WYWAŻANIE MASZYN WIRNIKOWYCH W ŁOŻYSKACH WŁASNYCH

Transkrypt

1 LABORATORIUM DRGANIA I WIBROAKUSTYKA MASZYN Wydział Budowy Maszyn i Zaządzania Zakład Wiboakustyki i Bio-Dynamiki Systemów Ćwiczenie n 4 WYWAŻANIE MASZYN WIRNIKOWYCH W ŁOŻYSKACH WŁASNYCH Cel ćwiczenia: Poznanie zasad wyważania winików w łożyskach własnych. Minimalizacja niewyważenia dynamicznego obciążenia łożysk modelu maszyny winikowej szlifieka ze zmienionymi taczami w jednej płaszczyźnie koekcji. Wyposażenie stanowiska: 1. Maszyna winikowa (szlifieka ze zmienionymi taczami) z możliwością zmiany niewyważenia winika. 2. Piezoelektyczne pzetwoniki pzyspieszeń dgań. 3. Sonda tachometyczna umożliwiająca pomia fazy 4. Układ wzmacniająco-filtujący z możliwością zmiany wzmocnienia na wejściu i wyjściu sygnału. 5. Dwunastobitowy pzetwonik analogowo-cyfowy dokonujący konwesji sygnału analogowego na jego postać cyfową oaz kompute PC. Liteatua: 1. C. Cempel: Dgania mechaniczne. Wpowadzenie, skypt PP N R. Łączkowski: Wyważanie elementów wiujących, WNT, Waszawa 1979, st J. Vaughan: Static and Dynamic Balancing (Second Edttion), Aplication Notes No , Buel & Kjae. 4. Use's Guide 10 Field Balancing, Buel & Kjae BR Zagadnienia kontolne: l. Rodzaje niewyważenia winików. 2. Klasyfikacja winików: co to jest winik sztywny i podatny, w jakim pzypadku można stosować wyważanie w jednej płaszczyźnie. 3. Waunki wyważania w łożyskach własnych: 4. Podstawy teoetyczne wyważania. 5. Poceduy wyważania. 1

2 1. WYWAŻANIE JEDNOPŁASZCZYZNOWE MASZYN WIRNIKOWYCH W ŁOŻYSKACH WŁASNYCH - metodą amplitudowo-fazową Metody wyważania maszyn winikowych za pomocą ównoczesnego pomiau amplitudy i fazy dgań znalazły szeokie zastosowanie w związku z ozpowszechnieniem elektonicznej apaatuy do wyważania. Wyważanie w jednej płaszczyźnie koekcji, tą metodą, można wykonać tylko za pomocą dwukotnego uuchomienia winika: piewszy az bez masy póbnej, dugi az z masą póbną. Pzy każdym uuchomieniu winika miezy się w okeślonym kieunku amplitudę i względne zmiany kąta fazowego dgań łożyska znajdującego się najbliżej płaszczyzny koekcji. Metoda iteacyjna wyważania w łożyskach własnych zastosujemy może być stosowana tylko dla tych winików, któych płaszczyzny koekcji są położone blisko łożysk, ponieważ wtedy wzajemny wpływ płaszczyzn koekcji jest nieduży. Wyważanie metodą iteacyjną ozpoczyna się zawsze od wyważenia winika w tej płaszczyźnie koekcji I, któa znajduje się w pobliżu łożyska A o największej amplitudzie dgań. Po zamocowaniu w płaszczyźnie I masy koekcyjnej dgania łożyska A znacznie się zmniejszą. Następnie wyważa się winik w płaszczyźnie II mieząc dgania łożyska B. Po zamocowaniu masy koekcyjnej w płaszczyźnie II następuje znaczne zmniejszenie amplitudy dgań łożyska B, natomiast zwiększają się dgania łożyska A, ale do watości mniejszej od tej jaką miało ono pzed wyważaniem (wpływ mas koekcyjnych zamocowanych w płaszczyźnie II). Dlatego wykonuje się ponowne wyważanie w płaszczyźnie I, co z kolei powoduje zwiększenie amplitudy dgań łożyska B. Aby temu pzeciwdziałać wykonuje się dugi az wyważanie w płaszczyźnie II. Kolejne wyważania w obu płaszczyznach koekcji powtaza się na pzemian tak długo, aż osiągnie dopuszczalną watość niewyważenia. Pocedua postępowania Poniżej opisano poceduę okeślenia watości masy koekcyjnej i jej położenia oaz sposób wypełnienia akusza pomiaowego. 