Балансировочные станки: предназначение, классификация и особенности выбора оборудования, проверка

Классификация балансировочных станков.

Балансировочный станок по существу является измерителем колебаний механической системы, связанной с ротором, по характеристикам которых судят о неуравновешенности ротора. Некоторые станки могут иметь встроенные приспособления для корректировки масс ротора.

При серийном и массовом производстве операции определения и уменьшения дисбалансов могут совмещаться, т.е. измерения дисбалансов ротора и корректировка его масс проводятся одновременно.

По характеру режима работы и конструктивному исполнению различают балансировочные станки дорезонансного, резонансного и зарезонансного типа.

У дорезонансного балансировочного станка частота вращения при балансировке ниже наименьшей собственной частоты колебаний системы, состоящей из балансируемого ротора и паразитной массы, которая включает в себя часть массы станка, участвующей в колебаниях при возбуждении их неуравновешенными силами ротора.

У резонансного балансировочного станка частота вращения при установившемся режиме балансировки равна собственной частоте колебаний системы,состоящей из ротора и уравновешивающей массы. Сюда же относят и станки с балансировкой при проходе через резонансный режим. Станки с проходом через резонанс наиболее просты, имеют простой привод и допускают замер амплитуд колебаний простыми приборами, но имеют неопределенные характеристики при проходе через резонансный режим, что снижает точность балансировки.

Станки с работой на резонансном режиме более чувствительны, но требуют применения сложного привода, чтобы строго поддерживать этот режим.

В зарезонансном балансировочном станке при балансировке обеспечивается частота вращения ротора выше наибольшей собственной частоты колебаний роторной системы вместе с уравновешивающей массой.

Станки этого типа, как и дорезонансные, не имеют проблем в поддержании устойчивого движения и имеют простые приводы. Однако малые значения амплитуд колебаний в зарезонансном режиме требуют применения высокочувствительных приборов для измерения амплитуд.

Механические системы балансировочных станков классифицируют по числу степеней свободы ротора, а также по числу степеней свободы оси ротора вместе с подвижной частью станка.

В классификации по числу степеней свободы ротора механические системы распределены по семи классам (рис ).

Номер класса (римская цифра) соответствует числу степеней свободы жесткого ротора. Кроме того, введен дополнительный признак разделения механических систем на две группы: буквой А обозначены станки, имеющие раму, на которой размещены опоры ротора, а буквой В — станки с отдельными опорами, установленными на неподвижном основании. Это подразделение характеризует не только конструктивные особенности системы, но и особенности балансировочного процесса, так как в станках группы А выбор точек для измерения колебаний менее ограничен, чем в группе В.

Рис. — Классификация механических систем балансировочных станков по числу степеней свободы ротора

Системы классов IVB, VA, VIA и VIB промышленного применения не получили.

Системы ША, ШВ и IVA применяются в некоторых станках, выпускаемых фирмами Hofmann-Kunze, General Motors Corp. и General Electrik Co.

Широко применяются системы классов:

IA — в станках для статической балансировки; IB — в балансировочных станках типа МДУ, ДБН, МДУС отечественного производства и в станках типа UA, ИА, ИАГ фирмы Losenhausenwerk; IIA — в отечественных станках М-40, М-48, МДБГ-1, УУГ-3 и станках фирм Tinius-Olsen и Giesler типа G2; ПВ — в станках конструкции МИИТ и фирм Bear, Bentrath и Losenhausenwerk; VB — в отечественных станках типа ДИСБАЛАНС, МС, МДБ, 9703, 9710, 9739 разных модификаций и станках фирм Reitlinger, K.Schenk, Hofmann (серий R, AM, VGW, E фирм Gisholt (типа HS) и Dynagraph (типа М), фирмы Eriksson (типа URB>, Jackson Bradwell Ltd, Dawe Instrum. Ltd и EMJ и серии ВНЕ; VIIA — в станках конструкции МВТУ, а также в станках фирм Sperry Strobodyn) и Hermann.

В классификации по числу степеней свободы оси ротора станки делят на четыре группы (рис.).

