Динамическая балансировка своими руками: Балансировочный стенд своими руками на отладочной плате SiLabs C8051F120-TB / Хабр

Содержание

Балансировка колес своими руками

Гармония и баланс нужны нашему автомобилю не только в смысле переносном, но и прямом. Без балансировки ни одна вращающаяся деталь не стане работать корректно, а в худшем случае, просто разнесет в щепки весь узел или агрегат, когда частота колебаний войдет резонанс с колебаниями других деталей. Поэтому конструкторы всячески стараются сбалансировать все вращающиеся детали. Это касается карданных валов, коленчатых валов, маховиков, полуосей и, конечно, колес.

Содержание:

Что такое балансировка колес
Зачем и как часто делать балансировку
Виды дисбаланса
Технология балансировки колес своими руками

Что такое балансировка колес

Если все остальные валы и вращающиеся детали работают в закрытом объеме и им абсолютно все равно, что происходит за пределами картера, блока или корпуса, то колесам приходится туго. Даже если шина в сборе с диском сбалансированы идеально, то в ходе эксплуатации с ними может произойти все что угодно, начиная от деформации и заканчивая налипанием грязи.

Все это влияет на балансировку колеса. А что это вообще такое, балансировка?

Балансировка автомобильного колеса — это устранение разницы в радиальных массах. То есть, если колесо с одной стороны легче, а с другой тяжелее, то при вращении оно будет вибрировать. Чем выше скорость вращения, тем больше вибрация.

Зачем и как часто делать балансировку

Не нужно говорить, что постоянная вибрация на руле даже при самых минимальных скоростях просто неприемлема. Дисбаланс колес приводит к:

ухудшению сцепления колеса с дорогой;
быстрому износу резины, ходовой части и подвески автомобиля;
резкому ухудшению управляемости;
ухудшению работы тормозной системы.

Балансируют колеса при необходимости, при появлении вибраций, а также после замены покрышек, после их ремонта и вулканизации камер, после рихтовки или выкатки стальных дисков.

Кроме безопасности, уменьшения ресурса и высокого расхода топлива дисбаланс колес не приносит в салон автомобиля особенного комфорта. Поэтому балансировка колес своими руками должна стать привычной процедурой для каждого автомобилиста. Хотя бы для того, чтобы понять как и чем это делается.

Виды дисбаланса

А чтобы разобраться в способах балансировки, нужно знать врага в лицо, то есть дисбаланс. Учитывая нехитрые законы физики, можно догадаться, что дисбаланс может быть двух видов — динамическим и статическим.

Статический дисбаланс возникает тогда, когда центр тяжести колеса смещается за пределы оси вращения. Самый простой вид дисбаланса и балансировка колес своими руками чаще всего направлена на устранение именно статического дисбаланса. Колесо вибрирует вверх/вниз.
Динамический дисбаланс — это тот случай, когда поймать его можно только при вращении колеса, причем на довольно высоких оборотах, приближенных к условиям эксплуатации. Этот вид дисбаланса характеризуется смещением центра тяжести колеса не только за предел оси вращения, но и неравномерным смещением нескольких центров тяжести друг относительно друга в перпендикулярной плоскости. Колесо виляет и вибрирует. Схема объяснит это проще.

Выходит, что не зря на каждом шиномонтаже установлены стенды для балансировки колес, поскольку любая вулканизация — это хоть и минимальное, но смещение центра тяжести всего колеса, который необходимо в обязательном порядке балансировать. Цена балансировки колес на станке — копейки, но если ее не сделать, последствия могут быть самыми удручающими.

Технология балансировки колес своими руками

Самый простой и доступный способ статической балансировки доступен каждому, кто способен вывесить автомобиль на домкрат. Более того, проверять балансировку колес рекомендуется после каждой замены колеса, независимо от того, балансировалось оно раньше, или нет. А сделать это проще простого.