1. Winik bez masy póbnej ozpędza się do pędkości wyważania, któej watość w czasie wykonywania pomiaów musi być stała. Kozystając z pomocy pogamu komputeowego Monito wyważania" należy odczytać amplitudę dgań łożyska A 0 i watość kąta α 0 Wyniki zapisuje się w fomulazu pomiaowym. 2. Watość masy póbnej m p, w g, oblicza się za pomocą wzou: mw A0 m p = (1) gdzie: m w masa winika w kg, pomień zamocowania masy póbnej w mm, A 0 amplituda dgań łożyska w μm. Masę póbną mocuje się w płaszczyźnie koekcji pod kątem 0 i uuchamia się winik po az dugi do takiej samej pędkości obotowej jak za piewszym uuchomieniem. Pzy ustalonej pędkości wyważania odczytujemy amplitudę łożyska A 1 i kąt α 1. Jeżeli 0.2 A0 A 0 - A 1 2 A 0, to masę póbną m p pzyjęto pawidłowo; w pzeciwnym pzypadku masę póbną tzeba zmienić. 2

3 3. Wektoy A 0 i A 1 ysuje się (kozystając z akusza pomiaowego) w odpowiedniej skali od początku układu biegunowego. Ich geometyczną óżnicą jest wekto R = A 0 - A 1, któy ównolegle pzesunięto do śodka układu. Odczytane na ysunku watości R i ϕ zapisuje się w fomulazu pomiaowym. 4. Watość masy koekcyjnej m k, oblicza się za pomocą wzou: A0 mk = m p (2) R a kąt β, pod jakim tę masę należy umieścić, wg wzou β = αp + α0 ϕ (3) Ponieważ masę póbną mocuje się pod kątem pod 0, więc β = ϕ 5. Jeżeli po zamocowaniu masy koekcyjnej m k amplituda dgań łożyska nie zmniejszy się co najmniej dziesięciokotnie, to tzeba wykonać dodatkowe wyważanie. W tym celu po az tzeci uuchamia się winik z zamocowaną masą koekcyjną m k i pzy ustalonej pędkości wyważania odczytuje się amplitudę łożyska A 1d i kąt α 1d. W tym pzypadku masa koekcyjna m k spełnia olę masy póbnej, dla któej ównież są słuszne zależności (1) i (2). Watość popawionej masy koekcyjnej można obliczyć za pomocą wzou: A0 mkd = mk (4) Rd a kąt jej zamocowania w płaszczyźnie koekcji wyznacza się z zależności: β d = β + α0 ϕ (5) Wyważanie kończy się umieszczeniem w płaszczyźnie koekcji masy koekcyjnej m kd pod kątem β d, pzy czym masę m k. tzeba usunąć z winika. 2. WYWAŻANIE DWUPŁASZCZYZNOWE MASZYN WIRNIKOWYCH W ŁOŻYSKACH WŁASNYCH - metodą amplitudowo-fazową Pzy wyważaniu dwupłaszczyznowym do zealizowania jednego cyklu wyważania za pomocą metody amplitudowo-fazowej potzebne są tylko tzy uuchomienia winika. Po każdym uuchomieniu pzy jednakowej pędkości wyważania kozystając z pomocy pogamu komputeowego Monito wyważania" odczytujemy amplitudy dgań obu łożysk i jednocześnie odczytuje się ich kąty fazowe. Dla ułatwienia obliczeń należy posługiwać się tablicą obliczeniową, dołączoną do opisu ćwiczenia, i układem współzędnych biegunowych. Wtedy pocedua wyważania pzebiega następująco: l. Winik bez masy póbnej ozpędza się do pędkości wyważania, pzy któej