Группа 1 с неподвижной осью ротора (см. рис.) соответствует классам IA и 1Б (одна степень свободы). Станки этой группы (ДБН-50, МДУ-3) имеют жесткую связь оси ротора массы т через неподвижные подшипники с неизмеримо большей массой фундамента тф. Дисбалансы ротора определяют по измерениям реакций опор, распределение которых обусловлено только положением центра масс относительно опор или плоскостей измерения. Отсутствие подвижных частей позволяет упростить конструкцию опор и применять осевой привод ротора. В качестве массы тф при средних и тяжелых роторах используют неподвижное основание (пол помещения или фундамент), колебания которого вызывают в измерительном элементе широкий спектр помех и для их подавления нужна более эффективная фильтрация, чем в системах с упругими связями с внешней средой. Виброизоляция с помощью мягкой подвески станка нарушает неподвижность подшипников, лишая систему возможности настройки без применения тарировочного ротора. Виброизоляция фундамента без нарушения соотношения сил возможна только для малых роторов, когда установленная на пружинах плита основания массой в несколько килограммов значительно превышает массу ротора.

Работа станка возможна только на частоте вращения, значительно меньшей собственной частоты системы (в дорезонансном режиме), когда угол сдвига фаз практически равен нулю, что снижает ошибки измерения дисбаланса. Вызванные дисбалансом силы пропорциональны, поэтому целесообразно применять в этих станках высокие скорости. Высокий уровень собственных частот системы и ее частей делает ее чувствительной к ударным помехам, демпфирование которых затруднительно.

Рис. — Классификация механических систем балансировочных станков по числу степеней свободы оси ротора

Группа 2 (см. рис. 1, б) с фиксированной осью колебаний оси ротора (две степени свободы) соответствует классу ПБ. Станки группы 2 (М-40, МДБГ-1) имеют жесткую связь колеблющейся системы (рамы) с основанием в направлении, перпендикулярном оси колебаний системы, и работают при резонансном режиме с большими угловыми колебаниями рамы, что удобно для измерений, но требует применения специального привода для обеспечения постоянной частоты вращения ротора. Высокая добротность колебательной системы ослабляет помехи иных частот. Поэтому станки в резонансном режиме по возможности обнаружения дисбаланса сравнимы со станками, оборудованными электронной измерительной системой. Способы балансировки на таких станках основаны на поочередном определении дисбаланса ротора в двух плоскостях коррекции, каждая из которых поочередно совмещается с фиксированной осью колебаний рамы.

Внешние вибрации, перпендикулярные фиксированной оси и оси вращения ротора, могут налагаться на измеряемые и ограничивать минимальную величину определяемого дисбаланса. Поэтому эксплуатировать такие станки целесообразно в помещениях с низким уровнем внешних вибраций. При балансировке средних и крупных роторов станок монтируют на изолированном фундаменте, а станок для малых роторов устанавливают на плите с мягкой подвеской.

Станки группы 2 с балансировкой на выбеге редко применяют из-за низкой производительности, требующей нескольких пусков для каждой плоскости коррекции. При этом для балансировки на выбеге ротор должен иметь достаточно большой момент инерции масс относительно оси вращения, а также малые и стабильные потери на трение в подшипниках. Иначе при быстром проходе через резонанс амплитуды колебаний не достигнут достаточной величины, а нестабильность потерь на трение приведет к разбросу величин амплитуд при разных пусках. На таких станках сложно балансировать длинные роторы в собственных опорах.

Станки группы 2 удобны при балансировке роторов различных размеров и масс в экспериментальном и мелкосерийном производстве и при ремонтных работах, что определяется простотой их переналадки, состоящей в соответствующей установке ротора относительно оси качания рамы. Работающие в зарезонансном режиме и оборудованные электрическими датчиками с усилителями станки с фиксированной осью колебаний широко применяются для балансировки роторов гироскопов.

Группа 3 (см. рис. 1, в) с фиксированной плоскостью колебаний оси ротора (три степени свободы) соответствует классу VB (станки ДБ, 9703, 9710), наиболее широко распространена, что объясняется возможностью определения дисбалансов ротора в двух плоскостях коррекции по колебаниям опор за один пуск без перестановки ротора. Для сохранения линейности колебаний системы, позволяющей суммировать их алгебраически, станки работают в зарезонансном режиме с малыми амплитудами колебаний

Балансировочные станки: классификация, особенности выбора оборудования

Балансировочный станок для шиномонтажа — незаменимый атрибут любого автосервиса. Балансировка колес способствует защите покрышек от износа, также она может продлить срок эксплуатации деталей подшипников или подвески.

Балансировка больше всего актуальна в межсезонье. А специальное оборудование (станки) помогает компенсировать дисбаланс в собранных колесах, а это сокращает вибрационную нагрузку, которая часто происходит во время их эксплуатации.

Предназначение оборудования

Балансировочные станки предназначены для балансировки колес разных транспортных средств:

• легковых машин;
• грузового транспорта;
• мотоциклов.

