Wyważarki do wałów korbowych
Na podstawie omówionych zasad wyważania dynamicznego stwierdzamy, że podstawową charakterystykę każdej wyważarki określają następujące jej cechy:
1)metoda wyważania,
2)sposób usunięcia momentu resztkowego,
sposób określenia niewyważenia.
W wyważarkach starszego typu najczęściej stosowane jest: wyważanie biegunowe, usuwanie momentu resztkowego przez umieszczenie osi wahań w jednej z płaszczyzn korekcyjnych oraz określanie niewyrównoważenia przez jego wyrównanie momentem wyważarki. Typowy przykład takiej wyważarki pokazano na rys. 377.
Wahliwy stół 1 opiera się za pośrednictwem pryzmatycznych noży 2 i panewek na stojakach 3 korpusu wyważarki. Stół ten utrzymywany jest w położeniu zerowym (poziomym) przez płaską sprężynę 4. Po lewej stronie wahliwego stołu znajduje się wrzeciono 5 wprawiane w szybki ruch obrotowy przez silnik elektryczny. Wrzeciono obraca wyważany wał 6, osadzony na łożyskach we wspornikach 7 i 8. Na drugim końcu wrzeciona osadzona jest tarcza 9, którą można obracać względem wrzeciona, przy czym kąt tego obrotu odczytuje się na podziałce skali 10. W rowku tarczy przechodzącym przez jej środek osadzony jest przesuwnie przeciwciężar 11. Odległość przeciwciężaru od osi obrotu wrzeciona odczytuje się na skali 12. Na opisanym szkicu zaznaczone są również płaszczyzny korekcyjne (I i II).
W położeniu pokazanym na rys. 377 przeprowadza się wyważanie wału w płaszczyźnie korekcji II. W celu usunięcia momentu resztkowego pochodzącego od niewyważenia w płaszczyźnie I, badany wał musi być tak umieszczony na wyważarce, aby oś wahań stołu znajdowała się w tej płaszczyźnie korekcyjnej.
Wyważanie na opisanej maszynie przeprowadza się w sposób następujący. Umieszczony w łożyskach wał korbowy wprowadza się w szybki ruch obrotowy. Niewyważenie w płaszczyźnie II daje względem osi wahań stołu moment.
gdzie:
ffi2 — masa niewyważenia w płaszczyźnie II, ro — odległość środka ciężkości masy m2 od osi obrotu wału, w — prędkość kątowa wału,
L — odległość płaszczyzny II od osi wahań stołu (rys. 378).
Pod wpływem tego momentu stół zostaje wprawiony w ruch wahadłowy. Wielkość amplitudy wahań określa się na skali 13 (rys. 377). Następnie tak obraca się tarczę 9 i przesuwa przeciwciężar 11 dopóty, dopóki nie ustaną wahania stołu, tj. spełnione zostanie równanie
czyli gdzie:
masa przeciwciężaru,
odległość środka ciężkości przeciwciężaru od osi obrotu wału, odległość środka ciężkości przeciwciężaru od płaszczyzny korekcyjnej I (rys. 378), PP — siła odśrodkowa, którą wywołuje wirujący przeciwciężar.
Znając wielkość Pp (ze wskazań na podziałce 12) oraz odległości Lp i L łatwo można wyznaczyć wielkość siły niewyważenia R2 i na podstawie
wskazań na podziałce 10
o kierunek działania tej
siły, a następnie usunąć odpowiednią ilość metalu w określonych w ten sposób miejscach. Po obróceniu wału w taki sam sposób przeprowadza się wyważanie w płaszczyźnie korekcyjnej I.
Nieco bardziej nowoczesna jest wyważarka typu Tinius Olsen, której schemat pokazano na rys. 379a. Podobnie jak w poprzednio opisanej wyważarce w tym przypadku zastosowano również biegunową metodę wyważania oraz usunięcia momentu resztkowego przez umieszczenie osi wahań stołu w płaszczyźnie korekcyjnej, natomiast określenie niewyważenia odbywa się za pomocą urządzenia elektrycznego.
Badany wał korbowy osadzony jest w łożyskach na stole 1, który może wahać się dokoła osi Ói (przy wyważaniu w płaszczyźnie korekcyjnej II) lub dokoła osi O2 (przy wyważaniu w płaszczyźnie I). Wahania stołu, którym towarzyszą zmiany zagłębienia magnesów 2 w cewkach 3 i 4 (zależnie od tego czy stół waha się względem osi O2 czy Oi) powodują indukcję w tych cewkach słabego prądu zmiennego o przebiegu sinusoidalnym. Po przejściu przez wzmacniacz 5, a następnie przez szczotki prąd ten dopływa do pierścieni 6 i 7. Każdy z tych pierścieni połączony jest z jedną połówką dwudzielnego kolektora 8 osadzonego na tym samym wale co pierścienie 6 i 7 i obracającego się wraz z nim. Z kolektora przez szczotki prąd przepływa do woltomierza prądu stałego. Położenie szczotek zbiorczych może być zmieniane ręcznie za pomocą korby 9.
