Ứng dụng kỹ thuật cân bằng tùy động cho rôto máy nghiền thức ăn thủy sản

TÓM TẮT Với các chi tiết máy có tốc độ quay cao thì một trong những chỉ tiêu quan trọng cần đạt được là mức độ rung động do nguyên nhân mất cân bằng phải ở mức thấp nhất.. Các nguyên nhâ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS LÊ ĐÌNH TUÂN Cán bộ chấm nhận xét 1:

TS NGUYỄN TUẤN KIỆT Cán bộ chấm nhận xét 2:

PGS TS PHAN ĐÌNH HUẤN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC

SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng 7 năm 2005

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN THIỆN LÃNH Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 15 – 08 - 1973 Nơi sinh: Quảng Đức

Chuyên ngành: Chế Tạo Máy Mã số: 2.01.00

I - TÊN ĐỀ TÀI:

Ứng dụng kỹ thuật cân bằng tùy động cho rotor máy nghiền thức ăn thủy sản

II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo dao động bao gồm cảm biến, mạch điện tử, bộ xử lý và phân tích trên máy tính điện tử Hệ thống này là chuyên dùng cho kỹ thuật cân bằng tùy động

- Phương pháp và giải thuật cân bằng tùy động bao gồm cả các phương pháp cân bằng động và giải pháp khử mất cân bằng tùy động

- Đề xuất phương án khả thi nhất để cải tiến máy nghiền AP-5TA hiện có ở nhà máy sản xuất thức ăn thủy sản TOMBOY

III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 12-2004

IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06-2005

V – HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ ĐÌNH TUÂN

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm 2005

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn TS LÊ ĐÌNH TUÂN đã hướng dẫn tận tình để tôi hòan thành được luận văn này và nhất là hiểu thấu đáo được những vấn đề mà trước đây tôi hiểu sai hoặc là không lý giải được.

Cám ơn sự hỗ trợ của Kỹ sư LÊ THÁI KHÁNH TÒAN và Kỹ sư ĐỖ HỮU TRÍ trong quá trình thực nghiệm lấy số liệu và hòan thiện mô hình

Cám ơn Ban giám đốc công ty Trách nhiệm hữu hạn sản xuất thức ăn thủy sản TOMBOY đã tạo điều kiện cho tôi theo đuổi và hoàn thành chương trình học cũng như lấy số liệu thực tế tại đơn vị

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân và nhất là vợ tôi đã động viên tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Trân trọng.

TÓM TẮT

Với các chi tiết máy có tốc độ quay cao thì một trong những chỉ tiêu quan trọng cần đạt được là mức độ rung động do nguyên nhân mất cân bằng phải ở mức thấp nhất Đề tài này chủ yếu nhấn mạnh đến giải pháp cân bằng áp dụng cho các chi tiết máy quay bị mất cân bằng không ổn định, không có qui luật, tuy nhiên cơ sở chung nhất về lĩnh vực cân bằng cũng được bàn đến ở đây

Để có cơ sở trước khi đi đến kết luận sau cùng là phải cải tiến như thế nào cho máy nghiền đang được nghiên cứu tôi đã thực nghiệm trên một số chi tiết điển hình như: rô_to mẫu, quạt, bánh đà, rô_to máy nghiền và nhất là với mô hình hoàn chỉnh của monorotor.

Mục lục

Lời nói đầu

1 TỔNG QUAN

1.1 Các nguyên nhân gây ra rung động ……… … 3

1.2 Cơ sở lý thuyết cân bằng rôto ………5

1.3 Mất cân bằng của vật quay cứng Ranh giới giữa cân bằng tĩnh và động ……… 10

1.3.1 Khái niệm ……….10

1.3.2 Điều kiện cân bằng rô_to ………10

1.3.3 Các dạng mất cân bằng ……… 11

1.3.4 Ranh giới giữa cân bằng tĩnh và cân bằng động ……….13

1.4 Các phương pháp cân bằng kinh điển ……… 14

1.4.1 Phương pháp cân bằng tĩnh …… ……… 14

1.4.2 Phương pháp cân bằng động ……… 17

1.5 Thiết bị dùng để cân bằng……….22

1.5.1 Máy cân bằng tĩnh ……….…23

1.5.2 Máy cân bằng một mặt ……… 25

1.5.3 Máy cân bằng động hai mặt ………25

2 KỸ THUẬT CÂN BẰNG TÙY ĐỘNG 2.1 Lý thuyết cân bằng ……… 35

2.1.1 Lượng mất cân bằng và mặt phẳng cân bằng ………35

2.1.2 Thiết lập phương trình chuyển động ……… 36

2.1.2.1 Dao động tự do ……… 37

2.1.2.2 Dao động cưỡng bức ……… 39

2.1.3 Trình tự cân bằng ……… 41

2.1.3.1 Cơ sở lý thuyết ……….……… 41

2.1.3.2 Giải thuật cân bằng ……… ……….…43

2.2 Nguyên lý cân bằng tùy động ……… 45

2.3 Tối ưu hóa phương án di chuyển của các vệ tinh ……… 46

2.3.1 Xác định các vị trí khử mất cân bằng ……… 47

2.3.2 Nguyên tắc di chuyển các vệ tinh ……… 48

2.4 Các mô đun đo lường ……… …49

3 CÁC TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIAù VỀ MẤT CÂN BẰNG 3.1 Chế độ làm việc với chất lượng cân bằng ……… 52

3.2 Các tiêu chuẩn chung nhất về cân bằng động ……… 52

3.2.1 Dung sai cân bằng ……… 52

3.2.2 Chỉ tiêu dao động ……… 53

3.2.3 Tiêu chuẩn cân bằng động ISO 1940 ……… 54

4 NHẬN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU

4.1 Các lọai cảm biến thường được sử dụng trong cân bằng ……….… … 57

4.1.1 Đầu dò, thiết bị và mạch đo dao động ……….…… 57

4.1.2 Các đầu dò và cảm biến ……….… ……58

4.1.3 Cảm biến đo lực sử dụng vật liệu áp điện ……….… …62

4.1.4 Bộ khuyếch đại điện thế ……….… …63

4.1.5 Bộ khuyếch đại điện tích ……… 65

4.2 Giao tiếp với máy tính ……….… 67

4.2.1 Khái niệm chung ……… ………….67

4.2.2 Khái niệm về hệ vi xử lý và giao tiếp máy tính ……….67

4.2.3 Bộ chuyển đổi A/D ……….… …68

4.2.4 Nguyên tắc giao tiếp A/D………69

4.3 Phân tích tín hiệu – Xử lý nhiễu ……… 70

4.3.1 Các nguyên nhân gây ra nhiễu ……… … 70

4.3.2 Dùng phân tích Fourier để khử nhiễu khi cân bằng động ……… … 70

5 THIẾT KẾ CÁC CỤM CHÍNH CHO THIẾT BỊ TÙY ĐỘNG 5.1 Chọn và tính công suất ………73

5.2 Tính tóan hệ cơ dao động ………74

5.2.1 Thiết lập công thức ……….… 74

5.2.2 Tính tóan tần số cộng hưởng ……….78

5.2.3 Tính tóan các thông số của lò xo lá ……….80

5.3 Tính tóan các gối đỡ con lăn ……….81

5.4 Tính tóan móng máy ……….85

5.4.1 Cấu tạo móng khối ……….85

5.4.2 Cấu tạo bu_lông neo ………85

5.4.3 Những yêu cầu cơ bản đối với móng máy ……….86

5.4.4 Tính tóan móng khôi về phương diện dao động ……….87

6 THÍ NGHIỆM CÂN BẰNG TÙY ĐỘNG TRÊN CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH MONOROTOR 6.1 Mô tả băng thử HnB100J ……….….93

6.1.1 Sơ đồ bố trí ……….… 93

6.1.2 Các thông số chính của băng thử Hnb100J ……….… 94

6.2 Tiến hành thí nghiệm trên máy HnB100 ………97

6.3 Đo và xử lý kết quả đo ………109

6.4 Đánh giá độ chính xác cân bằng đạt được……….112

7 KẾT LUẬN

7.1 Nội dung đã làm và sản phẩm đã có ……….……… ………113

7.2 Bình luận về các kết quả đạt được ……… 113

7.2 Đánh giá chung về đường lối công nghệ tùy động ……… 114

7.4 Hướng phát triển của đề tài ……….114

Tài liệu tham khảo

Danh sách hình vẽ

Phụ lục

a k ,b k : Hệ số Fourier

a 0 , a n : Hệ số hằng số

a re : Gia tốc tham khảo, m/ s 2

∆ a : Sai số tuyệt đối

A : Diện tích m 2 ; mức khuếch đại

A 0 : Biên độ của a(t), m/s 2

[(B(s)], B(s) : Ma trận hệ thống

c, c t , c i : Hệ số giảm chấn nhớt, Ns/m

c c : Hằng số giảm chấn nhớt tới hạn(= 2mω n = 2(km) 1/2 , Ns/m)

C : Hệ số khả năng làm việc

d m : Bề dày của vật liệu m

d d : Đường kính con lăn đỡ

d ct : Đường kính chi tiết cân bằng

e : Khoảng cách từ tâm rotor đến lượng mất cân bằng, cm

E, E m : Modun đàn hồi của vật liệu m, Pa

f : Tần số dao động, tần số kích thích (= 1/T), Hz

f(t) : Lực ,N; Hàm thời gian của F(ω)

f(T) : Xung, N.s

f 0 , fa : Tần số cơ bản, Hz

f l, f1 : Tần số ngắt dưới, Hz

f u, f 2 : Tần số ngắt trên, Hz

F(ω), F(f) : Hàm tần số của f (t)

