Как известно, электродвигатель (в дальнейшем ЭД) состоит из двух элементов – статического (статора) и подвижного (ротора). Последний при работе может вращаться на очень высокой скорости, которая составляет тысячи и десятки тысяч оборотов в минуту.
Дисбаланс ротора не только приводит к повышенной вибрации, но и может повредить сам ротор или весь электродвигатель. Также из-за этой проблемы увеличивается риск поломки всей установки, где используется этот ЭД.
Чтобы избежать этих негативных последствий, производится балансировка якорей электродвигателей – она же «балансировка ротора» или «балансировка электродвигателя».
Как производится балансировка роторов электродвигателей
Сбалансированный ротор – это ротор, у которого ось вращения совпадает с осью инерции. Правда, абсолютного баланса можно добиться лишь в идеальном мире, в реальности же всегда наблюдается хоть небольшой, но «перекос». И задача балансировки заключается в его минимизации.
Различают статическую и динамическую балансировку роторов.
Статическая балансировка ротора призвана устранить значительный дисбаланс масс относительно оси вращения. Она может быть произведена в домашних условиях, поскольку не требует использования специального оборудования. Достаточно призматических или дисковых фиксаторов. Также эта операция может производиться с использованием рычажных весов специальной конструкции.
Ротор размещается на призматическом или дисковом фиксаторе. После этого наиболее тяжелая его сторона перевешивает, и деталь прокручивается вниз. На нижней точке делают отметку мелом. Затем ротор перекатывают ещё четырежды, и после каждой окончательной остановки отмечают наиболее нижнюю точку.
Когда на роторе становится пять отметок, замеряют расстояние между крайними и на его середине делают шестую. Затем на диаметрально противоположной точке этой шестой отметки (точке максимального дисбаланса) устанавливают балансирующий груз.
Масса груза подбирается опытным путём. На точке противоположной максимальному дисбалансу устанавливаются утяжелители различной массы, после чего ротор прокручивается и останавливается в любом положении. Если всё ещё наблюдается дисбаланс – масса грузика уменьшается или увеличивается (в зависимости от того, в какую сторону провернулся ротор после остановки). Задача – подобрать такую массу утяжелителя, чтобы ротор после остановки в любом положении не проворачивался.
После определения нужной массы можно либо оставить груз, либо просто высверлить отверстие в полученной шестой точке – точке с максимальным дисбалансом. При этом масса высверленного металла должна соответствовать массе подобранного груза.
Такая статическая балансировка электродвигателя своими руками достаточно грубая и призвана устранить только серьёзные перекосы по массе нагрузки на валу. Есть и другие недостатки. Так, статическая балансировка якоря электродвигателя своими руками потребует многочисленных измерений и вычислений. Для повышения точности и скорости рекомендуется использовать динамический метод.
Для этого потребуется специальный станок для балансировки роторов электродвигателей. Он раскручивает размещённый на нём вал и определяет, по какой из осей наблюдается перекос массы. Динамическая балансировка роторов электродвигателей способна устранить даже мельчайшие отхождения оси инерции от оси вращения.
Динамическая балансировка вала электродвигателя производится компьютерным методом. Высокоинтеллектуальное оборудование, которое используется для этого процесса, способно самостоятельно подсказать, какой противовес и на какую сторону стоит установить.
Впрочем, найти станок для балансировки очень тяжелого или большого ротора довольно сложно. Обычно динамическая методика устранения перекоса применяется для сравнительно небольших ЭД независимо от мощности. Поэтому, выбирая способы балансировки и центровки электродвигателей, стоит обратить внимание не только на точность операции, но и на физическую возможность провести этот процесс для имеющегося вала.
Навигация
Популярно
Технология сборки роторов (якорей). Балансировка. Общие сведения.
К ротору, который поступает на сборку электрической машины, предъявляется ряд требований. Он является вращающимся узлом электрической машины. Вращение происходит в подшипниках, которые внутренней обоймой крепятся на валу, а наружной — в подшипниковом щите. Между вращающимся ротором и неподвижным статором имеется небольшой воздушный зазор. В машинах с высотой оси вращения 50 — 63 мм воздушный зазор составляет 0,2 — 0,3 мм, а с высотой оси вращения 280 — 355 мм — 0,8 — 1,3 мм. Воздушный зазор в машине должен быть равномерным по всей окружности статора. Неравномерность его оговаривается в чертежах и, как правило, не должна превышать 10% величины самого зазора. Таким образом, при зазоре 0,3 мм допускаемая неравномерность не более 0,03 мм.
