Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
3.2.1.Условия и программа проведения опытов
Порядок проведения опытов:
1. Фиксировались параметры проведения опытов: номер балансировочной камеры и вала; место расположения камеры и дисбаланса на шпинделе; частота вращения системы; масса легкоплавкого вещества внутри камеры; параметры устанавливаемого дисбаланса; наличие и месторасположения шлифовального круга; наличие нагревающих и охлаждающих элементов. В качестве легкоплавкого вещества использовались парафин и сплав Вуда.
2. Производилась установка шпинделя и закрепление на нем диска, камеры и дисбаланса.
3. Осуществлялся выход системы на опытную скорость (выше критической) и начальные параметры вибрации до начала процесса балансировки. С целью предотвращения разрушения роторной системы с заданным дисбалансом разгон шпинделя и его переход через критическую скорость производился с максимально возможным ускорением (рис. 3.7.). Опытные скорости для каждого из опытов задавались в соответствии с задачами исследования (см. ниже).
4. Подвод теплоты, необходимой для расплавления легкоплавкого вещества, производился при вращении камеры на опытной частоте. В экспериментах использовался источник тепла в виде обычной паяльной лампы (ниже приведена информация о других устройствах подвода тепла к вращающейся камере).
Рис. 3.7. – Переход неуравновешенного шпинделя с балансировочной камерой через критическую скорость
5. Время нагревания камеры, необходимое для расплавления легкоплавкого вещества, определялось экспериментально по уровню вибрации системы, т.е. при уменьшении вибрации упругой опоры подшипника, замеренной с помощью вибродатчика, подвод тепла прекращался и считалось, что процесс балансировки закончен.
6. Охлаждение легкоплавкого вещества до твердого состояния производилось при помощи подачи холодной воды на стенки балансировочной камеры во время ее вращения, при этом частота вращения некоторое время поддерживалась постоянной для исключения смещения центра масс отвердевающего легкоплавкого вещества.
7. После балансировки осуществлялись замеры амплитуды колебаний упругой опоры на различных рабочих частотах вращения шпинделя.
8. Далее производился демонтаж камеры и замер геометрических параметров отвердевшего легкоплавкого вещества, а так же фиксировалось его расположение относительно стенок камеры и дисбаланса. Каждая камера, использовавшаяся в экспериментах, была разделена четырьмя контрольными сечениями, расположенными через 45°. На пересечении контрольных сечений и боковой стенки балансировочной камеры были нанесены восемь линий, на которых микрометром замерялась толщина слоя легкоплавкого вещества.
Все проведенные опыты делились на несколько серий по принципу совместности контрольного – варьируемого параметра, т.е. в каждой серии опытов один из параметров (частота вращения, место крепления элементов системы, масса легкоплавкого вещества), систематически изменялся, а остальные параметры оставались неизменными.
Первая и вторая серия опытов проведены для установления зависимости между быстроходностью шпинделя dn и балансировочными параметрами: отклонением оси шпинделя от оси вращения в месте крепления балансировочной камеры; углом запаздывания; полезным дисбалансом; остаточной вибрацией и др. Опыты проводились на разных частотах вращения. Остальные параметры (места крепления элементов, масса легкоплавкого вещества и др.) выбирались по рекомендациям работ [24, 108, 119, 124, 142] и затем не изменялись. Испытания также проводились при различных креплениях балансировочной камеры: межопорным и консольным.
Третья серия опытов позволила установить зависимость между балансировочными параметрами и местами крепления балансировочной камеры lбк. Во время опытов камера крепилась межопорно с последующим смещением от упругой опоры к жесткой. При этом частота вращения оставалась неизменной.
В четвертой серии опытов камера крепилась консольно со стороны упругой опоры, а в качестве изменяемого параметра было изменение места крепления упругой опоры lоп. Она сдвигалась от балансировочной камеры в сторону неподвижной опоры. Быстроходность шпинделя оставалась постоянной во всех опытах.
Пятая серия проделана при постоянных геометрических параметрах установки камеры, шпинделя, дисбаланса и постоянной скорости вращения. Камера крепилась консольно со стороны упругой опоры. В качестве изменяемого параметра выступала масса легкоплавкого вещества в балансировочной камере mлв. Данный эксперимент позволил определить количество легкоплавкого вещества, необходимого для устранения максимальной неуравновешенности конкретного шпинделя, и подтвердил нецелесообразность избыточности легкоплавкого вещества.