F 0 : Lực tham khảo, N; biên độ của lực f (t), N

f(s) : Ma trận hàm cưỡng bức, N

g : Gia tốc trọng lực (= 9.81m/s 2 )

i : = − 1

I xz , I yz : Moment quán tính trung tâm

J 0 : Moment quán tính khối lượng, Kg.m 2

k m : Độ cứng lò xo lá, N/m

k t : Hằng số lò xo xoắn, Nm/rad

K : Độ cứng toàn phần, N/m

W : Công suất, J; trọng lượng thử, Kg

W c : Trọng lượng hiệu chỉnh, g

W 0 : Côngsuất tham khảo, J

x 0 , y 0 , z 0 : Tọa độ khối tâm

x r e : Chuyển vị tham khảo, m

X : Biên độ của x(t), m

Y : Biên độ của y(t), m

φ φ m : Góc pha, rad

η s , η M : Hệ số tổn thất

ζ : Hệ số giảm chấn (= c/c c )

ω : Tần số góc (= 2πf), rad/s

ω n : Tần số riêng (= 2πf0 = (k/m 1/2 )), rad/s

ω d : Tần số dao động có lực cản(=ω n ( 1 - ζ 2 ) 1/2 ), rad/s

τ : Hằng số thời gian

θ c : Góc quay của trục rô_to trong mặt phẳng dao động, rad

α 1 , α 2 : Góc pha dao động , rad

Lời nói đầu

Máy nghiền nguyên vật liệu đóng một vai trò trong các nhà máy sản xuất thức ăn gia súc, gia cầm, thủy sản vì độ mịn của nguyên vật liệu đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp thụ dinh dưỡng của vật nuôi (Ngày nay chỉ tiêu đánh giá chất lượng của thức ăn gia súc của hầu hết các doanh nghiệp là chỉ số chuyển đổi thức ăn – FCR: Feed Conversion Rate Với thức ăn nuôi tôm sú thì hệ số FCR này khoảng 1,5 – tức là tốn 1,5 kg thức ăn thì thu được 1,0 kg tôm) Ngoài ra độ mịn còn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ đồng đều trong quá trình phối trộn, đảm bảo độ ngấu kết tốt khi được tạo hình nên không bị thất thoát dinh dưỡng ra môi trường nước (đối với thức ăn của tôm, cá, lươn ) và giảm thất thoát trong quá trình vận chuyển, cho ăn đối với các thức ăn dạng viên Với ngành sản xuất thức ăn thủy sản thì độ mịn phải nằm trong khoảng 200 mi_crô_mét (µm) và không phải dễ đạt được chỉ tiêu này nếu không có máy nghiền thích hợp

Tốc độ vận hành của trục máy nghiền khoảng 3500 vòng/phút và chính tốc độ quay cao này mà nó thường xuyên gặp vấn đề về rung động Các nguyên nhân khiến cho rô_to máy nghiền bị rung động có thể kể chia ra làm hai loại:

+Nguyên nhân gây mất cân bằng cố định: phần quay lắp ghép với trục không đủ

chặt, có thiếu sót ở bộ truyền động đai (hai bánh đai không đồng phẳng, chiều dài các sợi đai không đều, bản thân bánh đai không cân bằng ), phân bố khối lượng của các đĩa treo búa không đồng đều

Giải pháp cho các nguyên nhân cố định là phải tháo rô_to và chuyển đến doanh nghiệp bên ngoài để cân bằng vì nếu không thì máy rất ồn, rung động mạnh gây hỏng ổ bi, hỏng trục và nguy hiểm nhất là “ máy không tin cậy” vì lúc nào máy hỏng thì không đoán được Thiệt hại mỗi lúc ngừng máy là không phải nhỏ: chi phí cân bằng tại đơn vị bên ngoài, chi phí chuyên chở, chi phí tháo lắp, giảm doanh số vì ngưng sản xuất và đặc biệt là mất khách hàng

+Nguyên nhân gây mất cân bằng phiếm định: nguyên liệu bám vào và tróc ra

trên các búa với qui luật ngẫu nhiên, các đĩa treo búa giãn nở theo nhiệt độ không đều, sự va đập của búa trong quá trình nghiền, các búa bị mòn và vỡ hoặc mẻ không đều Trong nguyên vật liệu trước khi vào máy nghiền thường bị lẫn tạp chất: đá xanh, sỏi, kim lọai, gỗ … những thứ này gây nguy hiểm cho máy nghiền nên chúng phải được lọai bỏ bằng nam châm (chỉ bắt được các mẩu kim lọai có từ tính), và bằng máy sàn sơ bộ (chỉ lọai bỏ những vật có đường kính lớn hơn 10 mm vì nhỏ hơn nó lại vô tình lọai bỏ luôn các khối nguyên vật liệu có giá trị dinh dưỡng cao như bã đậu nành) Do đó các mẩu tạp chất có kích thước nhỏ vẫn bị lẫn vào vùng làm việc của máy nghiền khiến cho các lưỡi búa rất dễ

bị mẻ, vỡ gây thủng lưới và mất cân bằng cho rô_to của máy Thao tác thay lưới tốn rất ít thời gian so với thay búa nghiền do đó tìm biện pháp giảm thời gian ngưng máy nghiền là một vấn đề bức xúc đối với nhà máy chúng tôi nhất là vào lúc cao điểm của mùa vụ sản xuất Một bộ búa gồm 60 lưỡi búa, khi có vài búa trong số đó bị hỏng lưỡi búa thì quá trình nghiền không bị ảnh hưởng nhiều về năng suất (giảm không quá 5%) nhưng gây nguy hiểm cho ổ bi của rô_to do rung động quá mức do đó phải ngưng máy để thay búa nên vừa gây tổn thất về thời gian ngừng máy vừa phải tốn chi phí khá lớn cho bộ lưỡi búa mới trong khi bộ búa mới thay ra ngòai lưỡi búa bị vỡ lưỡi thì các lưỡi búa còn lại thường còn trong tình trạng tốt

Còn giải pháp cho cho các nguyên nhân gây mất cân bằng phiếm định cho

máy nghiền thức ăn thủy sản của nhà máy TOMBOY – là nơi tôi làm việc - thì đến cuối năm 2004 vẫn chưa có

Phương pháp cân bằng tùy động (Active balancing) có thể giải quyết vấn đề trên nên tôi chọn đó là đề tài nghiên cứu cho mình và cuốn luận văn tốt nghiệp này minh chứng cho điều đó.

Cân bằng tùy động là một vấn đề nghiên cứu mới mẽ ở Việt Nam và nghiên cứu này nằm trong khuôn khổ một hợp đồng nghiên cứu khoa học cấp bộ B2004-20-10 của TS Lê Đình Tuân số 195/BK/KHCN&QHQT ngày 11/6/2004 Vì là một lĩnh vực mới và thời gian hạn chế nên luận văn này hẳn sẽ còn nhiều thiếu sót, rất mong Thầy Cô và các bạn đóng góp ý kiến xây dựng

Tp HCM, tháng 7 năm 2005 NGUYỄN THIỆN LÃNH

CHƯƠNG 1

Tổng quan về các vấn đề cân bằng vật quay

1.1 Các nguyên nhân gây ra rung động

Tìm hiểu các nguyên nhân gây ra rung động máy là việc làm có ý nghĩa trong lãnh vực cân bằng máy Nói chung có nhiều nguyên nhân gây ra rung động máy, có thể

kể ra là: phần quay lắp ghép với trục không đủ chặt (như khi lắp pu_li, bánh đà, );

có khiếm khuyết ở bộ truyền động bằng bánh răng (răng ăn khớp không tốt, gia công răng kém chính xác, ); khâu nối dây đai không đúng qui cách làm cho chỗ nối có chiều dầy lớn hơn mức cho phép và do đó khi bộ truyền làm việc mối nối sẽ

va đập vào pu_li; máy không bắt chặt vào nền móng; máy bị rung động do ảnh hưởng của các máy đặt gần đó; do tác nhân công tác của máy (ví dụ, máy phay khi cắt có kèm theo quá trình va đập của lưỡi cắt với phôI ); do vật quay mất cân bằng

Mất cân bằng là một trong những nguyên nhân thường gặp nhất của rung động máy, xảy ra ở hầu hết các máy có chuyển động quay với nhiều mức độ khác nhau Vậy sự mất cân bằng là gì, do đâu mà có?