odczytuje się amplitudy i kąty wektoów dgań łożysk A i B, a wyniki wpisuje do tabeli w ubyce uuchomienie l. 2. Uuchamia się winik z masą póbną m p zamocowaną w płaszczyźnie I pod kątem 0. Pzy pędkości wyważania odczytuje się amplitudy i kąty wektoów dgań łożysk A i B, a wyniki wpisuje do tabeli w ubyce uuchomienie Uuchamia się winik z masą póbną m p zamocowaną w płaszczyźnie n pod kątem 0 na takim samym pomieniu jak w punkcie 2 poceduy. Jeżeli pomienie mocowania mas póbnych w obu płaszczyznach koekcji nie są jednakowe, to masę póbną w płaszczyźnie II wyznacza się z waunku: m p = m (6) α 0 3

4 Pzy pędkości wyważania miezy się amplitudy i kąty wektoów dgań łożysk A i B, a wyniki wpisuje do tabeli w ubyce uuchomienie Oblicza się moduły i kąty wektoów A, B, C. D, E i F w sposób podany w tabeli. Wszystkie moduły dzieli się pzez największy moduł i mnoży pzez 10, a wyniki obliczeń wpisuje w ubyce moduł zedukowany. Jeżeli obliczony kąt pzekacza 360, to w ubyce Kąt 360 wpisuje się watość pomniejszoną o Kozystając z modułów i kątów obliczonych w tabeli, ysuje się wektoy A. B, C, D, E i F w układzie biegunowym i następnie wyznacza się wektoy K, L i M. Moduły i kąty wektoów K i L zapisuje się w tabeli. 6. Łącząc końce wektoów K, L i M twozy się tójkąt, a potem wyznacza się wykeślnie jego śodek ciężkości, któy jest końcem wektoa S. Moduł i kąt tego wektoa zapisuje się w tabeli. 7. Za pomocą wektoów podanych w tabeli oblicza się watości mas koekcyjnych m Ik, m IIk oaz ich kąty położenia β I, β II. 8. Po umocowaniu mas koekcyjnych w obu płaszczyznach koekcji uuchamia się winik i pzy pędkości wyważania spawdza się watości amplitud dgań obu łożysk. Jeżeli watości te są co najmniej dziesięciokotnie mniejsze od watości zaejestowanych pzed wyważaniem, to wynik wyważania uznaje się za zadowalający. W pzeciwnym pzypadku tzeba wykonać wyważanie dodatkowe. W tym celu, nic zmieniając położenia koekcyjnych m Ik i m IIk powtaza się cały cykl wyważania. W ten sposób wyznacza się watości i położenia dodatkowych mas koekcyjnych, po zamocowaniu któych uzyskuje się pzeważnie zadowalający stan dynamiczny winika. Tabela obliczeniowa do wyważania dwupłaszczyznowego Wektoy dgań Łożysko A Łożysko B Uuchomienie l A A Φ A A B Φ B Uuchomienie 2 A A Φ A A B Φ B Uuchomienie 3 A A Φ A A B Φ ' B Wekto Moduł Moduł zedukowany A A A A B = Φ A + φ B = B A B A A = φ B + Φ A = C A A A B = Φ A + Φ B = D A A A B = Φ A + Φ B = E A A A B = Φ A + φ B = F A A A B B = 180 Wektoy odczytane z wykesu biegunowego 0 + φ B + Φ A = Wekto Moduł Kąt K K = α L L = λ S S = σ Kąt Kąt < 360 4

5 Masa póbna: m p = [g] ϕ p = 0 m IK = m p K/3S = β I = ϕ p + α - σ = m IIK = m p L/3S = β II = ϕ p + λ - σ = Kontolne uuchomienie z masami koekcyjnymi Łożysko 1 Łożysko 2 3. OPIS STANOW[SKA Na ysunku l pzedstawiono schemat stanowiska pomiaowego do pzepowadzenia wyważania w jednej lub dwóch płaszczyznach z pomiaem fazy. W skład stanowiska wchodzi: silnik elektyczny z osadzonymi na wale taczami, na któych można modelować niewyważenie, układ pomiaowy: pzetwoniki pzyspieszeń dgań, układ wzmacniająco-filtujący sonda tachometyczna umożliwiająca pomia fazy pzetwonik analogowo-cyfowy, kompute PC oaz opogamowanie MONITOR WYWAŻANIA umożliwiające odczytanie amplitudy dgań i kąta fazowego w celu wyważenia taczy (lub tacz) wg poceduy pzedstawionej powyżej. śubki waz z nakętkami jako masa póbna i koekcyjna. 