Отличие шестой серии опытов с межопорным креплением балансировочной камеры состояло в том, что при проведении экспериментов использовались балансировочная камера и вал, отличные от использованных в сериях 1-5 (табл. 3.1.). Подвижная упругая опора была заменена на подвижную жесткую опору путем изъятия из нее пружин (в этом случае жесткость подвижной опоры принималась равной бесконечности). Отличительной особенностью этой серии опытов являлось то, что прогиб шпинделя в месте крепления балансировочной камеры создавался не из-за деформации пружин под действием неуравновешенных сил, а за счет изгиба шпинделя. С целью получения дополнительных данных для теоретических расчетов емкость балансировочной камеры была уменьшена по сравнению с предыдущими сериями опытов.
Все параметры установки при проведении опытов приведены в табл. 3.1., а их результаты в приложениях 1-6.
Таблица 3.1.
Параметры установки при проведении опытов
| Параметры | Номер опыта | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||||
| Изменяемый параметр (подробные значения приведены ниже) | dn | dn | lбк | lоп | mлв | dn | ||||
| Количество опытов в серии | 8 | 9 | 14 | 5 | 6 | 7 | ||||
| Быстроходность шпинделя dn ?103, мм?мин-1 | См. ниже | См. ниже | 48 | 12 | 24 | См. ниже | ||||
| Быстроходность шпинделя в 1-й серии опытов dn ?103, мм?мин-1 | 24; 26,4; 30; 36; 42; 48; 54; 60 | |||||||||
| Быстроходность шпинделя во 2-й серии опытов dn ?103, мм?мин-1 | 18; 19,2; 21; 24; 30; 36; 42; 48; 60 | |||||||||
| Быстроходность шпинделя в 6-й серии опытов dn ?103, мм?мин-1 | 19,2; 20,4; 21,6; 24; 30; 36; 48 | |||||||||
| Длина рабочей полости балансировочной камерыl, м | 0,025 | 0,036 | ||||||||
| Внутренний радиус балансировочной камерыR, м | 0,047 | 0,028 | ||||||||
| Толщина боковой стенки балансировочной камерыb, мм | 1,91 | 2,0 | ||||||||
| Масса балансировочной камеры mбк, кг | 0,294 | 0,212 | ||||||||
| Продолжение табл.3.1. | ||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||||
| Расстояние от неподвижной опоры до результирующей центробежных сил балансировочной камерыlбк, м | 0,262 | 0,41 | См. ниже | 0,41 | 0,39 | - | ||||
| Изменение lбк в 3-й серии опытов, м | 0,3; 0,29; 0,28; 0,26; 0,24; 0,22; 0,2; 0,18; 0,16; 0,14; 0,12; 0,1; 0,08; 0,06 | |||||||||
| Момент инерции балансировочной камеры и шлифовального круга относительно оси вращения шпинделя I, кг м2 | 0,00046 | 0,0058 | 4,6? ?10-4 | - | ||||||
| Плотность легкоплавкого вещества (сплава Вуда) r, кг/м3 | 8630 | |||||||||
| Температура плавления сплава Вуда tпл, °С | 68 | |||||||||
| Масса легкоплавкого вещества в балансировочной камереmлв, кг | 0,03 | 0,015 | 0,048 | 0,02 | См. ниже | 0,02 | ||||
| Изменение mлв в 5-й серии опытов, кг | 0,018; 0,024; 0,030; 0,036; 0,042; 0,048 | |||||||||
| Дисбаланс системы D, г мм | 270 | 102 | 138 | 270 | 270 | 94 | ||||
| Расстояние от места крепления дисбаланса до неподвижной опоры lшк, м | 0,262 | 0,41 | lбк | 0,41 | 0,39 | - | ||||
| Коэффициент сопротивления колебаниям n, 1/с [115] | 25 – 30 | |||||||||
| Длина вала l, м | 0,455 | 0,75 | ||||||||
| Продолжение табл.3.1 | ||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||||
| Расстояние от точки действия центробежных сил вала до неподвижной опоры lрот, м | 0,277 (согласно [82]) | - | ||||||||
| Диаметр вала d, м | 0,012 | |||||||||
| Масса шпинделя mрот, кг | 0,38 | 0,47 | ||||||||
| Расстояние от подвижной опоры до неподвижной опоры lоп, м | 0,386 | 0,35 | 0,34 | См. ниже | 0,3 | - | ||||
| Изменение lоп в 4-й серии опытов | 0,28; 0,25; 0,22; 0,19; 0,16 | |||||||||
| Жесткость пружин подвижной упругой опоры или шпинделя с, Н/м | 16070 | 23160 | ||||||||
| Масса упругой опорыmоп, кг | 0,184 | - | ||||||||
| Расстояние от неподвижной опоры до результирующей центробежных сил шкиваlш, м | 0,02 | |||||||||
| Масса шкива mш, кг | 0,057 | |||||||||
| Растояние от точки крепления шлифовального круга до неподвижной опоры lшк, м | Не использовался | 0,35 | Не исп. | - | ||||||
| Масса шлифовального круга mшк, кг | 1,04 | 1,04 | ||||||||