Sự mất cân bằng thường được định nghĩa như là sự phân bố không đều của khối

luợng vật quay đối với trục quay của nó Tổng quát hơn, theo tiêu chuẩn ISO, Điều

kiện đó tồn tại trong vật quay khi lực dao động hoặc sự chuyển động, do kết quả của lực ly tâm, truyền đến các ổ đỡ của vật quay Nếu không kể đến định nghĩa đã

nêu, thì sự mất cân bằng quá mức sẽ dẫn đến dao động của vật quay và các ổ đỡ

và dễ dàng nhận ra nhờ các đặc trưng dao động (biên độ và tần số)

Có nhiều lý do mà sự mất cân bằng có thể hiện diện trong một rô_to Các nguyên nhân thường gặp nhất là:

1 Các lỗ hổng trong vật đúc: các rô_to như bánh công tác bơm hoặc pu_li thường có các lỗ hổng (rỗ khí) do quá trình đúc gây ra Các lỗ hổng hiện diện trong vật đúc không thể phát hiện được bởi sự kiểm tra bằng mắt thường Tuy vậy, tập hợp các lỗ hổng đó có thể đặc trưng cho một lượng mất cân bằng

đáng kể

Hình 1.1 Lỗ hổng có thể tạo nên một lượng mất cân bằng đáng kể

2 Độ lệch tâm: độ lệch tâm tồn tại khi đường tâm hình học của bộ phận quay không trùng với tâm quay Bản thân rô_to, bánh đà có thể rất tròn, tuy nhiên

có thể vì sai số khi gia công lỗ mà tâm quay của chúng bị lệch khỏi đường tâm

3 Sự lắp then và rãnh then: khi cân bằng pu_li, động cơ đều không gắn then thì khi hai bộ phận đó lắp lại với nhau bằng then sẽ gây mất cân bằng Tương tự, khi cân bằng hai sản phẩm đều gắn then thì sản phẩm sau khi lắp ráp cũng sẽ mất cân bằng

4 Sự vênh (méo): Mặt dù bộ phận đã được cân bằng tốt sau khi chế tạo vẫn có nhiều ảnh hưởng mà có thể gây ra vênh méo hay nói cách khác là làm thay

đổi hình dáng rô_to và do đó làm thay đổi sự cân bằng của nó Nguyên nhân

là do sự khử ứng suất nội và sự cong vênh do nhiệt

+ Một bộ phận nào đó được chế tạo bằng phương pháp dập, kéo, uốn, nó

sẽ có các ứng suất dư Nếu rô_to và các bộ phận hợp thành không được khử các ứng suất dư này nó có thể sẽ làm chúng bị vênh đi một ít để có hình dáng mới

+ Sự vênh méo khi có sự thay đổi nhiệt gọi là cong vênh nhiệt Kim loại nở

ra khi bị nung nóng, hầu hết các rô_to do thiếu hoàn chỉnh và do nhiệt độ thất thường sẽ bị dãn nở không đều gây ra vênh méo Sự cong vênh do nhiệt độ thường xảy ra đối với các máy hoạt động ở nhiệt độ cao gồm:

động cơ điện, tuốc_bin, máy nén, cánh quạt Do sự vênh nhiệt nên đòi hỏi rô_to phải được cân bằng ở nhiệt độ làm việc của nó cho dù nó đã

được cân bằng rất tốt ở nhiệt độ thường

Hình 1.2 Khe hở dọc trục

5 Các khe hở cho phép: một trong những nguyên nhân chính của mất cân bằng là dung sai lắp ráp trụ trơn dùng trong lắp ráp máy Ví dụ trên (Hình 1.2) là điển hình cho dung sai của các bộ phận khác nhau lắp với nhau tạo

ra mất cân bằng Lỗ pu_li phảI lớn hơn trục và khi một cái then hoặc vít định

vị được gắn vào, khe hở của trục bị khử và đẩy pu_li về một phía cạnh của

đường tâm trục quay, kết quả là làm trục pu_li và trục quay không trùng nhau

6 Sự ăn mòn và mài mòn: Nhiều rô_to (đặt biệt là quạt, máy quạt gió, máy nén, rô_to bơm và các rô_to có liên quan đến quá trình vận chuyển vật liệu)

dễ bị ăn mòn, mài mòn Nếu sự ăn mòn, mài mòn không đều sẽ gây ra mất cân bằng

7 Do sự đóng (bám) của cặn, bụi : Các rô_to được sử dụng trong vận chuyển vật liệu có thể trở nên mất cân bằng do sự bồi đắp của vật liệu (chất bẩn, keo, vật liệu vận chuyển bám vào, ) trên rô_to Kết quả là làm gia tăng lượng mất cân bằng và có thể trở nên rắc rối khi các mẫu bám trên rô_to bị tróc ra làm cho quá trình dao động do mất cân bằng khó kiểm soát

được

1.2 Cơ sở lý thuyết cân bằng rô_to

* Điều kiện tổng quan để cân bằng hoàn toàn máy trên nền móng

Lực quán tính của các khâu chuyển động tương đối (phụ thuộc vào kết cấu máy)

sẽ quyết định sự mất cân bằng của máy nên điều kiện cân bằng hoàn toàn của máy sẽ là véc_tơ chính và mô_men chính của chúng đối với tâm bằng 0

Xét chuyển động của các khối lượng này trong hệ tọa độ gắn liền với máy, ký hiệu khối lượng phân tố của điểm thứ i là mi , tọa độ của nó trong hệ tọa độ qui chiếu

là xi, yi , zi

Hình 1.3 Lượng mất cân bằng gắn trên hệ trục tọa độ

+ Véc_tơ chính và véc_tơ mô_men chính có hình chiếu trên các trục là:

∑

ư

=

i i

R

1

=ư∑

i i

R

1

Và =ư∑ ư

i i

ox m y z z y

1 1 1 1

ư

=

i i

oy m z x x z

1 1 1

oz m x y y x

1 1 1 1

Máy sẽ cân bằng hoàn toàn nếu các đẳng thức sau thỏa:

;0

Đối với đa số máy, có thể giảm số lượng điều kiện này nếu xét đến một số đặc

điểm của máy Ta sẽ phân tích các máy có các chi tiết chyển động quay trên các trục song song nhau Chọn trục oz trùng với trục quay, tọa độ zi của điểm chuyển

động của vật sẽ luôn luôn không đổi Do đó các zi đối với mọi điểm đều bằng 0 và

điều kiện Rx =0 là luôn thỏa Ngoài ra, thành phần mô_men chính Mox trùng với phương tác dụng của véc_tơ mô_men phản lực ngoài cho nên việc cân bằng thành phần này của mô_men là vô nghĩa Trong bài toán cân bằng máy, thành phần M oxtheo nguyên tắc là không được tính đến Do đó ta có thể rút gọn 6 điều kiện (1.3) thành 4 điều kiện:

;0

=

= y

x R

R và M ox =M oy =0; (1.4)

Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu các máy có một bậc tự do, vị trí của các khâu

được xác định bằng 1 tọa độ, ví dụ góc quay ϕ của khâu dẫn Tọa độ điểm bất kỳ của máy được biểu thị qua hàm của tọa độ tổng quát

;)(

(

1

1

dt

d d

dx x

d dt

d dt

d d

dx dt

d

;)

2

2 1

ϕϕ

ϕϕ

dx dt

d dt

d dt

d d

dx d

d

;

1 2 2 1 2

x d

x = +

2 1 2

y d

y = +

;0

1=

z

Trong đó ω và ε là vận tốc góc và gia tốc góc của khâu dẫn Thay (1.5) vào (1.1)

và (1.2), bỏ qua Moz , ta được:

;

1 2

1 2 2

ϕ

εϕ

ω

d

dx m d

x d m R

i i i

i

;

1 2

1 2 2

ϕ

εϕ

ω

d

dy m d

y d m R

i i i

i

;

1 1 2

1 2 1 2

ϕ

εϕ

ω

d

dy z m d

y d z m M

i i i

i

;

1 1 2

1 2 1

2

ϕ

εϕ

ω

d

dx z m d

x d z m M

i i i

i

Các tổng trong (1.6) không liên quan đến tốc độ quay Các tổng này phụ thuộc chính vào sự phân bố khối lượng của các chi tiết chuyển động Nếu chọn khối lượng và sự phân bố như thế nào đó để mỗi tổng đều bằng 0 thì sẽ thỏa mãn các

điều kiện (1.4) về cân bằng máy Sử dụng phương trình (1.6) thì điều kiện cân bằng máy có thể viết dưới dạng:

;0)

1 ∑ d dxϕ1 =

m

i i

;0)

2 ∑ d dyϕ1 =

m

i i

;0)

∑ d dxϕz m

i i

;0)

∑ d dyϕz m

i i

;0)

;0)

i i

;0)

i i

Có thể chứng minh rằng 8 điều kiện này tương đương với 4 điều kiện khác, vì 4

điều kiện này dẫn đến việc thỏa mãn các điều kiện khác Chúng ta sẽ chứng minh

điều này vì nó có ý nghĩa trong lý thuyết chung của cân bằng máy Khi khâu chủ

động quay đều thì ε =0 và điều kiện (1.4) được thỏa nếu cả 4 phương trình thứ 2 của hệ (1.7) được thỏa với bất kỳ giá trị ε nào

Tích phân lần thứ nhất ta được: 1 ;

C d

dx m

x m

Từ (1.10), (1.12) và (1.13), ta viết lại:

;)()

2

C ϕ + π + = ϕ +

do đó C = 0 Vậy (1.9) đã được chứng minh Có thể chứng minh bằng giải tích các

điều kiện còn lại

Từ lý thuyết đã được chứng minh trên, tất cả điều kiện (1.7) tương đương với điều kiện hệ 4 phương trình:

;0

∑ d dxϕ

m

i i

;0

∑ d dyϕ

m

i i

;0

1

∑ d dxϕz m

i

;0

1

∑ d dyϕz m

i i

Cùng với chứng minh này, để đơn giản hóa bài toán cân bằng máy có thể xem khâu chủ động thực hiện quay đều ( ω = 0)

Để xác định bản chất vật lý của (1.14) ta trình bày ở dạng khác Nếu các khối lượng phân tố là hằng số thì có thể viết:

d

d d

dx m

ϕϕ

d

d d

dy m

ϕ

Sử dụng khái niệm về khối tâm của hệ, ta có thể viết lại:

i i i

d

d d

dx z m

ϕϕ

;

1 1 1

i i i

d

d d

dy z m

ϕϕ

dx z

dy z

=ϕ

d

dx

M s

;0

=ϕ

d

dy

M s (1.19)

;0

=ϕ

d

dI xz

;0

=ϕ

d

dI yz

Các điều kiện này có được nếu:

xs =const, ys =const, Ixz =const, Iyz =const (1.20) Các kết quả nhận được chỉ ra rằng máy sẽ cân bằng nếu khối tâm và mô_men quán tính chính trung tâm của vật quay không đổi Trong thực tế, các phương pháp cân bằng máy đều vận dụng kết quả (1.20)