Dzięki istnieniu dwudzielnego kolektora kierunek prądu płynącego z cewki jest dwukrotnie zmieniany w czasie jednego obrotu wału (każdorazowo, gdy szczotki zbiorcze przechodzą przez przerwę w pierścieniu ko
lektora). Jeżeli przejście szczotek przez przerwę kolektora odpowiada
punktowi zwrotnemu wahnięcia się stołu, wówczas przebieg zmian prądu
płynącego do woltomierza jest taki, jak to na rys. 379b przedstawiono linią
grubą (linia cienka obrazuje przebieg normalny, przy zastosowaniu jedno
litego kolektora), a woltomierz pokazuje największą wartość średnią na
pięcia. Jeżeli szczotki zostaną obrócone o pewien kąt, przebieg prądu zmieni się do postaci przedstawionej na rys. 379c, przy czym woltomierz pokaże wówczas wartość średnią niższą od poprzedniej.
1 Po obróceniu szczotek o 90°, otrzymamy przebieg prądu zgodny z rys. 379d, a woltomierz pokaże zero.
W czasie pomiaru najpierw wyszukuje się przez pokręcanie korbą takie położenie szczotek, dla którego woltomierz wskazuje zero. Na tej podstawie, za pomocą urządzeń dodatkowych odnajduje się położenie kątowe niewyważenia.
Obracając następnie szczotki o 90° uzyskuje się przebieg prądu jak na rys. 3795. Na podstawie otrzymanych wskazań woltomierza określa się wielkość niewy ważenia, gdyż napięcie prądu jest w tym przypadku proporcjonalne do wychylenia stołu i tym samym do wielkości niewy ważenia.
Ze względu na tłumienie w układzie mechanicznym, określanie położenia kątowego niewyważenia przeprowadza się przy obracaniu się wału w obie strony, przy czym rzeczywisty kierunek niewyważenia leży na dwusiecznej znalezionych kierunków.
Nowoczesne wyważarki stosowane przy produkcji wielkoseryjnej i masowej odznaczają się wysoką dokładnością i dużą wydajnością. Osiąga się to przez zastosowanie elektrycznych metod pomiaru oraz przez ich zautomatyzowanie. W nowoczesnych wyważarkach niemal z reguły spotykamy:
3)połączenie w jedną całość wyważarki z wiertarką wykonując korekcję mas;
usuwanie momentu resztkowego za pomocą układu elektrycznego tak, że przejście z jednej płaszczyzny korekcyjnej na drugą dokonuje się przez zwykłe przełączenie obwodu bez zatrzymywania maszyny;
pomiar wielkości i miejsca niewyważenia metodami elektrycznymi przez zmianę mechanicznych drgań łożysk na wielkości elektryczne.
Schemat nowoczesnej wyważarki Gisholt typu „U" pokazano na rys. 380. W tym przypadku stosowana jest biegunowa metoda wyważania oraz elektryczny sposób usunięcia momentu resztkowego i określania niewyważenia.
Drgania łożysk badanego wału 1 (rys. 380) powstające w wyniku niewyważenia przekształcane są na prąd zmienny i przekazywane na układ pomiarowy 2, tak jak to było pokazane schematycznie na rys. 377. Jako
przyrząd pomiarowy użyty jest tu
watomierz i prąd wywołany drgania
mi łożysk przekazywany jest na ruchomą cewkę watomierza 3. Druga
cewka (prądowa) watomierza jest po
łączona z generatorem jednofazowego
prądu zmiennego, wirującego z prędkością kątową równą prędkości kątowej wału. Przez pokręcanie twornikiem 4 generatora jednofazowego
można tak dobrać przesunięcie fazo
we prądu generatora względem prą
du wzbudzonego drganiami łożysk, że
watomierz pokaże zero. Wystąpi to
dla przesunięcia fazowego 180°. W
ten sposób można znaleźć położenie
niewyważenia (jako czynnika wzbudzającego drgania i powodującego
indukowanie prądu J{).
Rys. 381. Wyważarka typu Schenk Wyważarka Gisholt typu „C" po
zwala na wyważenie w czterech płaszczyznach korekcyjnych. Przyjęcie takiego systemu przy zachowaniu biegunowej metody wyważania tłumaczy się praktycznymi trudnościami znalezienia na wale korbowym miejsc pozwalających na swobodne przeprowadzanie korekcji mas na całym obwodzie. Powstała więc konieczność dokonywania korekcji przynajmniej w czterech miejscach, a więc na czterech wykorbieniach. W tym przypadku instalacja elektryczna do usuwania momentów resztkowych i pomiaru niewyważenia jest znacznie bardziej rozbudowana niż w wyważarce typu „U".