Продолжение.
Сборка сердечника ротора с нежестким валом.
К ротору асинхронного электродвигателя с высотой оси вращения 180 мм с нежестким валом (рис. 148) предъявляют при сборке следующие основные требования. Сердечник должен быть напрессован на вал так, чтобы выдержать размер 103±1,0 мм, который обеспечивает совпадение сердечников ротора и статора в осевом направлении.
Продолжение.
Электрические машины. Сборка сердечника ротора с жестким валом..
Ротор с жестким валом показан на рис. 155. Все поверхности вала при его изготовлении были обработаны с окончательными размерами. После сборки он не обрабатывается. Сердечник ротора с алюминиевой обмоткой перед сборкой не обрабатывается и не нагревается.
Продолжение.
Сборка коллектора и контактных колец с валом.
Сердечники якорей машин постоянного тока и роторов фазных асинхронных электродвигателей собирают непосредственно на вал. Технология их сборки приведена в этом разделе Кроме сердечников на валы машин постоянного тока устанавливают коллектор, а на вал фазных асинхронных электродвигателей — контактные кольца. Рассмотрим установку коллектора.
Продолжение.
Балансировка роторов (якорей) и вентиляторов. Требования к балансируемым роторам.
В собранном роторе главная ось инерции редко совпадает с осью вращения. Это происходит потому, что детали ротора и пресс-форму для заливки алюминия изготовляют с определенными допусками и при установке в нее сердечника возможны незначительные отклонения. Кроме того, залитый алюминий может иметь различную плотность по пазам.
Продолжение.
Балансировка роторов (якорей) и вентиляторов. Статическая балансировка.
Статическую составляющую неуравновешенности ротора (или другой детали) обнаруживают и устраняют с помощью статической балансировки, для чего ротор устанавливают на стальные параллельные призмы (рис. 157а) или ролики (рис. 157б), поверхность которых должна иметь шероховатость не выше Ra 0,50. Ширина рабочей поверхности призмы (мм) а = М/2d, где М — масса ротора кг; d — диаметр шейки вала ротора, мм.
Продолжение.
Балансировка роторов (якорей) и вентиляторов. Динамическая балансировка.
Динамическую составляющую неуравновешенности обнаруживают и устраняют при вращении ротора, то есть динамической балансировкой на специальных балансировочных станках (рис. 158а).
Продолжение.
Балансировка роторов (якорей) и вентиляторов. Устранение неуравновешенности.
Основные способы устранения неуравновешенности ротора — съем металла в «тяжелом» и добавление груза в «легком» месте используют при балансировке роторов малых электрических машин, Эти способы наиболее благоприятны для автоматизации процесса. Съем металла производят сверлением отверстий в специальных балансировочных кольцах или фрезерованием поверхности сердечника. При фрезеровании дисковыми фрезами не всегда можно снять металл в «тяжелом» месте, поэтому вектор неуравновешенности раскладывают на две составляющие по заданным осям.
Продолжение.
Балансировка роторов. Автоматизация балансировочных работ.
Балансировка роторов может быть автоматизирована. Для балансировки роторов электродвигателей серии 4Ач: высотой оси вращения 71 — 100 мм разработан автомат модели ОП-24, имеющий четыре позиции, связанные между собой транспортным устройством.
Продолжение.
Сборка подшипников с валом.
Подшипники качения собирают на валу ротора непосредственно перед сборкой его со статором. При диаметре вала 45 мм и менее используют чаще шариковые подшипники с двусторонним уплотнением и постоянно заложенной смазкой на весь срок их службы. При этом смазку не меняют и не добавляют. При неисправной работе подшипников их заменяют. Подшипники с уплотнением имеют герметичную упаковку, которую снимают перед их установкой.
При вращении неуравновешенного вала возникающие центробежные силы производят переменные давления на опоры. Поскольку жесткость опор у реальных машин не бывает бесконечной, эти давления вызывают их вибрации.