1.3 Mất cân bằng của vật quay cứng Ranh giới giữa cân bằng tĩnh và cân bằng động

1.3.1 Khái niệm

Vật quay cứng: một vật quay (rô_to) đ−ợc xem là cứng khi nó có thể đ−ợc xử

lý cân bằng trong hai mặt phẳng bất kỳ "đ−ợc chọn ngẫu nhiên" và rằng sau

xử lý cân bằng này sự mất cân bằng của nó không v−ợt quá dung sai cân bằng ở tất cả tốc độ cho đến tốc độ vận hành tối đa, và khi nó quay trong những điều kiện gần với các điều kiện của hệ xác định

Mặt phẳng cân bằng: một mặt phẳng cân bằng là một mặt phẳng vuông góc

với trục của vật quay và nằm trong chiều dài của vật quay, ở đó cho phép việc gắn thêm hay lấy bớt khối l−ợng để thực hiện việc cân bằng

1.3.2 Điều kiện cân bằng rô_to

Cho khối l−ợng vật là M quay xung quanh trục oz với vận tốc góc không đổi

ω Chiếu các lực quán tính của khối l−ợng phần tử m i lên các trục tọa độ, trục

oz trùng với trục quay của rô_to, ta có:

;

2 1 1

P x =

;

2 1 1

P y =

;0

=

i i i

y

;0

1 =

=∑

i z

1 2

1

i i i

1

i i i

x

;0)(

)( 1 1 − 1 1 = 2 1 1 − 1 1 =

−

M

i i i

x y

Từ (1.21) và (1.22) ta thấy vật cân bằng khi:

xs = 0, ys = 0, Ixz = 0, Iyz = 0 (1.23)

Điều kiện đầu có nghĩa là điểm S (khối tâm của rô_to) cần phải nằm trên trục quay Đó là điều kiện để véc_tơ lực quán tính chính bằng 0 Hai điều kiện sau

có nghĩa là trục quay của rô_to phải là trục quán tính chính Đó là điều kiện để véc_tơ mô_men quán tính chính bằng 0 Tất cả 4 điều kiện trên có thể đạt

được nếu trục quay của rô_to là trục quán tính chính trung tâm (là trục quán

tính chính tại khối tâm của vật quay) Các vật rắn có thể đạt yêu cầu như thế nếu trục quay rô_to là trục đối xứng của nó

1.3.3 Các dạng mất cân bằng

Việc cân bằng rô_to đưa đến việc chọn lựa các hình dạng rô_to trong quá trình chế tạo sao cho đảm bảo đạt điều kiện trục quay là trục quán tính chính trung tâm Trong quá trình chế tạo rô_to, sự tác động của sai số kỹ thuật là không tránh khỏi cũng như vật liệu không đồng nhất làm cho điều kiện (1.23) bị vi phạm và làm cho rô_to bị mất cân bằng Từ điều kiện (1.23), ta phân biệt ra 3 dạng mất cân bằng của rô_to là: mất cân bằng tĩnh, mất cân bằng động và mất cân bằng hỗn hợp

1 Mất cân bằng gọi là mất cân bằng tĩnh nếu không thỏa được 2 đẳng thức

đầu của điều kiện (1.23) Trong trường hợp này tất cả các khối lượng không cân bằng của rô_to có thể thay thế bằng 1 khối lượng được gọi là

khối lượng qui dẫn m, cách trục quay khoảng cách r (Hình 1.4 a) Khi vật

quay lực ly tâm của khối lượng qui dẫn là: P = m r ω2 có độ lớn không đổi

và phương thay đổi (điều hòa) tác động lên các ổ trục gây nên sự rung

động Nội dung của bài toán cân bằng tĩnh rô_to là tìm cách đắp thêm hoặc giảm bớt khối lượng của rô_to một cách thích hợp sao cho khối tâm của nó nằm trên trục quay

2 Mất cân bằng gọi là mất cân bằng động khi không thỏa 2 điều kiện sau của (1.23)

Hình 1.4a Mất cân bằng tĩnh

Hình 1.4b Mất cân bằng động (ngẫu lực)

Trong trường hợp này khối lượng không cân bằng của vật quay được qui về hai khối lượng cùng nằm trong một mặt phẳng chứa trục, các mô_men tĩnh của các khối lượng đối với trục quay bằng nhau (Hình 1.4b) Khi vật quay thì các lực ly tâm của các khối lượng này tạo thành một ngẫu lực Ngẫu lực tạo nên phản lực động tác động lên ổ trục và đồng thời gây ra rung động Mô-men của cặp lực này có giá trị:

M = m.r a ω2 (1.24)

Từ (1.24) ta thấy mô_men của ngẫu lực này tăng khi tăng vận tốc quay ω tăng và bằng 0 khi ω = 0 Điều này chứng tỏ rằng sự mất cân bằng chỉ có thể tìm thấy khi quay vật và do đó được gọi là mất cân bằng động Mất cân bằng động thuần tuý của vật quay rất ít xảy ra trong thực tiễn

3 Mất cân bằng gọi là mất cân bằng hỗn hợp nếu tất cả 4 điều kiện của

(1.23) không thỏa

Hình 1.5 Mất cân bằng hỗn hợp

Các lực ly tâm của các khối lượng không cân bằng của vật quay tương

đương với lực P và ngẫu lực (F,F), lực và ngẫu lực (F,F) không nằm trên cùng một mặt phẳng Sự mất cân bằng như vậy là tổng quát nhất và thường xảy ra trong thực tế Hệ lực trên tương đương với hệ gồm hai lực chéo nhau nằm trong hai mặt phẳng được chọn I và II vuông góc với trục quay của vật (Hình 1.5)

Thực vậy, lực P có thể phân thành hai lực song song là P1 và P2 nằm trong mặt phẳng I và II Phân mỗi thành phần từ cặp lực thành các thành phần F'1 , F'2 và F''1 , F''2 Kết quả ta nhận được trong mặt phẳng I hệ lực P1, F'1, F''1 và trong mặt phẳng II hệ lực P2, F'2, F''2 Thay thế mỗi

hệ lực bằng một lực tương đương, tức là R1 trong mặt phẳng I và R2 trong mặt phẳng II Kết quả nhận được chỉ ra rằng khi mất cân hỗn hợp tất cả các khối lượng không cân bằng của vật quay có thể thay thế bằng hai khối lượng m1 và m2 nằm trong hai mặt phẳng đã được lựa chọn (Hình 1.5)

Mất cân bằn g hỗn hợp thường thấy ở các chi tiết có kích thước dọc theo trục quay lớn hơn kích thước ngang (turbine, trục khuỷu, rô_to điện, trục có gắn bánh răng, )

Sự mất cân bằng có thể trừ khử bằng cách đưa vào các khối lượng phụ

hay còn gọi là đối trọng (gắn, hàn thêm ) Lực ly tâm do các đối trọng

này sinh ra sẽ cân bằng với lực ly tâm của các khối lượng qui dẫn Quá

trình lấy bớt các khối lượng mất cân bằng (khoan, mài ) cũng là biện

pháp thứ hai nhằm trừ khử các lực ly tâm do các lượng mất cân bằng sinh

ra Sự chọn lựa sơ bộ các đối trọng cân bằng và sau đó gắn lên vật quay

được gọi là cân bằng Nếu đối trọng được chọn để khử mất cân bằng tĩnh thì nguyên công được gọi là cân bằng tĩnh, còn để khử mất cân bằng

động hay hỗn hợp thì nó được gọi là cân bằng động

1.3.4 Ranh giới giữa cân bằng tĩnh và cân bằng động

Khi vật quay mất cân bằng động hoặc hỗn hợp thì do tồn tại cặp véctơ - men nên không thể dùng cân bằng tĩnh để khử Chỉ khi ngẫu do cặp lực này sinh ra nhỏ, tức là chiều dầy của vật quay nhỏ hơn khá nhiều so với đường kính của nó, lúc đó vật có thể được xem là chỉ mất cân bằng tĩnh Vấn đề đặt

mô-ra là vật quay mỏng bao nhiêu thì được xem là chỉ mất cân bằng tĩnh Thực tế cân bằng cho thấy vật quay dầy nếu quay ở tốc độ thấp thì vẫn có thể dùng phương pháp cân bằng tĩnh để cân bằng, ngược lại vật quay mỏng nếu quay ở tốc độ cao thì đòi hỏi phải cân bằng động Rõ ràng ranh giới giữa cân bằng tĩnh và động chưa rõ rệt và hiện nay ở mỗi nước có qui ước riêng để phân loại

Ví dụ theo tài liệu "Sổ tay cân bằng động" (Mechanalysis, IRD-1977) thì ranh giới giữa cân bằng động và tĩnh được xác định theo giản đồ trên Hình (1.6)

Hình 1.6 Ranh giới cân bằng

Trong hình 1.6 trang bên thì:

B bề dầy vật quay;

D đường kính vật quay;

Miền I vật quay buộc phải cân bằng động;

Miền II vật quay có thể được cân bằng tĩnh hoặc động tuỳ vào độ chính

xác và yêu cầu làm việc;

Miền III vật quay chỉ cần cân bằng tĩnh

1.4.1 Phương pháp cân bằng tĩnh

Gọi: m khối lượng mất cân bằng (qui dẫn) của chi tiết,

x khoảng cách từ khối lượng này tới trục quay của chi tiết

Q = mg trọng lực của khối lượng mất cân bằng

Khi đó mô-men lớn nhất của trọng lực này đối với trục quay khi ổn định (khi cân bằng tĩnh) sẽ là:

Các lực ma sát lăn cản trở chi tiết lăn trên sóng trượt hay khối V con lăn Chúng tạo ra một mô-men cản:

Mms = f P (1.26) trong đó:

f: hệ số ma sát lăn, hệ số này phụ thuộc vào chất lượng gia công và độ cứng bề mặt của sóng trượt và trục gá tâm, P: trọng lượng chi tiết