Балансировка колес очень важна, поскольку если вращающееся колесо не сбалансировано (центр его массы и геометрический центр не соответствуют друг другу), то это вызывает сильные центробежные силы, которые увеличивают вибрацию, вследствие чего шины изнашиваются, а ходовая часть и подвески быстро выходят из строя.

Без балансировочных станков сейчас не работает ни один автосервис. Ведь нужно не только правильно разобрать и собрать колеса, оно также должно быть сбалансировано правильным образом. Современное оборудование может работать с дисками разных конфигураций, оно имеет несколько рабочих режимов.

Классификация

В связи с тем, что скорость движения на отечественных дорогах постоянно растет, автомобили оснащены рулевыми реечными механизмами, масса дисков сокращается, в автосервисах применяются профессиональные станки для шиномонтажа и балансировки. Услуги оказываются клиентам максимально качественно.

Балансировочные станки нужны для того, чтобы определить место и степень неуравновешенности (статического или динамического типа) вращающихся частей машины:

Балансируемое изделие ставят на опоры, которые выступают в роли основы станка. А также он укомплектован приводами для движения изделия, а еще измерительным оборудованием на основе визуальных приборов.

В конструктивном отношении балансировочные станки подразделяются на две категории:

• с податливыми опорами, где приборы фиксируют фазу и амплитуду колебаний этих опор, что вызывается движением изделия;
• с жесткими опорами, где фиксируется фаза и сила давления ротора.

Станки для динамической или статической балансировки в зависимости от размещения осей вращения бывают двух типов;

• с горизонтальной осью вращения;
• с вертикальной.

Балансировочное оборудование имеет моторизованный привод, который, по сравнению с ручным вращением, выполняет максимально точные замеры.

По способу ввода данных оборудование делится тоже на две категории. Способ ввода может быть ручным или автоматическим.

Если ввод ручной, то оператор должен измерить параметры колеса с помощью механических линеек, а затем вручную вводит их в станок для балансировки.

А вот в конструкциях с автоматическим вводом есть один или два электронных калибра. В первом случае нужно ввести диаметр и расстояние до диска, а во втором дополнительно и ширину.

Конечно же, во втором случае время работы будет значительно меньше, что особенно актуально в период смены покрышек, когда один сервис может обслужить больше клиентов.

Есть еще классификация — по типу отображения информации. Некоторые из устройств оснащены, монитором, другие же — дисплеем (ЖК или светодиодным). Однако тип отображения данных непосредственно на качество работы никак не влияет.

Выбор балансировочных станков

Выбирать такое оборудование следует очень внимательно, поскольку от него зависит успех работы сервиса. Процесс балансировки должен быть правильным и точным, это лишь прибавит вам максимум клиентов.

Ценовой диапазон такого оборудования очень широкий, оно отличается друг от друга по качеству работы, функциональным особенностям и другим факторам. Необходимо убедится, что прибор имеет сертификат качества и обладает тем или иным гарантийным сроком.

Выбирать то или иное оборудование нужно грамотно. Обязательно учитывайте, окупится ли дорогостоящее оборудование от европейских производителей. Отечественные или китайские модели имеют более приемлемую стоимость, возможно, для конкретного бизнеса, их будет вполне достаточно. Учитывайте уровень загрузки сервиса, а также то, насколько часто у вас обслуживаются клиенты на том или ином типе транспортного средства.

Китайские модели

Естественно, далеко не каждый владелец автосервиса или шиномонтажа готов масштабно вкладываться в бизнес. Главная задача у многих — это получить максимальную прибыль при минимуме вложений.

Китайское оборудование в этом отношении — самый подходящий вариант, поскольку стоит недорого. Но оно имеет свои технические особенности. Такие станки очень просты в конструктивном плане, большинство из них являются копиями старых моделей от известных производителей, ждать чего-то сверхъестественного от оборудования не стоит. В них задействованы технологии примерно 10-летней давности. Но они все равно будут исправно работать, благодаря чему вы «отобьете» вложения примерно за 1−2 сезона работы.

Итальянское оборудование

Сейчас на рынке присутствует много моделей итальянского производства, которое значительно превосходит китайские станки. Они гарантируют высокое качество работы и надежность.

Одним из наиболее известных производителей шиномонтажного оборудования является Sicam, о котором отзываются автовладельцы и владельцы шиномонтажных мастерских. А также это оборудование уже много лет присутствует на рынке, если остановить свой выбор именно на нем, то точно не прогадаете.