Автомобиль вывешивается на домкрате, после чего одно из колес должно свободно вращаться на ступице.
Колесо слегка прокручивается, если мешают тормозные колодки, нужно с ними договориться, чтобы они не мешали колесу вращаться совершенно свободно. То же самое касается и подшипника ступицы. Иногда возникает необходимость его отпустить, а после балансировки не забыть снова подтянуть.
Колесо свободно прокручивается в одну сторону, мелом отмечается место, которое окажется внизу. Колесо прокручивается в другую сторону. Снова ставится соответствующая отметка. И так — несколько раз. Если отметки ни разу не совпали, статическая балансировка колесу на нужна.
В противном случае, на диаметрально противоположной отметке стороне колеса, устанавливается грузик. Масса грузика подбирается эмпирическим путем, поскольку точный вес грузика на глаз установить невозможно. Это может только балансировочный стенд на шиномонтаже.

Поздравляем. Статическая балансировка одного из колес окончена, теперь можно приступать к балансировке остальных. По окончании нужно провести ходовые испытания. Как правило, несбалансированное колесо начинает вибрировать на скорости около 70-90 км/ч.

Кстати, простейший балансировочный станок можно собрать вокруг старой ступицы, в которой еще не погиб подшипник. Только установить самодельный стенд придется идеально ровно во всех плоскостях. Сбалансированных всем колес и приятных ощущений от вождения!

Читайте также Колеса низкого давления своими руками

Устройство и принцип действия балансировочных станков

Описывается устройство, принцип действия и конструкции основных узлов станков для динамической балансировки; рассматриваются типовые узлы по принципу выполняемых функций; даются правила оценки норм точности балансировочных станков единые для заводов-изготовителей и потребителей станков.

В общем случае балансировочный станок содержит (рис. 4.1): балансировочное, приводное, измерительное и корректирующее устройства, а также дополнительные устройства, которые крепят на станине станка.

Балансировочное устройство является колебательной системой станка, в которой устанавливается и вращается неуравновешенный ротор. По колебаниям этой системы при балансировке судят о дисбалансах ротора. В современных станках применяют два типа таких устройств: зарезонансное и дорезонансное.

Зарезонансное балансировочное устройство (рис. 4.2, а) состоит из двух подвижных опор или платформы и упругих элементов, подвешивающих опоры на станине станка. Жесткость упругих элементов различна в разных направлениях. В станках с горизонтальной осью вращения упругие элементы сравнительно жестки в вертикальном направлении, тогда как в горизонтальном направлении жесткость очень мала и подвеска не препятствует колебаниям.

При проектировании и изготовлении зарезонансных станков подбирают массу опор, длину, жесткость подвески и другие параметры балансировочного устройства так, чтобы его собственная частота в горизонтальном направлении во много раз была ниже частоты вращения ротора при балансировке.

При вращении неуравновешенного ротора в зарезонансном балансировочном устройстве подвижные опоры будут колебаться в горизонтальной плоскости. Амплитуды этих колебаний пропорциональны дисбалансам в плоскостях коррекции ротора, т.е. описываются уравнениями (2).

Дорезонансное балансировочное устройство состоит из двух неподвижных опор, жестко закрепленных на станине станка. Собственные частоты колебаний опор во всех направлениях значительно превышают частоты вращения балансируемых роторов. Нижняя часть опоры представляет собой динамометр или силовой мостик. Динамические нагрузки, возникающие в опорах при вращении неуравновешенного ротора, создают малые перемещения на динамометре (рис. 4.2, б), которые усиливаются рычажной системой. Сила в опоре пропорциональна перемещению, т.е.

где к — коэффициент жесткости опоры в горизонтальном направлении.

В дорезонансном балансировочном устройстве по схеме силового мостика (рис.

4.2, в) в одном из плеч силового мостика устанавливают датчик, измеряющий непосредственно динамическую нагрузку от неуравновешенного ротора, описываемую уравнениями (1).

Балансировочные устройства разгонно-балансировочных стендов и станков для высокочастотной балансировки гибких роторов имеют одинаковую жесткость во всех направлениях — являются изотропными и имеют три или четыре опоры.

Принцип действия балансировочных устройств станков с вертикальной осью вращения аналогичен рассмотренным выше. Эти устройства часто конструктивно объединяют с приводным устройством. Балансируемую деталь закрепляют в шпиндельном узле. Шпиндель, подвеска, а иногда и приводное устройство составляют балансировочное устройство станка с вертикальной осью вращения.