Nếu Q x > f P thì chi tiết quay sẽ có vị trí dừng lặp lại, như ta vẫn thường gọi là

mất cân bằng rõ rệt

Nếu Q x < f P thì chi tiết quay sẽ có vị trí dừng không lặp lại, như ta vẫn

thường gọi là cân bằng phiếm định Quá trình cân bằng phụ thuộc vào dạng

mất cân bằng

Hình 1.7 Đĩa quay mất cân bằng tĩnh

Quá trình cân bằng không rõ rệt xảy ra như sau: chi tiết không cân bằng được

đặt lên ổ đỡ của đồ gá và bắt đầu lăn từ từ Sau đó chi tiết dừng lại, ta đánh dấu điểm thấp nhất trên đường thẳng đứng đi qua tâm trục Tuy nhiên dưới

ảnh hưởng của lực ma sát lăn, khối lượng mất cân bằng có thể không nằm trong mặt phẳng thẳng đứng, mà nằm tại điểm 1 (Hình 1.7) Để xác định rõ vị trí tâm của khối lượng mất cân bằng ta quay chi tiết đi 900, điểm 1 lúc này nằm trên mặt phẳng nằm ngang Buông chi tiết ra Một lúc sau chi tiết dừng lại, ta

đánh dấu điểm 2 này là điểm thấp nhất trên đường kính thẳng đứng Một lần nữa, ta lại quay chi tiết đi 900 theo hướng ngược lại và tương tự ta đánh dấu

điểm 3 Nếu các điểm 1 , 2 , 3 trùng nhau thì tâm khối lượng mất cân bằng qui dẫn được tìm ra chính xác Nếu các điểm đo không trùng nhau thì mặt phẳng chứa tâm khối lượng mất cân bằng là mặt phẳng đối xứng của điểm 2 và 3 (điểm 4 trên Hình 1.7) Đánh dấu điểm 5, là điểm đối diện qua tâm của 4 và ta chọn khoảng cách từ trục chi tiết đến vị trí đặt đối trọng là r , xác định được

điểm O gắn đối trọng Để xác định giá trị đối trọng, ta quay chi tiết sao cho mặt phẳng qua điểm 4 và 5 là nằm ngang (Hình 1.8, trái) Sau đó ta gắn vào điểm

O một khối lượng thử sao cho chi tiết quay đi một góc 100 ữ 150 theo phương

đã chọn Sau đó tiếp tục quay chi tiết đi 1800 thì nó nằm ở vị trí như trên Hình 1.8, phải Chọn đối trọng phụ ∆P thêm vào P sao cho chi tiết bị quay đi một góc 100 ữ 150 cũng theo phương trên

Hình 1.8 Khối lượng thử trên đĩa quay mất cân bằng tĩnh

ở thí nghiệm thứ nhất sau khi chi tiết quay đi một góc nhỏ thì sự cân bằng xảy

ra, khi đó ta có đẳng thức:

M1ms = (Q x - P r) cos α1 (1.27) trong đó:

M1ms - mô-men ma sát qui dẫn của cổ trục của chi tiết đối với thiết bị

+ Ơ thí nghiệm thứ hai, ta có đẳng thức:

M2ms = [(P + ∆P) r - Q x] cos α2 (1.28) Nếu cho rằng mô-men ma sát qui dẫn của cả hai lần thí nghiệm đều như nhau thì từ hai phương trình (1.27) và (1.28), ta nhận được:

(P + ∆P/2) r = Q x (1.29)

Chi tiết sẽ cân bằng nếu mô-men tĩnh của đối trọng bằng mô-men tĩnh của khối lượng mất cân bằng qui dẫn Từ phương trình (1.29), đối trọng cân bằng phải là:

Đối trọng này cần phải gắn chặt ở khoảng các r từ trục quay chi tiết về phía

điểm 5 (Hình 1.8) hoặc lấy đi ở khoảng cách đó nhưng về phía điểm 4 Để thấy rõ các điều kiện đồng nhất của quá trình cân bằng, mọi nguyên công

được đề nghị tiến hành theo một phương

Khi chi tiết cân bằng phiếm định, ta tiến hành cân bằng như sau: trên chi tiết ta chọn một vòng tròn để đặt các đối trọng có tâm là trục quay chi tiết, chia vòng tròn thành 6-8 phần bằng nhau, các điểm chia được đánh số liên tục Đặt chi tiết đã được chuẩn bị như vậy lên đồ gá cân bằng Chọn chiều quay của chi tiết và quay chi tiết đi cho đến khi một trong các điểm bố trí rơi vào mặt phẳng nằm ngang, sau đó chọn đối trọng thí nghiệm thế nào đó sao cho khi gắn nó vào điểm đã chọn trên chi tiết thì chi tiết quay đi một góc nhỏ 100 ữ 150 theo chiều đã chọn Tiếp tục làm việc này đối với các điểm đánh số và chọn mỗi

điểm một đối trọng phù hợp, dựa vào đó ta xây dựng đường cong trọng lượng của các đối trọng thí nghiệm theo vị trí các điểm đánh số (Hình 1.9)

Hình 1.9 Đường cong trọng lượng

Dựa vào đường cong ta tìm trọng lượng lớn nhất và nhỏ nhất của các đối trọng thí nghiệm Khi tiến hành cân bằng đúng thì hai đối trọng thí nghiệm này sẽ cùng nằm trên một đường kính Các mô-men không cân bằng của các trọng lực do các đối trọng lớn nhất và nhỏ nhất sinh ra đối với trục quay là:

+ đối với trọng lượng lớn nhất: M1 = Pdtmax r - Q x ,

+ đối với trọng lượng nhỏ nhất: M2 = Q x - Pdtmin r,

trong đó Pdtmax và Pdtmin là trọng lượng lớn nhất và nhỏ nhất của các đối trọng thí nghiệm

Như vậy, khi cân bằng, chi tiết quay với cùng một góc như nhau dưới tác dụng của các đối trọng trong thí nghiệm đặt trên cùng một bán kính, nên M1 = M2 và

2

P-

Pdtmax dtmin

r x

Nếu bán kính đối trọng thí nghiệm bằng bán kính gắn đối trọng cân bằng (x = r) thì đối trọng cân bằng khi đó được xác định như sau:

; 2

P -

động thích ứng Sự phát triển của kỹ thuật điện tử và tin học cùng với sự phát triển đa dạng của các loại cảm biến.Đáng kể nhất là các loại cảm biến dùng gốm áp điện (piezoelectric sensor), cảm biến đo dao động không tiếp xúc (Eddy current), cũng đã bổ sung thêm một số phương pháp cân bằng tin cậy Các phương pháp mới có nguyên tắc không thay đổi nhiều so với các phương pháp truyền thống

Cân bằng vật quay có thể được xem xét theo hai cách:

* Trên máy cân bằng (Shop balancing) : Khi vật quay được tháo ra khỏi máy,

việc cân bằng nó có thể được thực hiện trên một băng thử đặc biệt được thiết

kế riêng cho việc cân bằng, gọi là máy cân bằng Có hai loại máy cân bằng:

• Máy cân bằng gối đỡ cứng: Việc cân bằng phải được thực hiện tại vận

tốc quay thấp hơn nhiều vận tốc tới hạn thứ nhất của cụm vật quay - ụ đỡ (Việc xác định tốc độ tới hạn này có thể làm gần đúng nhờ vào việc xác

định tần số riêng đầu tiên, hoặc bằng tính toán, hoặc bằng việc phân tích dao động thực nghiệm.) Ta đo các phản lực do vật quay tác động lên các gối đỡ nhờ vào các cảm biến lực (sử dụng vật liệu áp điện) riêng rẽ trên các gối đỡ Các loại máy cân bằng do HoneyB Group chế tạo đa số thuộc loại này Ưu điểm nổi bật của chúng là sự ổn định trong vấn đề truyền

động và có kết cấu nhìn chung rất cứng vững Nhờ vậy, hệ thống hai cảm biến đo lực (force transducers) tích hợp trên máy có tuổi thọ làm việc rất cao

• Máy cân bằng gối đỡ mềm: Trong trường hợp này, người ta thực hiện

việc cân bằng tại vận tốc quay vượt quá các tốc độ tới hạn của cụm vật quay - ụ đỡ (Còn gọi là cân bằng sau cộng hưởng) Máy cân bằng động kiểu gối đỡ mềm được sử dụng nhiều khi loại vật quay cần cân bằng rất đa dạng (kích thước, khối lượng, chất lượng cân bằng yêu cầu) Dao động của các gối đỡ đo được nhờ vào các cảm biến chuyển vị, cảm biến vận tốc hay cảm biến gia tốc

*Tại chỗ (Field balancing) : Trong trường hợp này, vật quay được cân bằng

ngay trên các gối đỡ của máy (có độ đàn hồi nói chung là không xác định) tại vận tốc quay làm việc của máy Việc cân bằng tại chỗ rất thuận tiện đối với các chi tiết có kích cỡ quá khổ mà việc tháo ráp khỏi máy, việc chuyên chở trở thành vấn đề lớn Cân bằng tại chỗ không áp dụng được cho các loại chi tiết bị bao kín hoàn toàn như môtơ, máy bơm và máy nén Lúc đó việc sử dụng máy cân bằng là bắt buộc Cũng cần lưu ý là việc cân bằng tại chỗ thì cho độ chính xác cân bằng kém hơn so với cân bằng trên máy Thực tế những thiết bị cân bằng cho phép cân bằng các vật quay từ vài tấn đến 20.000 tấn vẫn được chế tạo theo yêu cầu đặc biệt (các sản phẩm của hãng TESTWELL, SCHENCK, IRD, )

