Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Возможности использования легкоплавких веществ для автоматической балансировки роторов

Козин В. М.,

2.3.2.Основные способы повышения эффективности жидкостного АБУ

Известно, что эффективность однокамерного жидкостного АБУ типа Леблана мала. К такому заключению можно прийти, рассматривая однокамерное АБУ Леблана с большим количеством балансировочной жидкости. Из рис.2.4. следует, что балансировочный эффект создает лишь слой жидкости 1.

Рис. 2.4. АБУ с избыточным количеством легкоплавкого вещества

Заштрихованный слой легкоплавкого вещества 2 не создает полезного дисбаланса, так как его центр тяжести находится на оси вращения. Отсюда следует, что оптимальную массу легкоплавкого вещества в балансировочной камере можно определить по следующей зависимости:

где: х^max – максимальное отклонение оси шпинделя от оси вращения в месте расположения балансировочной камеры.

Полезный дисбаланс, создаваемый одним слоем, можно определить по формуле:

Анализируя формулу (2.28), можно предложить несколько способов повышения эффективности жидкостного АБУ с использованием легкоплавкого вещества.

Первым, наиболее простым способом является повышение плотности легкоплавкого вещества r. При выборе легкоплавкого вещества необходимо так же учитывать, что во время вращения шпинделя легкоплавкое вещество должно находиться в твердом состоянии и только при возникновении недопустимого дисбаланса и последующем подводе тепла оно должно переходить в жидкое состояние. Также в качестве дополнительного условия желательно использовать вещество с наименьшей удельной теплотой кристаллизации и температурой плавления, превышающей температуру окружающей среды. В качестве такого вещества можно использовать четырехкомпонентный эфтектоидный сплав Вуда. Его плотность равна 8630 кг/м³а, температура плавления + 68°С [34, 114]. На его основе, варьируя процентным соотношением компонентов, можно получать сплавы с более высокой плотностью и температурой плавления в зависимости от требуемых условий.

Исследуемое в работе АБУ существенно выигрывает по сравнению с известными устройствами за счет повышения плотности легкоплавкого вещества (Леблан предлагал использовать обычную воду). В работе [36] произведена выборка жидкостей для АБУ с плотностью, не превышающей 2200 кг/м³ для раствора AgNO₃.

Вторым способом повышения эффективности может быть увеличение габаритов балансировочной камеры: длины и радиуса балансировочной камеры. Однако их не всегда возможно увеличивать до желаемых значений в связи с конструктивными ограничениями балансируемого шпинделя и сменной насадкой. Накладываемые на эти параметры ограничения не всегда позволят увеличить полезный дисбаланс при использовании рассматриваемого АБУ.

Одним из определяющих параметров дисбаланса является отклонение оси вращения шпинделя от его ГЦОИ. Этот параметр характеризует точность АБУ (минимальный остаточный дисбаланс после балансировки). Точность балансировки определяется соответствующими требованиями ГОСТа в зависимости от класса быстроходности шпинделей [129] и оказывает непосредственное влияние на точность их вращения.

Повышать эффективность жидкостного АБУ можно и за счет увеличения количества балансировочных камер, т.е. создания многокамерного АБУ [101, 102]. Из рис. 2.4. следует, что в балансировке участвует лишь тонкий (серпообразный) слой легкоплавкого вещества 1. Все легкоплавкое вещество толще этого слоя является лишним грузом, ухудшающим динамические свойства системы. При прочих равных переменных в формуле  полезный дисбаланс зависит от квадрата радиуса балансировочной камеры. Поэтому проектируя конструкцию многокамерного АБУ (рис. 2.5.) так, чтобы камеры находились соосно, одна в другой и отличались лишь радиусами, получим увеличение полезного дисбаланса и возрастание эффективности балансировки.

Работу многокамерного АБУ можно пояснить с помощью следующих предложенных затематических зависимостей. Пусть на невесомом валу вращается шпиндель с несбалансированным шлифовальным кругом определенной массы M и АБУ с использованием легкоплавкого вещества. В расчетах пренебрежем силами внутреннего и внешнего трения. АБУ состоит из n цилиндрических полостей, частично заполненных легкоплавким веществом. Частота вращение шпинделя принята постоянной. Согласно принципу Даламбера, уравнение равновесия сил, действующих на неуравновешенный круг и легкоплавкое вещество в расплавленном состоянии, будет иметь вид:

Рис. 2.5. Схема многокамерного АБУ

По аналогии с уравнением (2.22) цетробежную силу инерции легкоплавкого вещества в многокамерном АБУ можно определить из зависимости:

где: n – количество камер в составе многокамерного АБУ.

Положение центра масс системы ''шпиндель – АБУ'' относительно оси вращения определится из соотношения:

Сравнивая (2.31) с аналогичным выражением для однокамерного АБУ (2.24), можно отметить, что для многокамерного АБУ, при прочих равных условиях, точность вращения шпинделя всегда будет выше по сравнению с однокамерным.  Таким образом, увеличивая количество камер в АБУ и одновременно уменьшая расстояние между ними, можно повышать точность вращения шпинделя металлообрабатывающего станка.