  тех  же  самых

                               единицах   дисбаланса   для    каждой   из

                               указанных скоростей и плоскостей.

Для балансировочного станка с податливыми подшипниками ложный дисбаланс зависит от вибрирующих масс в системе опоры податливых подшипников и, следовательно, обратно пропорционален квадрату скорости. Таким образом, справедливы те же самые формулы.

В приведенных расчетах предполагалось, что силы в подшипниках для станка с жесткими подшипниками, вызываемые осевым биением вращающейся упорной поверхности, не зависят от скорости, а для станка с податливыми подшипниками от скорости не зависит вибрация подшипников, вызываемая дисбалансом.

Формулы (А.1) и (А.2) справедливы только в том случае, если измерения проводят на скорости, достаточно далеко отстоящей от резонансной скорости ротора и (или) балансировочного станка.

Аналогичные эффекты могут наблюдаться на очень низких скоростях балансировки, когда цапфы ротора, имеющие прогиб, установлены на открытые ролики или когда у опоры балансировочного станка с роликовыми поверхностями нет достаточной свободы передвижения в вертикальной плоскости. Эти ошибки могут быть сведены к минимуму при определенной конструкции опоры балансировочного станка. В некоторых случаях погрешности, вызываемые осевыми биениями упорной поверхности, могут быть сведены к нулю в результате регулировки упорных подшипников.

д) Механическая посадка

Дисбаланс может изменяться в процессе работы вследствие особенностей конструкции или неправильной сборки насаживаемых узлов. Такие изменения могут также иметь место, если ротор подвергается частичной разборке после балансировки и последующей сборке [см. также разделы А.1 в) и А.2 а)].

е) Эксцентриситет поверхности крепления на конце привода

Если конец приводного вала балансировочной машины соединен с устройством центровки, имеющим эксцентрисистет, это может привести к ошибкам, не устранимым индексной балансировкой. Такую погрешность можно оценить, только зная эффективную массу привода и вектор эксцентриситета устройства центровки относительно оси вала ротора. При необходимости можно применить временную компенсирующую массу в соответствующем угловом положении во время балансировки.

ж) Магнитные эффекты

Магнитные эффекты в первую очередь могут проявлять себя в балансировочных станках тем, что вызывают неправильное считывание показаний дисбаланса, если их частота совпадает с частотой вращения или близка к этой частоте.

Такое может быть, например, если датчики балансировочного станка попадают в магнитное поле ротора, изменяющееся с частотой вращения ротора. Воздействие намагниченности ротора проще всего устранить либо экранируя датчики, либо, для балансировочных станков с жесткими подшипниками, выбирая достаточно высокие скорости балансировки, на которых указанное воздействие не является таким значительным. Наличие магнитных эффектов можно обнаружить, проводя измерения дисбаланса на различных скоростях, в пределах которых ротор остается жестким.

В таблице А.1 собраны возможные источники погрешностей балансировки с указанием способов их устранения и методов оценки.

Таблица А.1 - Идентификация источников погрешностей и методы оценки

Природа ошибки	Описание источника ошибки	Методы уменьшения погрешности измерения дисбаланса	Оценка погрешности измерения дисбаланса
			Экспериментальная (систематическая ошибка)	Экспериментальная (случайная ошибка)	Другие методы
Балансировочный станок	Систематические и случайные погрешности измерительного оборудования	Проверить калибровку и правильность функционирования станка; если необходимо, внести коррективы. Заново калибровать или отремонтировать станок	-	-	См. примечание 1
Вспомогательное оборудование	Дисбаланс приводного устройства	Произвести балансировку вспомогательного оборудования	Повернуть ротор на 180° относительно привода или оправки	Оценка возможна, но индексная балансировка более экономична	Измерить модуль и фазу ошибки посредством раздельной балансировки элементов (см. примечание 2)
	Дисбаланс оправки	Произвести балансировку оправки или другого вспомогательного оборудования более тщательно. Уменьшить массу вспомогательного оборудования
	Радиальные и осевые биения устройства привода	Произвести балансировку или заменить устройство привода	-	-	-
	Радиальные и осевые биения оправки	Заменить или компенсировать смещенной массой	-	-	-
	Эксцентриситет подшипника качения	Произвести балансировку в эксплуатационных подшипниках. При необходимости замены при сборке ротора в корпус установить на валу помеченные внутренние кольца подшипника	Заново устанавливать по очереди подшипники с поворотом на 180°	-	-
Ротор	Неплотное крепление, например лопаток ротора компрессора	Произвести несколько пусков и остановок ротора и найти средний дисбаланс	-	Пускать ротор при различных начальных положениях	-
	Наличие захваченных частиц жидкости или твердого вещества	Удалить источник загрязнения, если невозможно, произвести несколько пусков и остановок и найти средний дисбаланс	-	Давать выдержку приблизительно = 1/2 ч между пусками (см. примечание 3)	-
Ротор	Тепловые и гравитационные эффекты	Добиться стабильного вращения ротора перед балансировкой. Не позволять ротору находиться в статическом положении на балансировочном станке длительное время	-	Оценка возможна, но следует попытаться уменьшить данные эффекты (см. примечание 3)	-
	Сопротивление воздуха	Перекрыть пути поступления воздуха или изменить направление вращения ротора	-	-	Сравнить результаты измерений на разных скоростях вращения
	Магнитные поля (например, намагниченность ротора)	Размагнитить ротор, увеличить скорость вращения при балансировке для уменьшения влияния магнитного поля	-	-	Измерить модуль и фазу ошибки при пуске на малой скорости
	Перекос подшипника качения	Выправить положение внутреннего кольца, произвести обработку заплечика ротора	-	-	Сравнить результаты измерений на разных скоростях вращения
	Плохая обработка поверхности цапфы; плохая смазка	Произвести чистовую обработку цапф, произвести смазку	-	-	-
	Несоосность (для ротора с числом подшипников более двух)	Уравновесить в двух подшипниках или установить ротор на жесткой раме с несколькими опорами	-	-	-
	Шпонка и шпоночная канавка	Произвести балансировку с полушпонкой	-	-	-
	Осевые и радиальные биения элементов крепления привода	Произвести обработку поверхностей или использовать ременный привод	-	-	-
Сборка	Зазоры в соединениях	Произвести натяжение в соединении, заменить вал привода или использовать ременный привод	Проводить измерения для каждого пуска с нулевым зазором (если возможно)	Перебирать соединения между пусками (ротор останавливают в разных угловых положениях)	-
	Неправильная посадка деталей в соединениях	Разобрать и заново собрать соединение	Измерить осевые биения	-	-

Примечания

1 Если масса изделия или расположение плоскостей измерения существенно отличаются от обеспечиваемых при испытаниях балансировочного станка, следует провести испытания для определения минимально достижимого остаточного дисбаланса в установленных плоскостях измерений на самом изделии (роторе).

2 В общем случае ошибки известных модуля и фазы могут быть скорректированы. Однако если эти ошибки превышают U_per, может оказаться целесообразным предпринять другие меры для их уменьшения, прежде чем проводить процедуру балансировки.

3 Следует тщательно контролировать результаты измерений, чтобы не принять тепловые эффекты за влияние захваченных частиц и наоборот.