Приводное устройство обеспечивает запуск, поддержание постоянной угловой скорости вращения и торможение балансируемого ротора. Основными элементами устройства (рис. 4.3) являются: электродвигатель, коробка передач, тормоз, приводное соединение, схема управления приводным устройством.

В балансировочных станках применяют электродвигатели переменного или постоянного тока различной мощности, ступенчатые и бесступенчатые передачи. Ременные передачи применяют при относительно небольших передаваемых усилиях. В этих передачах используют плоские, клинковые и круглые ремни. Зубчатые передачи обеспечивают передачу больших мощностей и ступенчатое регулирование скоростей вращения. В коробках передач станков используют цилиндрические зубчатые колеса с разным числом зубьев, вводимые последовательно в зацепление друг с другом. Изменение передаточного отношения в приводе иногда производят сменой зубчатых колес.

Приводное соединение связывает выходной вал коробки передач с балансируемым ротором. Различают осевое, ленточное и тангенциальное соединения. Осевое соединение осуществляют с помощью карданных валов (рис. 4.4) различной конструкции. В ленточном соединении применяют плоские бесконечные ремни, охватывающие балансируемую деталь (рис. 4.5).

Тангенциальное (касательное) соединение создают прижимные ролики (рис. 4.6, а) и круглые ремни (рис. 4.6, б).

Приводные соединения способны передавать ограниченные крутящие моменты. Поэтому во избежание разрушения приводного устройства во время запуска и торможения ротора используют специальную электрическую схему

управления приводным устройством, обеспечивающую плавность пуска и останова ротора.

Тиристорные системы используют для управления трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором и электродвигателями постоянного тока. Применение этих систем в балансировочных станках позволяет: управлять электродвигателем бесконтактным способом, ограничивать ударные моменты при пуске, получать широкую гамму пуско-тормозных и регулировочных режимов работы электродвигателя.

Измерительное устройство определяет значения и углы дисбалансов ротора в заданных плоскостях. Его структурная схема (рис. 4.8) состоит из датчиков, цепи разделения плоскостей коррекции или измерения, частотно-избирательных средств, индикаторов значения и угла дисбалансов.

Датчики преобразуют параметры колебаний балансировочного устройства в электрические сигналы. В балансировочных станках применяют контактные (индукционные, пьезоэлектрические) и бесконтактные (токовихревые) датчики.

Индукционный датчик представляет собой катушку индуктивности (рис. 4.9, а), которая может свободно перемещаться в магнитном поле, образованном постоянным магнитом. Катушка жестко соединяется с балансировочным устройством. При колебаниях этого устройства катушка будет также колебаться и в ней возникнет ЭДС индукции, величина которой определяется скоростью изменения магнитного потока, т.е. пропорциональна скорости колебаний балансировочного устройства. При постоянной частоте вращения ротора ЭДС пропорциональна амплитуде перемещения опор станка.

Пьезоэлектрический датчик основан на пьезоэлектрическом эффекте. При механической деформации в определенном направлении, например, кристаллов сегнетовой соли, поляризованной керамики и титаната бария в них возникает электрическое поле (рис. 4.9, б), изменяющее знаки зарядов при изменении направления деформации. Величина заряда, возникающего при пьезоэлектрическом эффекте, пропорциональна действующей силе.

Индукционные и пьезоэлектрические датчики связаны с колебательной системой станка, т.е. являются контактными датчиками.

Токовихревые датчики — бесконтактные, поэтому служат для измерения прогибов вращающихся валов. Принцип действия токовихревого датчика основан на индукционных токах (токи Фуко), возникающих в массивном проводнике, которым является ротор, помещенном в изменяющееся магнитное поле. Изменяющееся магнитное поле создается генератором высокой частоты (рис. 4.10) и колебательным контуром, состоящим из индуктивности Lи емкости С. Изменения зазора между поверхностью датчика и вала при его вращении вызывают изменение выходного напряжения.