Задача балансировки ротора состоит в том, чтобы достичь такого распределения корректирующих масс на роторе, при котором вибрации опор не будут превышать допускаемых норм во всем диапазоне скоростей вращения ротора (от нуля до рабочей скорости).
Следует различать три вида небалансов: статический, динамический и смешанный. Смешанный и динамический небалансы могут быть устранены установкой грузов на обоих торцах якоря, а статический — на одном. Статические небалансы могут иметь короткие роторы тихоходных машин при скорости вращения не выше 16,6 с -1 . При больших скоростях вращения и для роторов с длиной сердечника, превышающей радиус ротора, нельзя ограничиться устранением только статического небаланса. Это объясняется тем, что при вращении ротора с большой скоростью каждый торец будет иметь самостоятельные биения, вызванные несбалансированными массами. Такой небаланс называют динамическим и устраняют только двумя грузами, расположенными в двух плоскостях ротора. Смешанный небаланс отличается от динамического тем, что грузы на двух торцах ротора могут быть не равны и расположены не диаметрально противоположно.
Полностью уравновешенным называют ротор с таким распределением масс, при котором результирующая всех центробежных сил и сумма моментов этих сил относительно центра тяжести ротора равна нулю. При этом условии одна из главных центральных осей инерции совпадает с осью вращения. Количественно величину неуравновешенности можно выразить через меру неуравновешенности, определяемую в плоскости исправления.
Плоскостями исправления называют плоскости, перпендикулярные оси вращения, в которых путем добавления или удаления масс осуществляют компенсацию неуравновешенности ротора.
Нормы допустимой остаточной неуравновешенности роторов и методы ее измерения регламентированы ГОСТ 2582—81. Для роторов установлено три класса точности уравновешивания: нулевой, первый и второй, различающиеся между собой величиной допустимой остаточной неуравновешенности. Наименьшую остаточную неуравновешенность допускает нулевой класс.
В технической документации на машины должен быть указан класс точности уравновешенности. Отсутствие указаний в чертеже ротора по точности уравновешивания означает, что принят второй класс.
Величины остаточной неуравновешенности в одном и том же классе точности для ротора различных габаритов различны. В связи с этим стандарт делит роторы электрических машин в зависимости от массы на три группы: с массой 0,01. 0,1 кг (микророторы); с массой 0,1. 3 кг (малые роторы); с малой 3. 1000 кг (средние роторы).
В соответствии с видами небалансов существуют различные способы балансировки: статические и динамические. Статическими способами балансировки можно устранить только статический небаланс, а динамическими — любой вид небаланса и с гораздо большей точностью.
При статической балансировке ротор балансируют на призмах (рис. 4.6). Отклонение плоскости призм от горизонтальной плоскости не должно превышать 0,1 мм на 1 м длины призмы. Шероховатость поверхности призм должна быть не хуже Ra = 0,50, а ширина — не более а = М/ 2d, где а — ширина призмы, мм; М — масса ротора (якоря), кг; d — диаметр шейки вала, расположенной на призме, мм.
Рис. 4.6.Параллельные призмы для статической балансировки деталей
Ротор (якорь) устанавливают на призмы и легким толчком выводят из равновесия, предоставляя ему возможность катиться по призмам. После нескольких качаний несбалансированный ротор (якорь) остановится. В верхней точке ротора устанавливают пробный груз и повторяют опыт. Так поступают несколько раз и подбирают груз. Ротор считается отбалансированным, если он останавливается без качаний в состоянии безразличного равновесия. Пробный груз взвешивают и на его место устанавливают штатный груз, равный по массе пробному.
Если балансируемые детали не имеют вала, то изготовляют технологический вал, на котором производят балансировку.
Динамическую балансировку производят на специальных универсальных станках (рис. 4.7). В процессе ее выполнения оба конца ротора уравновешивают поочередно в указанных на чертеже плоскостях исправления. Для нахождения меры небаланса и места расположения центра тяжести обоих концов балансируемый ротор устанавливают на подпружиненную раму или опоры станка и приводят его во вращение.
Несбалансированная масса ротора заставляет раму или опору станка колебаться. Эти колебания на балансировочных станках измеряют различными способами и по наибольшей величине отклонения определяют массу и точку крепления балансировочных грузов на легкой стороне или место высверливания необходимого количества металла с тяжелой стороны.