* Sau đây là một số phương pháp cân bằng động thông dụng

+ Cân bằng động bằng phương pháp khởi động ba lần không cần tín hiệu báo pha

Ta phải khởi động ba lần, mỗi lần khởi động nâng số vòng quay lên đến định mức và đo biên độ dao động nhờ dụng cụ đo rung Ta có số liệu đầy đủ để xác

định lượng mất cân bằng và vị trí đặt đối trọng dựa theo phương pháp đồ thị

Bắt đầu tiến hành cân bằng từ phía rô_to mà gối đỡ có độ rung cao nhất Lần

đầu đo độ rung gối đỡ đối với rô_to chưa có khối lượng thử; còn hai lần khác khi đã có khối lượng thử như nhau Cụ thể là lần lượt đặt trọng khối thử lên

điểm vòng tròn của rô_to cách nhau 1 góc 900 Ví dụ xác định trọng lượng và

vị trí của đối trọng cân bằng trên cơ sở khởi động 3 lần bằng đồ thị như sau: Sau khi khởi động máy nâng số vòng quay lên tới dịnh mức, nhờ dụng cụ đo rung ta ghi biên độ rung động lớn nhất, ví dụ biên độ lấy bằng 0.22mm Đem

đặt khối lượng thử với khối lượng 5 gam lên bất kỳ chỗ nào trên vòng tròn của rô_to (điểm A), tiến hành khởi động lần thứ hai và biên độ dao động là 0.3

mm Dịch khối lượng thử từ điểm A đến điểm B, cách nhau 900 về phía ngược chiều quay của trục và tiến hành khởi động lần thứ 3, biên độ đo được là 0.38

mm Theo số liệu nhận được ta xây dựng đồ thị với tỷ lệ 5 mm trên đồ thị ứng với độ rung 0.01 mm

Từ điểm 0 làm tâm, ta vẽ vòng tròn với bán kính bằng biên độ dao động trong lần khởi động lần thứ nhất, theo tỷ lệ đồ thị, bán kính ấy bằng:

R1 = (0.22 * 5) / 0,01 = 110 (mm) Sau đó từ A ta vẽ vòng tròn khác có bán kính bằng biên độ dao động trong lần khởi động thứ nhất, theo tỷ lệ của đồ thị, bán kính ấy bằng:

R2 = (0.3 * 5) / 0,01 = 150 (mm)

Từ điểm A lùi ngược chiều quay của trục 1 góc 900 , ta được điểm B Từ B vẽ vòng tròn với bán kính: R3 = (0.38 * 5) / 0,01 = 190 (mm)

Hình 1.10 Đồ thị xác định đại lượng và vị trí đặt khối lượng cân bằng

Bán kính này tương ứng với biên độ dao động đo được lúc khởi động lần thứ 3 (với khối lượng thử được dịch sang điểm B) Nối điểm O với điểm D giao nhau của hai vòng tròn (vẽ từ các điểm A và B) và kéo dài cho đến khi cắt vòng tròn tâm D ở điểm C Điểm C là vị trí đặt khối lượng cân bằng Đại lượng của khối lượng này được xác định bằng tỷ số của R1 trên đoạn OD nhân với đại lượng của khối lượng thử:

P = (110 * 5) / 80 = 6.87 (gr) Thực hiện tương tự cho đầu còn lại của rô_to Sau khi đã gắn chặt các khối lượng cân bằng, nếu cần khởi động để kiểm tra lần cuối, phương pháp khởi

động 3 lần được coi là kết thúc

Do 3 lần mở máy nên phương pháp này tốn nhiều thời gian, đặc biệt đối với các chi tiết lớn đòi hỏi thời gian mở và dừng máy lâu, nhưng thao tác đơn giản nên vẫn được sử dụng

+ Cân bằng động bằng phương pháp khởi động 2 lần

Phương pháp cân bằng này nhanh hơn vì nhờ có dụng cụ đo rung và thiết bị

đo pha Có nhiều phương pháp đánh dấu pha Trước đây có nhiều phương pháp hoạt nghiệm (stroboscop), hiện nay thường dùng tế bào quang điện, công tắc điện từ và do đó thuận tiện cho việc sử dụng máy tính khi đánh dấu pha

Khi khởi động lần thứ nhất ta đo được biên độ dao động và vị trí góc pha ứng với điểm 2 Đặt khối lượng thử mt cách vị trí 2 một góc 900 theo ngược chiều quay của rô_to Khi khởi động lần thứ hai với khối lượng thử mt ta đo được biên độ dao động và xác định góc dịch α của điểm đánh dấu pha 3 so với

điểm 2 Theo tỉ lệ đã chọn ta vẽ biên độ dao động đo được lúc khởi động lần

đầu dưới dạng véc_tơ AB; cùng 1 tỷ lệ như vậy ta sẽ vẽ được véc_tơ AC tỷ lệ với biện độ dao động đo được trong lần khởi động thứ hai Nối điểm C và B bằng đường thẳng CB Từ tam giác ACB và theo tỷ lệ đã chấp nhận ta xác

định đại lượng của véc_tơ CB và góc β (do véc_tơ AB và CB tạo thành) Theo các số liệu đó ta xác định trọng lượng của khối lượng mất cân bằng:

Hình 1.11 Xác định đại lượng và vị trí đặt khối lượng và vị trí đặt khối lượng

mất cân bằng khi cân bằng theo phương pháp khởi động hai lần

Cho rô_to quay với vận tốc làm việc, đo biên độ dao động của cả 2 gối đỡ Bắt

đầu cân bằng ở phía có biên độ lớn

Khối lượng thử gắn trên bán kính r0 lần lượt ở ba điểm a, b, c tương ứng với nhau dưới 1 góc 1200 theo chiều quay Cho khởi động máy và đo biên độ dao

với n là tỷ lệ tự chọn

Trên 3 vòng tròn đó ta vẽ 1 tam giác đều mà đỉnh a nằm trên vòng tròn có bán kính ra , đỉnh b - ứng với rb và đỉnh c - ứng với rc

Hình 1.12 Xác định bằng đồ thị lượng mất cân bằng

Vẽ ba đường phân giác, chúng cắt nhau ở 0 Nối OS1 , đường OS1 cắt cung

AC của vòng tròn ngoại tiếp tam giác đều abc ở điểm S Trị số của cung aS và

cS theo tỷ lệ vối nhau đưa lên vòng tròn có bán kính r trên rô_to và điểm S chính là vị trí Aa cần gắn trọng lượng để cân bằng Trọng lượng đó được xác

định như sau:

p t cb

r

O S m

trong đó mt khối lượng thử

S1O véc_tơ mất cân bằng

rp bán kính vòng tròn ngoại tiếp qua 3 điểm a,b,c (mm)

Ba phương pháp trên chỉ được áp dụng cho từng mặt một, điều này thể hiện rõ trên máy cân bằng kiểu khung (loại có trục dao động cố định) Để cân bằng một chi tiết, rõ ràng sẽ mất nhiều thời gian (do số lần mở máy nhiều, thời gian gắn đối trọng thử hoặc đảo đầu chi tiết, ) Trong kỹ thuật hiện đại cùng với sự phát triển và hoàn thiện kỹ thuật đo giao động và việc ứng dụng tích cực của máy tính người ta cố gắng hạn chế số lần khởi động máy cũng như việc gắn và tháo gỡ đối trọng bằng cách tận dụng số liệu đo thu được trong mỗi lần khởi

động Điều đó có ý nghĩa rất lớn: việc giảm thời gian xử lý giúp tăng năng suất cân bằng, dễ dàng tự động hoá quá trình cân bằng

Để giảm thiểu số lần tháo gỡ đối trọng và số lần chạy thử, có thể áp dụng phương pháp sử dụng hai lần mở máy:

+ Lần thứ nhất cho chi tiết chạy không, tiến hành đo biên độ dao động ở hai mặt

+ Lần thứ hai gắn đối trọng thử lên 1 trong 2 mặt, cho chi tiết quay đến tốc độ như ban đầu, tiến hành đo biên độ và pha dao động ở hai mặt Với các số liệu thu được kết hợp với chương trình tính toán, có thể xác định

động của máy được êm Tất cả các phân xưởng bảo trì cũng như các phân xưởng chế tạo các rô_to rất cần phải có máy cân bằng Nó giúp tiết kiệm khoảng thời gian

đem đi cân bằng (nếu phân xưởng không có máy cân bằng) Việc tiết kiệm này (thời gian, phí cân bằng) có thể cho ngay được câu trả lời của việc trang bị máy cân bằng cho phân xưởng hoặc nhà máy

Các nhà chế tạo phải đảm bảo rằng sản phẩm của mình hoạt động trơn tru khi lắp vào vị trí làm việc Một trong những quan tâm đầu tiên là chất lượng cân bằng của các bộ phận quay Có thể thông qua kinh nghiệm, nhà chế tạo đưa ra một giới hạn cho phép về mất cân bằng chấp nhận được với loại máy của mình Nếu vượt qua giá trị đó thì máy không thể hoạt động bình thường được Gặp trường hợp này, các

bộ phận quay phải được cân bằng ngay lúc chế tạo, trong hầu hết các trường hợp,

là trước khi lắp ráp

Để cân bằng rô_to cần biết được các thông tin về lượng mất cân bằng, dựa trên cơ

sở đó mà ta sẽ thực hiện các biện pháp công nghệ nhằm đưa rô_to về trạng thái cân bằng với độ chính xác yêu cầu Lời giải hợp lý của bài toán cân bằng là tiến hành hai yếu tố trong một quá trình liên tục hội tụ Song cách làm như vậy chỉ mới thực hiện khoảng mười năm gần đây tại Việt Nam do thiếu phương tiện Hiện nay cân bằng rô_to vẫn được thực hiện qua hai nguyên công tách biệt là:

* xác định lượng mất cân bằng của rô_to;

* lấy đi lượng mất cân bằng đó

Độ chính xác của nguyên công lấy đi lượng mất cân bằng phụ thuộc vào độ tin cậy của các dữ kiện về lượng mất cân bằng của rô_to Cần phải để ý thêm rằng thao tác đó, chưa nói đến vấn đề đo đạc, cũng gây ra sai số trong quá trình cân bằng

Việc khử lượng mất cân bằng đòi hỏi hoặc lấy bớt khối lượng hoặc tăng khối lượng cho rô_to, trong phần lớn trường hợp là thực hiện theo qui trình công nghệ đã được vạch ra Vì vậy điều quan trọng đặt ra cho thiết bị đo là phải đưa ra những thông tin

về độ mất cân bằng một cách chính xác Độ tin cậy của những thông tin đó phần lớn phụ thuộc vào chính cấu tạo của thiết bị cân bằng cũng như điều kiện sử dụng

1 Sóng trượt song song : là thiết bị đơn giản nhất để cân bằng, nó gồm 2 lăng trụ ngang (1) được ngàm trên nền chung Hai thanh trượt có thể điều chỉnh

được để mép chúng có thể song song nhau và cùng nằm trong 1 mặt phẳng ngang

Hình 1.13 Giá sóng trượt song song

Chi tiết cân bằng (2) được lắp vào trục gá chuyên dùng (3) Nếu chi tiết mất cân bằng tĩnh thì dưới tác dụng của lượng mất cân bằng nó sẽ lăn Khi lăn, chi tiết phải thắng được ma sát lăn của trục gá so với sóng truợt, lực ma sát lăn xác định độ nhạy của thiết bị cân bằng Do vậy sóng trượt và trục gá cần được chế tạo cẩn thận, và phải được tôi Ngoài ra chúng phải có đủ độ cứng để biến dạng đàn hồi không làm giảm tính chính xác của sự cân bằng Khuyết điểm cơ

bản của sóng trượt song song là không thể áp dụng được cho các chi tiết có

đường kính trục khác biệt nhau lớn

2 Đồ gá con lăn: là thiết bị cân bằng mà trục tâm hay ngõng trục của chi tiết

được đặt trên các ổ lăn Các gối lăn trong trường hợp đơn giản nhất là các ổ bi hoặc ổ đũa được lắp trong gối tựa So với sóng trượt song song thì ma sát trong đồ gá con lăn tăng lên nhiều Điều này được giải thích là ngoài lực ma sát lăn của chi tiết cân bằng đối với các trục lăn còn lực ma sát xuất hiện trong các gối của chính con lăn

Hình 1.14 Giá cân bằng con lăn

Từ hình 1.14 ta có: P1 + P2 = Q / cosα (*) tức là tổng lực tác dụng lên cả 2 con lăn (P1 + P2 ) lớn hơn trọng lực chi tiết Q truyền đến các gối

Từ phương trình (*) ta thấy khi giảm góc α thì giảm tổng áp lực lên con lăn, đây

là một trong những phương pháp làm tăng độ nhạy của thiết bị

3 Đồ gá đĩa: là biến thể phát triển của đồ gá con lăn Đồ gá cho phép giảm

đáng kể góc α và do đó làm tăng độ nhạy của thiết bị Nếu dùng đồ gá một đĩa thì còn có hiệu quả cao hơn nữa

Hình 1.15 Giá cân bằng kiểu đĩa

1.5.2 Máy cân bằng một mặt

Ma sát tồn tại trong các ổ lăn, trên thanh ray, làm giảm độ nhạy của thiết bị cân bằng tĩnh Điều đó có nghĩa là với lượng mất cân bằng bé thì thiết bị cân bằng tĩnh không thể phát hiện được Gặp trường hợp này, người ta sử dụng máy cân bằng một mặt để cân bằng tĩnh ở trạng thái động Phương pháp này

đòi hỏi chi tiết được quay với tốc độ yêu cầu và lợi dụng lực kích động tỷ lệ với bình phương vận tốc quay, người ta dễ dàng xác định được giá trị và vị trí lượng mất cân bằng Do đó khả năng phát hiện được lượng mất cân bằng bé nên chúng thường sử dụng để cân bằng các chi tiết quay làm việc ở tốc độ cao Hình vẽ dưới đây cho thấy một số kết cấu thường gặp

Hình 1.16 Máy cân bằng một mặt phẳng

1.5.3 Máy cân bằng động hai mặt phẳng

Máy cân bằng động thực chất là một cơ hệ đàn hồi trên có gắn vật quay cần cân bằng Cơ hệ đàn hồi có tần số dao động riêng xác định Khi chuyển động vật quay sẽ tạo nên các hệ lực quán tính ly tâm đóng vai trò lực kích động của cơ hệ đàn hồi Dưới tác dụng của chúng, cơ hệ sẽ dao động và nhờ vào các cảm biến đo dao động ta dễ dàng xác định được các đặc trưng dao động của cơ hệ Từ đó ta tiến hành xác định lượng mất cân bằng và vị trí của chúng Như vậy một máy cân bằng động phải bao gồm các cụm sau:

Dẫn động và truyền động: có nhiệm vụ cung cấp mô_men quay cho vật quay cần cân bằng

Cơ hệ đàn hồi: Đảm bảo vật quay dao động theo những phương nhất định với

độ nhạy cao và vùng tuyến tính đủ rộng

Hệ thống đo lường: Bao gồm các cảm biến, bộ khuếch đại, bộ tính toán

Các bộ phận chủ yếu của một máy cân bằng động có thể được biểu diễn theo sơ đồ sau:

Hình 1.17 Sơ đồ các cụm chính trong máy cân bằng động hai mặt

Cụm truyền

động

Cụm dẫn

động

Cụm cơ hệ

đàn hồi

Cụm

đo lường

và xử lý

1 Bộ phận truyền động

Điều kiện tiên quyết để cho phép đo được lượng mất cân bằng là sự ổn định về tần số quay của chi tiết cần cân bằng cũng như đảm bảo bộ truyền động không ảnh hưởng đến các đặc tính của quá trình dao động hoặc phải giảm ảnh hưởng đó (nếu có) Trong các máy cân bằng hiện đại, ngoại trừ các máy cân bằng các chi tiết và các cụm có bộ dẫn động riêng (ví dụ động cơ điện ở nguyên cụm thì người ta sử dụng bộ truyền động điện cơ Động cơ sẽ truyền chuyển động quay đến chi tiết cần cân bằng bằng trục với khớp bản lề (cardan), trục với khớp đàn hồi hoặc bộ truyền đai

Động cơ điện dùng trong máy cân bằng rất đa dạng: công suất từ vài chục W

đến vài chục kW, tốc độ từ vài trăm vòng/phút đến vài chục ngàn vòng/phút

Động cơ điện một chiều có hiệu suất khá cao (0.7 ữ 0.95) và có thể đảm bảo việc điều chỉnh tần số quay trong một vùng rộng (2000 ữ 27000 vòng/phút) và

có giá trị mô_men khởi động lớn (tỉ số của giá trị mô_men khởi động Mkđ và mô_men định mức Mđm trong khoảng ( 2,5 ữ 4 ) và đôi khi có thể lớn hơn)

Động cơ một chiều công suất nhỏ dể tìm, giá rẻ và có đặc tính như trên nên thích hợp cho các chi tiết quay nhỏ, khả năng điều chỉnh được tốc độ của động cơ một chiều cho phép làm nhỏ gọn bộ phận truyền động và dẫn động, nó có

ý nghĩa rất lớn khi tiến hành phương pháp cân bằng ở nhiều tốc độ mà chỉ cần một lần mở máy, làm tăng năng suất làm việc

Với các chi tiết quay lớn và đòi hỏi công suất động cơ cao hơn thì không thể dùng động cơ một chiều vì động cơ một chiều công suất lớn rất khó tìm, nguồn

điện cung cấp bị hạn chế Gặp trường hợp này người ta thường sử dụng động cơ không đồng bộ hoặc đồng bộ vì các động cơ này loại này dễ vận hành, dễ thao tác

2 Bộ phận dẫn động

Chi tiết quay nhận chuyển động từ động cơ thông qua trục với khớp bản lề (cardan) hoặc trục với khớp đàn hồi hoặc bộ truyền đai Các trục dẫn động của các máy cân bằng hiện đại phải đáp ứng một loạt các yêu cầu và đảm bảo độ chính xác cao khi cân bằng cũng như thuận tiện trong quá trình vận hành và

sự tin cậy cao của kết cấu trong vùng vận tốc với miền khối lượng chi tiết rộng Các trục dẫn động cần phải thỏa mãn các yêu cầu chủ yếu sau:

- Độ cứng chống uốn trong mặt phẳng ngang và thẳng đứng chứa đường trung tâm của trục cần phải min

- Đảm bảo tính chất đồng nhất

- Đảm bảo khả năng tự động hóa việc lắp khớp giữa trục dẫn động và chi tiết máy

- Đảm bảo cố định trục theo phương dọc trục

Bộ truyền đai thường được sử dụng để cân bằng những chi tiết nhỏ dưới 30kg, ít khi được dùng với chi tiết từ 100kg trở lên Sự dẫn động bằng trục (có thêm các chi tiết đàn hồi) thì đảm bảo độ chính xác cân bằng cao và cũng được sử dụng chủ yếu để cân bằng các chi tiết dưới 100kg Được sử dụng rộng rãi nhất là bộ truyền quay bằng trục 2 khớp bản lề được dùng trong máy cân bằng chi tiết với miền khối lượng rộng (1 kg ữ 100.000 kg hay cao hơn)

a) Trục truyền động hai khớp bản lề (Cardan)