Для отметки угла дисбаланса, частоты вращения ротора при балансировке применяют генераторы опорного сигнала, стробоскопы с газосветными лампами, фотоэлектрические и некоторые другие датчики.

Ротор генератора опорного сигнала представляет собой двухполюсный постоянный магнит, вращающийся со скоростью балансируемого ротора, и связан с ним жестко. Статор имеет две взаимно перпендикулярные обмотки и может поворачиваться в любое фиксированное положение вместе с

лимбом, нанесенным на корпусе статора. Выходное напряжение Генератора постоянной величины с известной фазой по отношению к отметке угла на роторе имеет частоту вращения ротора.

При освещении вращающегося ротора неоновой, импульсной или другой газосветной лампой возникает стробоскопический эффект. Этот эффект получается из-за того, что глаз человека импульсы света с частотой более 10 Гц не различает как отдельные вспышки, а воспринимает их как непрерывный поток света. Если импульсы следуют с частотой вращения, то ротор для человеческого глаза будет казаться неподвижным. На таком принципе основан стробоскоп, освещающий при балансировке шкалу (метку), нанесенную на ротор. Освещаемая цифра указывает угол дисбаланса относительно известного положения.

Фотоэлектрический датчик срабатывает от контрастной метки, нанесенной на роторе, и выдает короткие импульсы с частотой вращения ротора.

Электрическую цепь между виброизмерительными преобразователями и частотно-избирательными средствами называют цепью разделения плоскостей коррекции (ЦРПК). ЦРПК автоматически решает уравнения (1)-(5) относительно дисбалансов ротора.

Датчики зарезонансного балансировочного станка включены в ЦРПК последовательно (рис. 4.11, а) с такой полярностью, что их ЭДС действуют навстречу друг другу. В цепи

компенсирующего датчика включен потенциометр настройки R1 или R2. Напряжение на выходе схемы Евых складывается из полного напряжения основного датчика и части напряжения компенсирующего датчика. Цепь разделения плоскостей коррекции дополняется переключателями, реверсирующими фазу напряжения датчиков, и переключателями, коммутирующими потенциометры настройки к тому или другому датчику. Так как положения ползунков потенциометров и переключателей различны для разделения 1-й и 2-й плоскостей коррекции, то органы настройки в схеме дублируются.

В измерительных устройствах балансировочных станков применяют и другие цепи разделения плоскостей коррекции. При многоплоскостной балансировке для решения уравнений (1) в измерительное устройство вместо цепи разделения плоскостей коррекции включают аналоговые или цифровые вычислительные машины, снабженные программами расчетов. Колебания, регистрируемые вибропреобразователями, вызываются как неуравновешенностью ротора, так и погрешностями динамической балансировки. Составную часть колебаний от погрешностей называют колебаниями помех в противоположность полезным колебаниям от дисбалансов.

Корректирующие устройства входят в состав балансировочных станков, предназначенных для крупносерийного и массового производства. Они корректируют массу ротора после его остановки или во время вращения. При работе в автоматическом режиме корректирующие устройства управляются от измерительного устройства.

В балансировочных станках применяют различные дополнительные устройства, обеспечивающие его функционирование. Это пневмо- и гидросистемы, загрузочные и накопительные устройства и т.п.

Избранные главы из книги Левита М.Е., Рыженкова В.М. «Балансировка деталей и узлов». Москва, изд. «Машиностроение», 1986г.

Возврат к списку

Общий | Динамический балансировщик своими руками? | Практик-механик

Аллен Хант

Алюминий

6 сентября 2009 г.

Мне было интересно, есть ли дешевая программа, которую можно использовать на ноутбуке с акселерометрами и стробоскопами для балансировки колес или шкивов. Я ничего не знаю о динамической балансировке, за исключением того, что однажды видел демонстрацию балансировки большого шкива.

Датчики, которые я видел, представляют собой простые пьезоэлектрические биоморфы (используемые в качестве зуммеров), прикрепленные к податливой опоре для балансируемой детали. Нет необходимости в компьютере, просто усилите сигнал и подайте его на компаратор с регулируемой точкой срабатывания, используйте компаратор для управления светодиодом или лазером, который освещает деталь.