4. SPOSÓB PRZEPROWADZENIA ĆWICZENIA. 1. Kozystając z pogamu komputeowego MONITOR WYWAŻANIA dokonać odczytu amplitudy i kąta fazowego dla jednego lub dwóch sygnałów (w zależności od ilości płaszczyzn wyważania). 2. Postępując zgodnie z omówioną wcześniej poceduą wyważania wyznaczyć watość masy póbnej i koekcyjnej. 5. Opis pogamu komputeowego MONITOR WYWAŻANIA. Pogam ten uuchamia się komendą mon_wyw.exe. Po wczytaniu plików konfiguacyjnych, co zostanie potwiedzone na ekanie odpowiednim komunikatem, pojawi się panel oboczy pogamu. Dla uzyskaniu dokładniejszych wyników pomiaów zaleca się skozystanie z funkcji uśedniania uuchamianej klawiszem u". Można zmienić liczbę uśednień (domyślnie ustawioną na l) w zakesie od l do 999. Optymalne watości pochodzą z zakesu (10 30), pzy czym im mniejsze niewyważenie tym większe najeżałoby zastosować uśednianie. Zmieniając wzmocnienie na wejściu lub wyjściu układu filtującego należy pamiętać o zmianie ustawień w pogamie. Dokonuje się tego klawiszami F1 + F6, a ezultat tych zmian możemy obsewować w lewym dolnym ogu ekanu. Błędne ustawienie paametów wzmocnień spowoduje błędy w obliczeniach wykonywanych pzez pogam. Akwizycji sygnałów (obu jednocześnie) dokonujemy klawiszem s". W oknach sygnałowych pojawią się pzebiegi czasowe sygnałów, a obok w oknach kołowych pojawią się wektoy niewyważeń okeślone na podstawie amplitudy i kąta fazowego. Watość amplitudy pzyspieszeń dgań i watość kąta fazowego jest wyświetlana w tabelce z pawej dolnej stony ekanu. Wciskając klawisz d" będziemy mogli zapoznać się z pozostałymi 5

6 paametami sygnałów. W każdej chwili możemy pzypomnieć sobie któym klawiszom pzypisane są funkcje specjalne, wystaczy wcisnąć tylko klawisz p" aby ukazało się okno skóconej pomocy. Pogam MONITOR WYWAŻANIA umożliwia ównież obejzenie animacji niewyważenia. Ta opcja pogamu ukyta jest pod klawiszem a". Klawisz z" pozwala zapisać pzebieg czasowy sygnałów jak ównież sygnał z sondy tachometycznej. Sygnały te są zapisane odpowiednio w plikach sygnal1.syg, sygnal2.syg i sonda.syg. Po zakończeniu pacy, gdy chcemy opuścić pogam wystaczy wcisnąć klawisz q" i kompute wóci do systemu opeacyjnego DOS. W skład całego systemu wchodzą następujące pliki: mon_wyw.exe (moduł główny) nastawy.cfg (plik zawieający czułości napięć dla czujnika KD 11 na kanale l) nastawy2.cfg (plik zawieający czułości napięć dla czujnika KD 11 na kanale 2) paamet.cfg (plik zapamiętujący ustawienia wzmocnień pzy wyjściu z pogamu) egavga.bgi (plik obsługujący tyb gaficzny pogamu) *.ch (pliki odpowiadające za czcionki stosowane w pogamie). Bez w/w plików pogam nie będzie działał popawnie. piezoelektyczny pzetwonik dgań a(t) Ł1 Ł2 wyważana maszyna m w sonda obotów składowa a(t; f ob ) wzmacniacz z filtem śodkowopzepustowym f 0 = f ob pzetwonik A / C kompute (monito wyważania) Rys. 1. Schemat stanowiska do jednopłaszczyznowego wyważania w łożyskach własnych. 