Bardziej jeszcze nowoczesne rozwiązanie wyważarki (typu Schenk) pokazano na rys. 381. Jest to wyważarka specjalna (przystosowana do wyważania wałów korbowych sześciocylindrowych silników jednego typu), stosowana w produkcji masowej. Jej wydajność wynosi 40760 wałów na godzinę. Tak dużą wydajność i jednocześnie wysoką dokładność osiągnięto przez:
4)ulepszony system wyważania, a mianowicie: wyważanie metodą składowych oraz elektryczny sposób usuwania momentu resztkowego i pomiaru niewyważania,
5)równoległe wyważania dwóch wałów przy zautomatyzowaniu szeregu czynności.
Wyważarka ta składa się z właściwej wyważarki (na której odbywa się pomiar niewyważenia), dwugłowicowej wiertarki oraz mechanizmu przekładającego wały z łoża pomiarowego na łoże wiertarki.
Istotę wyważania metodą składowych omówiliśmy już poprzednio (patrz rys. 374). Przy stosowaniu tej metody nie określa się kierunku działania i wielkości wypadkowej siły niewyważenia, natomiast mierzy się składowe niewyważenia w założonych z góry kierunkach. Jak pokazano na rys. 382, dobiera się układ współrzędnych (x, y) związany z wałem i zakłada z góry, że korekcja mas będzie dokonywana na kierunkach o osi tego układu. W tym przypadku mierzy się składowe Rx i Ry, a następnie usuwa je przeprowadzając nawiercanie w miejscach wskazanych na rysunku. Metoda ta jest korzystna ze względów konstrukcyjnych i technologicznych; odpada bowiem kłopotliwe określanie położenia kątowego wypadkowej siły niewyważenia, a korekcja mas dokonuje się w dogodnych, przygotowanych przez konstruktora miejscach na wale korbowym. Usuwanie momentu resztkowego odbywa się na zasadzie wyjaśnionej poprzednio na rys. 377.
Wyważanie wałów korbowych na opisanej maszynie przebiega następująco. Robotnik zakłada
wał 1 (rys. 383) na wahliwe łożyska 2 urządzenia pomiarowego. Po sprzęgnięciu z przegubowym wałem 3 włącza się silnik napędowy 4. Z chwilą osiągnięcia określonej liczby obrotów (około 500 obr/min) elektromagnesy 5 odblokowują łożyska wahliwe, a powstające drgania tych łożysk w wyniku działania niewyważenia powodują indukowanie się prądu w cewkach 6. Określone metodą elektryczną cztery wartości niewyważenia (po dwie składowe dla obu płaszczyzn korekcyjnych) odczytuje się na tablicy 7 z dokładnością do 1 G. Zadanie robotnika polega jedynie na odczytaniu czterech wartości niewyważenia i odpowiednim ustawieniu za pomocą mechanizmu klawiszowego 8 (jak na maszynie do liczenia) automatycznych urządzeń 9 sterujących procesem usuwania niewyważenia. Na tym kończy się proces pomiaru, który trwa 30f40 sek. Z kolei wyłącza się silnik napędowy, wał zostaje szybko zatrzymany przez elektryczny hamulec i następnie rozsprzęgnięty.
Podczas pomiaru niewyważenia wału 1, w drugim wale 10 znajdującym się na stanowisku wiertarskim odbywa się końcowy etap usuwania niewyważenia. Z kolei robotnik włącza mechanizm dźwigniowy 11 przekładający wały. Oba wały zostają jednocześnie uniesione i nawzajem zamienione. Pomierzony wał ułożony zostaje na stanowisku wiertarskim i ustalony w określonym położeniu kątowym. Jak już wspomnieliśmy, sterowanie procesem usuwania niewyważenia, a więc ustawianiem wału (obracanego o 90 lub 180° silnikiem napędowym 4) w odpowiedniej pozycji i wierceniem na określoną głębokość, odbywa się za pomocą automatycznych urządzeń 9. W tym samym czasie przeprowadza się kontrolę wyważonego wału na stanowisku pomiarowym i następnie zdejmuje się go z wyważarki, a na jego miejsce zakłada się nowy wał, który znowu kolejno poddawany jest pomiarom, usuwaniu niewyważenia i kontroli. Na rys. 384 podano wykres obrazujący wzajemne ułożenie poszczególnych czynności w czasie przy wyważaniu wałów korbowych na opisanej wyważarce.