Đó là bộ truyền động có độ cứng vững và bền cao, đảm bảo truyền mô_men xoắn lớn và khi thiết kế về mặt công nghệ và kết cấu hợp lý thì sẽ đảm bảo có

ảnh hưởng nhỏ nhất lên hệ dao động của máy Khối lượng của trục dẫn động

ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng cân bằng, nên thường trục được làm ở dạng trục rỗng Người ta cũng có thể làm trục dẫn động với các khớp bản lề và thay vì

ổ bi là ổ trượt dùng trong các trường hợp độ chính xác cân bằng không cao nhưng có yêu cầu giảm khối lượng của trục dẫn động

Hình 1.18 Trục truyền động hai khớp bản lề (Cardan)

Nhược điểm của loại trục truyền này là:

+ Tồn tại ma sát trượt

+ Sự không đồng trục làm giảm độ chính xác cân bằng, tuy vậy không ảnh hưởng lắm đến chất lượng cân bằng khi độ chính xác cân bằng yêu cầu không cao

b) Trục truyền động với khớp nối đàn hồi

So với trục truyền động khớp bản lề (cardan) thì trục truyền động khớp nối đàn hồi có nhiều ưu điểm: tiện lợi trong quá trình sử dụng, ổn định và độ chính xác cao khi cân bằng, không có ma sát và khe hở như trong khớp bản lề Tuy vậy,

độ cứng chống uốn không cao và không ổn định khi chịu tải trọng dọc của các phần tử đàn hồi của cơ cấu Hơn nữa chế tạo lại khá phức tạp do yêu cầu độ chính xác cao về vị trí tương hỗ giữa các khớp nối và các phần tử đàn hồi Khớp loại này dùng để cân bằng chi tiết có khối lượng 100Kg

Hình 1.19 Trục truyền động với vòng đàn hồi

c) Trục dẫn động với khớp răng

Trục dẫn động với khớp răng của trục dẫn động, độ cứng xoắn cao được đảm bảo nhờ độ cứng liên kết giữa các vành với các răng ngoài 1 và răng trong 2, còn độ cứng dọc trục thì được đảm bảo bởi khớp cầu 3 Dao động tự do của chi tiết trong quá trình cân bằng được đảm bảo nhờ khe hở ăn khớp trong của các răng Khi dao động thì sự tiếp xúc đường giữa các răng sẽ thay bằng tiếp xúc điểm do đó làm giảm độ bền của các khớp nối là tích đẳng hướng Nhược

điểm của khớp nối là ma sát lớn giữa các răng khi ăn khớp và trong khớp cầu; cũng như chế tạo phức tạp

Hình 1.20 Trục truyền động với khớp răng

d) Bộ truyền đai

Bộ truyền đai được sử dụng rộng rãi trong các máy để cân bằng chi tiết có khối lượng tối đa 100 Kg Trong các trường hợp riêng có thể sử dụng bộ truyền này cho các chi tiết có khối lưọng lớn hơn

Kết cấu bộ truyền đai rất đơn giản, nó gồm: hệ thống các bánh đai đảm bảo truyền mô_men xoắn từ động cơ điện truyền động đến chi tiết cân bằng

f ) Bộ truyền đai vòng

Hình 1.21 Bộ truyền đai vòng

Đai 2 vòng qua chi tiết cân bằng 1, và thông qua các bánh răng căng đai 3 và

4 lên bánh đai 5 của động cơ truyền động 6 Các bánh căng đai phải nằm phía dưới chi tiết để sự căng của dây đai không gây ra sự xê dịch ổ về một phía bất

kỳ nào đó 1 cách đáng kể

Sơ đồ truyền động bằng dây đai vòng bảo đảm góc ôm của dây đai lên chi tiết cân bằng lớn và đảm bảo truyền được mô_men xoắn lớn mà không có sự trượt

đáng kể

e) Bộ truyền tiếp tuyến cạnh (bộ truyền kẹp)

Các con lăn 1 bố trí trên các đòn bẩy xoay được 2, dây đai 3 ở vị trí các đòn bẩy từ 2 phía với góc không lớn lắm sẽ ôm chi tiết cần cân bằng 4 Sự căng của đai được đảm bảo bởi sự kẹp lại của đòn bẩy Bộ truyền này khá tin cậy,

đảm bảo được sự ổn định chuyển động quay của chi tiết ở các vận tốc làm việc và đảm bảo được sự tiếp cận dễ dàng vào khu vực làm việc khi mà các

đòn bẩy mở ra

Hình 1.22 Hình Bộ truyền đai tiếp tuyến cạnh

Khi thiết kế máy cân bằng với bộ dẫn động đai thì cần phải tránh lắp đặt các bánh đai và các con lăn gần chi tiết cân bằng vì mặc dù độ đàn hồi của dây

đai dẫn động nhỏ, các độ đảo hướng kính và dọc trục có thể được truyền đến

hệ thống dao động 1 phần và sẽ được các cảm biến của hệ thống đo tiếp nhận Việc giảm nhiễu gây ra bởi độ đảo của bánh đai và con lăn có thể đạt

Lời giải hợp lý của bài toán cân bằng là tiến hành 2 yếu tố trong 1 quá trình liên tục hội tụ Song cách làm như vậy chỉ mới thực hiện khoảng 10 năm gần

đây do thiếu phương tiện Hiện nay cân bằng rô_to vẫn được thực hiện qua 2 nguyên công tách biệt là xác định lượng mất cân bằng của rô_to và lấy đi lượng mất cân bằng đó

Độ chính xác của nguyên công lấy đi lượng mất cân bằng phụ thuộc vào độ tin cậy của các dữ kiện về lượng mất cân bằng của rô_to Khi đó chúng ta cần phải nói thêm rằng chưa nói đến vấn đề đo đạc, cũng gây ra sai số trong quá trình cân bằng

Việc khử lượng mất cân bằng đòi hỏi hoặc bớt khối lượng hoặc hoặc tăng khối lượng cho rô_to, trong phần lớn trường hợp là thực hiện theo yêu cầu của qui trình công nghệ đã được vạch ra Vì vậy điều quan trọng đặt ra cho thiết bị đo

là phải đưa ra những thông tin về độ mất cân bằng Độ tin cậy của những thông tin đó phần lớn phụ thuộc vào chính cấu tạo của thiết bị cân bằng cũng như điều kiện sử dụng nó

Như đã đề cập ở các chương trước, sự mất cân bằng thể hiện bởi vector chính

và mô_men chính của lực quán tính, mà tập hợp này gây ra dao động cưỡng bức cho cơ hệ có gắn rô_to cũng như gây ra các phản lực động tại các ổ đỡ rô_to Đo các vector của những yếu tố lực nêu ra đó ta có thể suy ra lượng mất cân bằng của rô_to

Khi xác định lượng mất cân bằng theo các thông số dao động của hệ cơ học gắn với rô_to, thì máy cân bằng thực chất lại là thiết bị đo dao động, mà thiết

bị này được chỉ định để tách những thông số lượng mất cân bằng của rô_to Vai trò của phần tử cảm nhận chính là cơ hệ dao động Dựa vào dao động của cơ hệ này mà ta đánh giá lượng mất cân bằng Cho nên cơ hệ dao động là đối tượng chủ yếu để ta nghiên cứu Khi các điểm của cơ hệ thực hiện ra không phải là ở dạng mà ta có thể dùng khử lượng mất cân bằng do vậy mà thiết bị biến đổi nó có một ý nghĩa quan trọng Để thuận tiện so sánh các cơ hệ dao

động của các máy cân bằng thì ta nên chia chúng ra thành các nhóm, dựa vào

đặc điểm chung về những quan hệ hàm giữa dao động và lượng mất cân bằng

* Người ta phân cơ hệ ra thành các nhóm như sau:

Hình 1.23 Phân loại cơ hệ đàn hồi theo bậc tự do

Nhóm 1 không bậc tự do với trục rô_to cố định (Hình 1.23 a)

Nhóm 2 1 bậc tự do với trục rô_to có trục dao động cố định (Hình 1.23 b) Nhóm 3 3 bậc tự do với mặt phẳng dao động của trục (Hình 1.23 c)

Nhóm 4 6 bậc tự do với trục rô_to không có liên kết cứng với nền cố định

(Hình 1.23 d)

Đối với máy cân bằng nhóm 1, đường kính trục rô_to cố định, cần phải mô hình toán là lực tác dụng lên hệ cơ, còn đối với nhóm 2,3,4 thì cần phải có mô hình toán là chuyển động của hệ cơ Như thế, ta nhận được 4 nhóm mô hình toán học mà mỗi mô hình có lời giải tích riêng đối với từng sơ đồ kết cấu cụ thể

Các loại máy cân bằng

a) Máy cân bằng với trục rô_to cố định

Trục rô_to có liên kết cứng với bệ máy có khối lượng đế mφ lớn Trong những máy này lượng mất cân bằng được xác định dựa trên việc đo phản lực động RA

và RB của ổ trục nhờ các cảm biến lực ly tâm do lượng mất cân bằng gây ra và mô_men do lực ly tâm sinh ra tạo nên sự mất cân bằng của rô_to Như vậy sự phân bố của các phản lực động lên ổ trục được xác định bằng sự phân bố hình học của tâm cân bằng của rô_to trên trục quay z của nó so với ổ trục (hay các

điểm đầu dò áp suất) Điều đó cho phép tiến hành điều chỉnh máy cân bằng

để đo lượng mất cân bằng trong mặt phẳng I và II với các tính toán đơn giản bằng các đường ảnh hưởng mà không kể đến khối lượng và mô_men quán tính của rô_to Kết cấu hệ rô_to sẽ đơn giản vì không có bộ phận chuyển động