Особенности выбора станков для грузового транспорта

Если ваш шиномонтаж специализируется преимущественно на обслуживании грузового транспорта или спецтехники, то балансировочные станки нужно выбирать в соответствии с этим тоже.

Наиболее подходящие варианты — это специализированные грузовые балансировки, а также итальянские грузовые станки Sicam TCS26 и 52.

Эти модели надежны в применении. Они отлично проявили себя при обслуживании камеонов, дорогостоящих шин на комбайнах и тракторах, а также скреперов.

Есть и китайское оборудование, стоимость его вполне приемлема, его работа судя по отзывам, происходит вполне уверено.

Для грузовых шин также многие применяют специальный шиномонтажный комплект марки Gaither (США и Голландия). Он удобен в применении и стоит относительно дорого. С его помощью можно осуществлять шиномонтаж крупных видов транспорта в разных условиях.

Проверка оборудования

Перед тем как приобрести тот или иной балансировочный станок, его потребуется обязательно проверить. Чтобы это сделать потребуется сбалансировать колесо, и набить около 30 грамм в любом его месте для создания дисбаланса. На следующем цикле балансировка должна показывать не более 30 грамм. В случае если показатель отличается, то станок нужно откалибровать.

Калибруют такое оборудование примерно раз в полгода, поскольку вал балансировки в течение сезона вследствие трения об колеса теряет немного в весе.

Типы балансировочных станков

Одним из признаков технологической классификации балансировочных станков служат степень их универсальности, т.е. то разнообразие роторов, для которых они могут быть использованы. Чем больше это разнообразие, тем шире технологические возможности станка. Балансировочные станки разделяют на четыре типа: универсальные, определенного назначения, специальные и балансировочные комплекты.

Универсальные балансировочные станки используют в серийном производстве для определения дисбалансов роторов различных конструкций. К этому типу относятся зарезонансные и до-резонансные станки с осевым или ленточным приводом, обладающие высокой точностью и быстрой переналадкой на новый тип роторов. На них можно балансировать роторы, отличающиеся по массе, длине и диаметру в 10..40 раз. Универсальные балансировочные станки характеризуются допустимой массой и диаметром ротора, расстоянием между опорами станка, диапазоном частот вращения ротора, мощностью привода и точностью станка.

Минимально допустимая масса ротора — масса балансируемого ротора, при которой обеспечивается заданная точность станка. Максимально допустимая масса ограничена прочностью подвески опор. В нее входит масса ротора, его подшипников и корпуса, оснастки, т.е. вся масса, устанавливаемая на опоры станка.

Допустимый диаметр ротора зависит от расстояния от центров опор до станины (пола) станка. Максимальное расстояние между опорами станка ограничено длиной направляющих станины, а минимальное — толщиной стоек.

У станков, опоры которых имеют гнездо для установки подшипника, указывают его диаметр или наибольший диаметр цапф ротора.

Диапазон частот вращения ротора при балансировке соответствует частотному диапазону измерительного устройства, частоте вращения и мощности приводного устройства.

Универсальные балансировочные станки изготавливают нормальной и повышенной точности.

Для балансировки роторов массой от нескольких граммов до десятков килограммов применяют зарезонансные станки с ленточным приводным соединением. Измерительные устройства этих станков обычно имеют избирательный усилитель, стробоскоп и потенциометрическую цепь разделения плоскостей коррекции. Настройку станка на данный тип ротора проводят с помощью тарировочного ротора.

Балансировку роторов массой до 1000 кг выполняют на зарезонансных и дорезонансных станках как с осевым, так и с ленточным приводом с разнообразными измерительными устройствами.

Универсальные балансировочные станки для роторов массой более 1000 кг изготавливают с осевым приводом и ваттметри-ческим измерительным устройством. Опоры станков для тяжелых роторов делают дорезонансными.

Станки определенного назначения предназначены для балансировки колес автомобилей, вентиляторов, электрических двигателей в собственному корпусе и т.п. или определенных видов балансировки — статической, высокочастотной. Эти станки менее универсальны, обладают меньшим диапазоном характеристик, но рассчитаны на большую производительность. Их изготавливают на базе универсальных станков и оснащают дополнительными устройствами (например, корректирующими устройствами и специальной оснасткой). Особое место среди станков 2-го типа занимают вертикальные балансировочные станки и станки для высокочастотной балансировки гибких роторов.

