Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
3.3.1.Эффект двойного изменения скорости вращения во время процесса балансировки шпинделя
При балансировке шпинделей при помощи АБУ с использованием легкоплавких веществ было установлено, что при постоянной мощности, подводимой к шпинделю, возникали два скачка изменения его скорости вращения.
Эксперименты проводились с балансировкой шпинделя с установленным на нем шлифовальным кругом. Рядом со шлифовальным кругом размещали АБУ с легкоплавким веществом в виде сплава Вуда. Сам шлифовальный круг имел некоторый эксцентриситет, которым задавался определенный дисбаланс. Шпиндель вращался двигателем постоянного тока через ременную передачу, при этом характер зависимости между моментом сопротивления и угловой скоростью электродвигателя представлен на рис. 3.9.
Рис. 3.9. Характер зависимости между моментом сопротивления и угловой скоростью электродвигателя
При вращении шпинделя с кругом и камерой, а также при наличии определенного дисбаланса частота вращения системы равнялась w1. Легкоплавкое вещество в балансировочной камере было распределено равномерно по стенкам камеры, не имело смещения центра масс относительно оси вращения и находилось в твердом состоянии. Однако в процессе балансировки шпинделя при постоянном крутящем моменте двигателя происходило двойное изменение его скорости вращения (см. рис. 3.10.) Это можно объяснить тем, что процесс балансировки по разработанной технологии включает в себя две стадии.
1. Расплавление легкоплавкого вещества.
К вращающейся балансировочной камере подводили теплоту, достаточную для расплавления легкоплавкого вещества. После этого находящееся в жидком состоянии легкоплавкое вещество под действием центробежных сил на закритической скорости вращения занимало положение, противоположное дисбалансу, что уменьшало общий дисбаланс системы. При этом резко уменьшались потери мощности, связанные с вибрацией (уменьшался суммарный дисбаланс, уменьшалась амплитуда колебаний и энергия, поглощаемая колебаниями шпинделя). Вследствие этого шпиндель стал «легче» проворачиваться, т.е. уменьшался его момент сопротивления, что сопровождалось скачкообразным повышением угловой скорости с w1до w2 (см. рис. 3.10.). После этого источник тепла отключали и шпиндель вращался уже с минимальным дисбалансом при постоянной угловой скорости w2.
Рис. 3.10. Изменение угловой скорости во время процесса балансировки
2. Кристаллизация легкоплавкого вещества.
Во время этой стадии происходило охлаждение балансировочной камеры и легкоплавкое вещество меняло свое агрегатное состояние с жидкого на твердое. Второй скачек угловой скорости с w2 до w3 объясняется тем, что при нахождении легкоплавкого вещества в жидком состоянии в нем возникают значительные силы внутреннего трения, в результате которых появляются дополнительные потери мощности. При застывании легкоплавкого вещества его внутреннее трение уменьшается, т.е. вязкостные силы исчезают, момент сопротивления шпинделя вращению также уменьшается и поэтому угловая скорость увеличивалась до w3.
Рис. 3.11. Балансировка шпинделя с шлифовальным кругом
Данная особенность была обнаружена при экспериментах с валом длиной 1000 мм, балансировочной камерой размерами R = 47,00 мм, l = 25,00 мм ,b = 1,91 мм (толщина стенки камеры) и шлифовальным кругом с дисбалансом 300 г мм. Момент инерции шпинделя с камерой и кругом относительно оси вращения был равен I = 0,0058 кг м2 при частоте вращения шпинделя 5200 мин –1. Первый скачек скорости после расплавления легкоплавкого вещества был равен 250 мин –1, а второй после охлаждения – 150 мин –1.
При других условия эксперимента величина скачков скорости изменялась. Так, если дисбаланс был малым, а масса легкоплавкого вещества в балансировочной камере велика по сравнению с описанным опытом, то первый скачек скорости с w1 до w2 наблюдался с уменьшением угловой скорости, а не с увеличением. Второй скачек скорости при любых начальных условиях опыта всегда происходил при увеличении угловой скорости шпинделя после отвердевания легкоплавкого вещества.