7. Pzebieg ćwiczenia. 1. Kozystając z pogamu komputeowego MONITOR WYWAŻANIA dokonać odczytu amplitudy i kąta fazowego dla jednego lub dwóch sygnałów (w zależności od ilości płaszczyzn wyważania). 2. Postępując zgodnie z poceduą wyważania (patz pkt. 5) wyznaczyć watość masy póbnej i koekcyjnej. 8. Opis pogamu komputeowego MONITOR WYWAŻANIA. Pogam ten uuchamia się komendą mon_wyw.exe. Po wczytaniu plików konfiguacyjnych, co zostanie potwiedzone na ekanie odpowiednim komunikatem, pojawi się panel oboczy pogamu (ys. 2). Dla uzyskaniu dokładniejszych wyników pomiaów zaleca się skozystanie z funkcji uśedniania uuchamianej klawiszem 6

7 u" (ys.3). Można zmienić liczbę uśednień (domyślnie ustawioną na l) w zakesie od l do 999. Optymalne watości pochodzą z zakesu , pzy czym im mniejsze niewyważenie tym większe uśednianie najeżałoby zastosować. Zmieniając wzmocnienie na wejściu lub wyjściu układu filtującego należy pamiętać o zmianie ustawień w pogamie. Dokonuje się tego klawiszami F1 + F6, a ezultat tych zmian możemy obsewować w lewym dolnym ogu ekanu (ys. 2). Błędne ustawienie paametów wzmocnień spowoduje błędy w obliczeniach wykonywanych pzez pogam. Akwizycji sygnałów (obu jednocześnie) dokonujemy klawiszem s". W oknach sygnałowych (ys. 2) pojawią się pzebiegi czasowe sygnałów, a obok w oknach kołowych pojawią się wektoy niewyważeń okeślone na podstawie amplitudy i kąta fazowego. Watość amplitudy pzyspieszeń dgań i watość kąta fazowego jest wyświetlana w tabelce z pawej dolnej stony ekanu (ys. 2). Wciskając klawisz d" będziemy mogli zapoznać się z pozostałymi paametami sygnałów (ys. 4). W każdej chwili możemy pzypomnieć sobie któym klawiszom pzypisane są funkcje specjalne, wystaczy wcisnąć tylko klawisz p" aby ukazało się okno skóconej pomocy. Pogam MONITOR WYWAŻANIA umożliwia ównież obejzenie animacji niewyważenia. Ta opcja pogamu ukyta jest pod klawiszem a". Klawisz z" pozwala nam zapisać pzebieg czasowy sygnałów jak ównież sygnał z sondy tachometycznej. Sygnały te są zapisane odpowiednio w plikach sygnal1.syg, sygnal2.syg i sonda.syg. Gdy zakończymy pacę i chcemy opuścić pogam wystaczy wcisnąć klawisz q" i kompute wóci do systemu opeacyjnego DOS, W skład całego systemu wchodzą następujące pliki: mon_wyw.exe (moduł główny) nastawy.cfg (plik zawieający czułości napięć dla czujnika KD 11 na kanale l) nastawy2.cfg (plik zawieający czułości napięć dla czujnika KD 11 na kanale 2) paamet.cfg (plik zapamiętujący ustawienia wzmocnień pzy wyjściu z pogamu) egavga.bgi (plik obsługujący tyb gaficzny pogamu) *.ch (pliki odpowiadające za czcionki stosowane w pogamie). Bez w/w plików pogam nie będzie działał popawnie. Uwaga -zmiana oznaczeń Φ 0 na α 0 φ 1 na α 1 β = φ p + φ 0 - ρ na β = α p + α 0 - ϕ Φ 0 = O na α 0 = O β = Φ 0 - ρ na β = α 0 - ϕ Φ 1d na α 1d β d na β =β +α 0 - ϕ d 7