Вертикальные балансировочные станки предназначены для статической балансировки в динамическом режиме деталей, не имеющих собственных несущих поверхностей. Принцип действия и конструкция основных узлов станка аналогичны горизонтальным станкам. Отличительной особенностью вертикальных станков является наличие шпинделя с вертикальной осью вращения, на конце которого находится зажимное устройство. Эти станки характеризуются допустимой массой и диаметром балансируемой детали, диапазоном частот вращения, мощностью привода и точностью станка.

По вертикальным направляющим станка перемещается двухшпиндельная сверлильная головка, с помощью которой производится корректировка масс детали высверливанием необходимого количества металла. Станок может работать в полуавтоматическом режиме.

Станки для высокочастотной балансировки гибких роторов имеют дорезонансные опоры, осевой привод с широким диапазоном частот вращения, измерительное устройство с токовихревыми датчиками. На высоких частотах балансируют роторы массой до 300 т.

Поэтому с целью уменьшения потерь мощности на трение о воздух баласировочное устройство с ротором помещают в герметичную камеру, в которой с помощью вакуумного насоса создается разрежение до 100 Па. Станки для высокочастотной балансировки являются сложными устройствами с дополнительными системами, обеспечивающими транспортировку ротора, смазку его опор, разрежение в камере и т.п.

Специальные балансировочные станки используют в крупносерийном и массовом производстве для балансировки роторов определенной массы и геометрии. Специальный станок изготавливают в нескольких экземплярах. Для повышения производительности балансировки специальные станки оснащают средствами механизации и автоматизации. Степень автоматизации станка зависит от условий производства и может быть различной.

В простейшем случае она включает только определение дисбалансов, в более сложном — корректировку масс и транспортировку роторов.

Балансировочные комплекты предназначены для определения дисбалансов роторов при балансировке в собственных подшипниках и собственном корпусе без установки на станке. В качестве балансировочных комплектов используют измерительные устройства балансировочных станков, виброизмерительные приборы общего назначения и специальные балансировочные приборы.

Избранные главы из книги
Левита М.Е., Рыженкова В.М. «Балансировка деталей и узлов». Москва, изд. «Машиностроение», 1986г.

БАЛАНСИРОВОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Классификация балансировочных станков

Балансировочный станок является измерителем колебаний механической системы, связанной с ротором, по характеристикам которых судят о неуравновешенности ротора.

Некоторые станки могут иметь встроенные приспособления для корректировки масс ротора. При серийном и массовом производстве операции определения и уменьшения дисбалансов могут совмещаться, то есть измерения дисбалансов ротора и корректировка его масс проводятся одновременно.

По характеру режима работы и конструктивному исполнению различают балансировочные станки дорезонансного, резонансного и зарезонансного типа.

У дорезонансного балансировочного станка частота вращения при балансировке ниже наименьшей собственной частоты колебаний системы, состоящей из балансируемого ротора и паразитной массы, которая включает в себя часть массы станка, участвующей в колебаниях при возбуждении их неуравновешенными силами ротора.

У резонансного балансировочного станка частота вращения при установившемся режиме балансировки равна собственной частоте колебаний системы, состоящей из ротора и паразитной массы. К этой же группе относят и станки с балансировкой при проходе через резонансный режим.

Станки с проходом через резонанс наиболее просты, имеют простой привод и допускают замер амплитуд колебаний простыми приборами, но имеют неопределенные характеристики при проходе через резонансный режим, что снижает точность балансировки.

Станки с работой на резонансном режиме более чувствительны, но требуют применения сложного привода, чтобы строго поддерживать этот режим.

В зарезонансном балансировочном станке при балансировке обеспечивается частота вращения ротора выше наибольшей собственной частоты колебаний роторной системы вместе с паразитной массой. Станки этого типа, как и дорезонансные, не имеют проблем в поддержании устойчивого движения и имеют простые приводы. Однако малые значения амплитуд колебаний в зарезонансном режиме требуют применения высокочувствительных приборов для измерения амплитуд.

Механические системы балансировочных станков классифицируют по числу степеней свободы ротора, а также по числу степеней свободы оси ротора вместе с подвижной частью станка.

В классификации по числу степеней свободы ротора механические системы распределены по семи классам. Номер класса (римская цифра) соответствует числу степеней свободы жесткого ротора. Кроме того, введен дополнительный признак разделения механических систем на две группы: буквой А обозначены станки, имеющие раму, на которой размещены опоры ротора, а буквой В — станки с отдельными опорами, установленными на неподвижном основании. Это подразделение характеризует особенности балансировочного процесса.