Балансировка ротора своими руками

Подписка на рассылку

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.

Если вы задумали отбалансировать что-то вращающееся, будь то колесо, винт самолета или летающая тарелка. Или Вам интересна история, как проходят рабочие будни программиста. Увлекательная история по созданию балансировочного стенда…

Предисловие.
Выражаю благодарность моему руководителю Дмитриеву Ивану Алексеевичу, инженеру конструктору Арапову Андрею, инженерам электронщикам Тураеву Александру и Гидалю Григорьевичу. Этот стенд результат работы сплаченной команды.

Начну с пред истории: Работаю я программистом в организации

Совершенно не секретно, но к делу не относится, скажу лишь, что занимаемся БПЛА

где периодически появляется множество разных интересных задач, и появилась у нас необходимость провести балансировку высокой точности винта самолета. Оборудование для такой балансировки как оказалось можно купить, но стоить это будет очень дорого, решили сделать сами.

Немного расскажу зачем это понадобилось. Наш самолет, с этим винтом, ужасно колбасило на холостых оборотах(800 об/мин). Обычно балансируют такие штуки, статически и динамически. Статическая балансировка заключается в уравновешивании относительно центра вращения, без вращения, а динамическая это уравновешивание во время вращения.

Что касается статической балансировки, то тут все понятно винт просто уравновешивается относительно центра вращения, а вот что делать с динамической балансировкой, когда при вращении винт начинает создавать вибрацию.

Для такой задачи был построен

, состоящий из рамы прикрепленной на пружинках к массивному основанию.
На массивном основании установлен электродвигатель, и через шкив он вращает ось, на которую установлен балансируемый винт. Еще на раме установлены акселерометры, а на ось с винтом датчик холла. Электродвигатель подключен к частотнику, который управляет частотой его вращения.
В качестве измерителя отклонения был использован акселерометр на две оси, через усилитель подключенный на АЦП отладочной платы SiLabs C8051F120-TB. Чтобы отловить момент прохождения вращающегося тела через 0 градусов, был поставлен датчик холла, сигнал с которого подавался еще на одну ножку отладочной платы.

Итак мы получили нехитрый агрегат,

который может измерить ускорение рамы с телом вращения, и подать сигнал о прохождении через 0 градусов вала, вращающего балансируемый винт.

/внешний вид нехитрого девайса/

Мне дали эту конструкцию, и поставили задачу программным путем узнать, какое необходимо количество ~~изоленты~~ , ~~кусочков пластилина~~ ~~или аракала~~ очень точно взвешенных грузов, прилепить на краешек лопасти винта, для того, чтобы он стал отбалансированным. И сделать приложение с удобным и понятным интерфейсом, чтобы за 5 минут можно было разобраться как ею пользоваться.

Сначала я подумал, что управлюсь за один день, и задача очень простая. Но при снятии сигнала осциллографом, обнаружилось, что вибрация всей установки, помехи от электросети, и прочий шум, превращают снятый сигнал с АЦП в равномерный непонятный шум. Хотя если приглядеться, то проглядывается явный периодический максимум и минимум. На отладку программной части и железа ушло около недели, или даже чуть больше, зато потом точность девайса стала радовать глаз.

/Показания осцилографа/

На отладочную плату я написал программку, которая снимает показания, и посылает их на COM порт.

Конфигурируем контроллер, определяем основные переменные, выделяем массивы и константы. Готовим отладочную плату к программированию.

Тут мы крутимся постоянно в бесконечном цикле, и отправляем полученные измерения АЦП

Создаем событие для прерывания с ножки, на которую подключен датчик холла

Тут мы мониторим прерывания с датчика Холла.

Чтобы точно знать сколько прошло времени, мы запускаем таймер, и считаем в нем время

Тут мы записываем в буфер измерения АЦП

Для того, чтобы как-то отделить нужные отклонения, на настольном приложении я решил применить преобразование Фурье, которое я до этого использовал для обработки картинок, немного поколдовав с бубном, получилось выделить нужные частоты.
Для разработки интерфейса я использовал C++ Builder 6.0

Для выделения из полученного сигнала нужной частоты, очень полезным оказалось прямое и обратное преобразование Фурье. Данные льются непрерывным потоком, и чтобы успевать их обрабатывать, я применил оптимизированную версию, так называемую FFT . это не панацея, и для обработки видео потока лучше распаралеливать и использовать GPU, но для данной задачи, вполне применимо.

Чтобы прием и расшифровка буфера происходила автоматически, я сделал возможность делать это по таймеру, не совсем удачная идея, сейчас бы я сделал по другому, я бы собирал данные по приходу в отдельном потоке, и передавал на вывод, чтобы не мешать интерфейсу ввода и другим приложениям. Однако и такой вариант оказался жизнеспособным, и со своей задачей справился вполне успешно.

В итоге получилась довольно удобная программка, которая показывает, в какую сторону существует дисбаланс, и приноровившись приклеивая кусочки аракала по 0,15г удалось достаточно точно отбалансировать винт.