Можно использовать компьютер, акселерометры появляются на ebay и т.п., по крайней мере, в США, и они будут работать, также многие коммерческие балансиры просто помещают 2 одноосевых акселерометра на подушки, прикрепленные к машине под углом 90 градусов по оси вращения.

Я вижу причину в компьютере. Сложности возникают не только в величине и направлении дисбаланса. Определение массы, радиуса и осевого положения корректирующего элемента по отношению к подшипникам — это то, где компьютер может оказаться бесценным. Сохраняет все это сверление здесь и там, надеясь на чудо.

Я могу сделать весы Якимоффа из старых автомобильных запчастей и циферблатных индикаторов и найти дисбаланс вращающихся частей с помощью пробных гирь и акров миллиметровой бумаги — думаю, что смогу через 40 лет после моего последнего одиночного выстрела. Я голосую за компьютерную функцию, которая подскажет, где исправить.

Привет,
, ребята, которые строили реактивные двигатели для моделей самолетов, должны спросить совета здесь. Небольшая работа с Google обязательно даст результаты, я помню, как читал о балансировке деталей двигателя, работающих на 60 000 об / мин, с помощью самодельного макета с хорошими результатами.

Я никогда не делал этого сам, но изучил. Мне кажется, на этом сайте была большая дискуссия по этому поводу. Вот программное обеспечение, которое вы можете использовать для измерения сигналов, но оно не выполняет расчеты баланса:
http://www.sillanumsoft.org/

Л. Сарджент
Алмаз
7 сентября 2009 г.

Мне было интересно, есть ли дешевая программа, которую можно использовать на ноутбуке с акселерометрами и стробоскопами для балансировки колес или шкивов. Я ничего не знаю о динамической балансировке, за исключением того, что однажды видел демонстрацию балансировки большого шкива.
Аллен,
Мы говорили об этом в другой ветке. Меня очень заинтересовало решение Энди Пола на http://usbmicrobalance.com/index.html. У меня уже были платы сбора данных и акселерометры, и я сделал некоторую балансировку, но это было неэффективно, так как я догадывался о поправках.
Чтобы сэкономить время, я купил его систему, цена которой оказалась разумной (все есть на его веб-сайте). Некоторые люди даже балансируют с ним турбокомпрессоры. Я немного задержался из-за нашего пакета подшипников, поэтому я провел с ним только небольшую балансировку в полевых условиях.
КОМПЛЕКТ подвески с мягкими подшипниками для балансировочного станка «Сделай сам». SBS-300 позволяет изготовить высокоточный балансировочный станок универсального назначения с небольшими вложениями.
Более того, это ключевые элементы для динамической балансировочной машины, и с помощью загружаемых технических чертежей вы готовы собрать балансировочную машину своими руками.
SBS-300 представляет собой балансировочный модуль с мягкими подшипниками, который позволяет ротору свободно перемещаться только по одной оси, поэтому все элементы спроектированы так, чтобы минимизировать механические потери , чтобы максимизировать чувствительность как будто ротор был подвешен в воздухе.
Уметь выполнять динамическую балансировку ниже рабочей скорости без жертв точность и качество . Кроме того, балансировка подвески с мягкими подшипниками выполняется на более высоких частотах, чем резонансная частота подвески.
Система подвески с мягкими подшипниками позволяет ротору вращаться вокруг своего центра тяжести, а не вокруг своего геометрического центра. Между тем, смещение измеряется акселерометрами , которые вы закрепили в резьбовом отверстии 1/4 — 28 NF SBS-300
SBS-300 может выдерживать до 300 кг (по 150 кг на каждую опору), а допускает диаметр вала 152 мм (6 дюймов) . Он также имеет подъемный винт для регулировки положения в случае, если опоры ротора имеют разные диаметры до 25,4 мм (1 дюйм), и качающееся движение для автоматического выравнивания и предотвращения деформации поверхности качения вала. В дополнение к этим функциям отбалансируйте вал с подшипниками с помощью входящего в комплект V-образного блока.