/Сама программка в работе/

Если посмотреть на пики по частотам, то можно заметить, что ярко выражены две амплитуды, как выяснилось одна отвечает за вибрацию винта, а вторая создается электромотором, так как он подключен через ремень и крутиться быстрее. Таким образом балансируя винт мы минимизируем первый пик, прикрепляя грузик соразмерный с отклонением круга, на противоположенную сторону.

Делаю балансировочный станок для балансировки автотурбин. Изделие пока готово на 60%

Смотрите также

Комментарии 73

а что это за оптический датчик?

Лазерный отметчик ! Не каких других оптических датчиков я не имел, для этого станка некогда

А маркировка у его есть?

Конечно есть как иувсех устройств !

тайна ?
сам проект по станку тайна?
доделали его уже?

ещё не доделал ! очень тяжко со временем .

Купил ремень esband проблемы начали отступать !😅😅😅😅

Может кто подскажет где заказать качественный ремешок 😇😇😏🤔

Начали вылазить касяки 😓🤔после установки накладок появилась статика ! И приводной ремень изготовленый на заказ при прохождении вала турбины ( d:8mm) даёт стук есть подозрения на неправильное склеивания стыка ремня . Стык сделали поперёк а на всех точных оборудованиях приводные ремни стыки делаются под углом😓😓😓😰

Молодца! Интересно где основная работа ? 🙂

История пока это умалчивает 😉

Подшипники от винтчестеров.

Если будет нужно и от винчестера поставлю👍👍👍🏻😇😂

Это самое простое и точное из доступного.

На каких оборотах будет производится балансировка?
И подшипники не большие, вал у турбины легковых авто максимум 10мм

А напряжение на ось турбины от привода учитывается? Ведь рабочие обороты вала 110-120К а балансиравка производится на оборотах в 100 раз меньше.
А вариант в центрах не рассматривали и пневмопривод?

Я думаю над этим вопросом ! Но пока надо взять финиш по этой работе )))

Всё подгоняться программно в редакторе

С помощью этого я попробую завести все датчики ну есть и другие способы !

На диамеховском станке стоит энкодер на валу привода, для правильного пересчета фактической скорости ротора и поправки на проскальзывание ремня стоит лазерный фотоотметчик(наклеивается специальная метка на ротор). Энкодер вроде типа ЛИР, точно марки не помню. Как ты собираешся все это завести в комп имея только "программу" без полной технической документации? И насколько я знаю большая часть спецов ушла из димеха при создании балтеха.

Не на валу они ставят энкодер ! А с диамеговской документацией я очень тесно работаю ))))) и Невижу препятствий для слива программы из мозгов ихнего оборудования !)))))

А эти датчики вы досихпор используете . Нет никакого прогресса ! Вот и уходят от туда хорошие люди !

Вы посмотрите город где я живу и поймете что я не "использую эти датчики". И почему вы пишите диамеговской? Фирма то называется Диамех. Картавите?

А эти датчики вы досихпор используете . Нет никакого прогресса ! Вот и уходят от туда хорошие люди !

И чем кстати вам эти датчики не нравятся? На нашем станке вроде датчики в другом корпусе.

Вм3000 этот станок я изучил вдоль и поперёк )) и ещё ВМ300 и логику работы их контролёров и датчиков мне по зубам . Хоть и ведёт себя фирма диамех как монополист в этой области, вскрыть её программу не представляет особыва труда былабы цель .

"Вскрыть программу" это использование чужой интеллектуальной собственности, и это не хорошо, я бы это не афишировал. То что Диамех монополист обусловлено качеством разработки их продукции, хотя на данный момент можно было бы сделать что нибудь поновее.

Они в этом году сделали обновления программного обеспечения для ВМ3000 и ВМ300 за другое оборудование не знаю! А, что касается использования их продукта я прекрасно понимаю, чем может это грозить я же не совсем конченый идеот 😉😉😇😂

У них один признанный ими конкурент это Шенк ! Кстате не чем не уступающий им ! Конструктивно намного проще чем у диамех. А они наделали сложных конструкции и давай деньги рвать с предприятий

А эти датчики вы досихпор используете . Нет никакого прогресса ! Вот и уходят от туда хорошие люди !

Я то вообще считал что там проксиметры должны стоять.

Спасибо за поправку в лексике ))😳

Прибор ПБ-02М с графическим дисплеем? vikatm.com/pb-02.htm

А эти датчики вы досихпор используете . Нет никакого прогресса ! Вот и уходят от туда хорошие люди !

Лазерный отметчик применяется для получения оборотной отметки, от которой отсчитывается фазовый угол.
То есть измеряется амплитуда вибрации и фаза. Для измерения фазы нужна метка от которой производится отсчет. Энкодер служит для удобства отчета угла поворота вала при добавлениивысверливании корректирующей массы. Для балансировки он в принципе не требуется, это чисто для удобства. Если энкодер стоит не на валу, то в программе требуется ввести передаточное отношение между валом и энкодером, чтобы угол поворота вала отображался правильно.