Partea_1.pdf

Prefață Diagnoza vibro-acustică a mașinilor și utilajelor mecanice este un domeniu de cercetare actual și important, atât din punct de vedere teoretic, cât și experimental. Astfel în lucrare sunt prezentate analitic fenomenele pe care se bazează vibrodiagnoza, metodele și aparatura modernă de măsurare. Srudiile de caz prezentate pun în evidență o paletă largă de defecte care apar în procesul de funcționare a mașinilor și utilajelor mecanice, cum ar fi: alinieri incorecte ale arborilor, strângeri mecanice insuficiente, fenomenul de rezonanță și turația critică, defecte ale lagărelor de alunecare sau de rostogolire, defecte ale transmisiilor prin angrenare cu roți dințate sau ale transmisiilor prin curele, lanțuri, came etc. Lucrarea de faţă, urmăreşte ca prin structura şi conţinutul său să pună la dispoziţia studenţilor un material suplimentar important pentru însuşirea metodologiei utilizate în cadrul unor cercetări experimentale, ajutând în acelaşi timp la înţelegerea şi însuşirea cunoştinţelor predate la disciplinele Bazele Proiectării Mașinilor, Teoria Mecanismelor și Mașinilor şi Organe de Maşini. Studenţii fac cunoştinţă cu o serie de metode şi tehnici noi de evaluare experimentală a unor mărimi mecanice specifice organelor de maşini, mecanismelor şi maşinilor în general. Sunt utilizate atât metode precise de măsurare a unor mărimi mecanice, cât şi tehnica modernă de calcul.

1

1. Aprecierea severității vibrațiilor 1.1. Scopul lucrării Cea mai simplă analiză a vibrațiilor o reprezintă măsurarea amplitudinii vibrațiilor. O creștere a amplitudinii în timp poate indica apariția unui defect, care implicit ar micșora gradul de siguranță în funcționare a utilajului, respectiv se poate aprecia severitatea defectelor apărute.

1.2. Considerații teoretice În practică simpla măsurare a amplitudinii vibrațiilor este folosită pentru evaluarea stării de echilibru. Astfel comportamentul dinamic al unui rotor poate fi modificat prin introducerea unei mase de dezechilibru. Prin dezechilibru se înțelege starea, în care se află un rotor atunci, când, datorită forțelor centrifuge, se transmite lagărelor o forță sau o mișcare vibratorie. Vibrațiile apărute în funcționarea mașinilor și utilajelor din diferite sectoare de producție pot determina o diminuare a fiabilității acestora prin introducerea unor solicitări dinamice (suprasarcini), având drept urmare scăderea calității proceselor tehnologice de prelucrare, precum și influențe dăunătoare asupra organismului uman și a construcțiilor de diferite tipuri. Stabilirea în aceste cazuri a unor niveluri de vibrații admisibile este o operație destul de dificilă deoarece trebuie considerați o mulțime de factori: aspectul fizic al vibrațiilor, diversitatea de amplitudini și spectre de frecvențe și direcții de acțiune, durata de acțiune etc. Metoda de detecție a defectelor prin compararea valorilor RMS ale vitezei vibrațiilor cu valori măsurate anterior sau cu standardele stabilite se utilizează în multe cazuri și necesită criterii de recomandare. Astfel, în tabelul 3.1 se prezintă criteriile recomandate de Institutul Inginerilor Germani „VDI Richlinien 2056” [51]. S-a mers pe ipoteza că mașinile de mărime similară grupate după putere vor avea niveluri de vibrații similare sau chiar identice în cazul măsurătorilor de viteză în domeniul 10 Hz – 1 kHz. Conform standardelor VDI 2056, ISO 10816-1, ISO 2372 (tabelul 1), sunt întâlnite patru zone tipice de evaluare. Acestea sunt atribuite calitativ după cum urmează: · Zona Bună (verde închis): În această zonă se încadrează vibraţiile utilajelor noi sau corect reparate; · Zona Permisă (verde deschis): În această zonă se încadrează utilajele care au o funcţionare satisfăcătoare. Utilajele din această zonă sunt considerate acceptabile pentru operarea pe termen lung, nemaifiind necesare măsuri speciale;

2

· Zona Acceptabilă (oranj): În această zonă se încadrează utilajele care au o funcţionare nesatisfăcătoare, pentru operare continuă pe termen lung. Utilajele încadrate în această zonă, sunt programate pentru reparaţie, deci vor mai funcţiona doar o perioadă limitată; · Zona Nepermisă (roșu): În această zonă se încadrează utilajele care au o funcţionare inacceptabilă, valorile vibraţiei sunt suficient de severe pentru a cauza deteriorarea utilajului. Tabelul 1. Limitele permise de vibrații și zgomot pentru cele 4 grupe ale utilajelor dinamice VDI 2056 Presiunea acustică [dB] 133 129 125 121 117 113 109 105 101 97 93 89 85

Amplitudinea vibrației vef [mm/s] 45,0 28,0 18,0 11,2 7,1 4,5 2,8 1,8 1,12 0,71 0,45 0,28 0,18

Grupa K Mașini mici (< 15 kW) Nepermisă

Grupa M Mașini medii (15kW–75kW) Nepermisă

Grupa G Mașini mari (> 75 kW) Nepermisă

Grupa T Turbomașini (> 75 kW) Nepermisă Acceptabil

Acceptabil Permisă

Acceptabil Permisă

Acceptabil Permisă Permisă

Bună Bună

Bună Bună

1.3. Severitatea vibrațiilor în cazul unui rotor echilibrat/neechilibrat 1.3.1. Descrierea aparaturii

Fig. 1 3

În vederea realizării lucrării se va utiliza Sistemul de diagnoză al organelor de mașini GUNT PT 500 pe care se montează modulul pentru arbori elastici GUNT PT 500.10 (fig. 1). Montajul prezentat în figura 1 se utilizează pentru determinarea experimentală a amplitudinii vibrațiilor pe lagărul de rostogolire 4 și 8 în diferite puncte de măsurare: A, C – pe direcție verticală; B, D – pe direcție orizontală și E – pe direcție axială. Astfel montajul din figura 1 este format din: 1 – unitatea de comandă și motorul electric; 2 – cuplaj elastic cu disc intermediar din cauciuc; 3 – inele de siguranță; 4 – lagăr de rostogolire; 5 – arbore lung; 6 – rotor în formă de disc (echilibrat); 7 – palpator; 8 – lagăr de rostogolire; 9 – senzor de accelerație; 10 – amplificator de semnal; 11 – unitate USB pentru transmiterea semnalului achiziționat spre calculator.

1.3.2. Desfășurarea lucrării Montajul necesar (fig. 1) precum și realizarea lucrării necesită parcurgerea următorilor etape: - se montează motorul electric pe placa de bază; - motorul electric se conectează la unitatea de comandă, după care unitatea de bază se conectează la sursa de alimentare; - arborele lung (5) se montează pe lagărele de rostogolire (4 + 8) împreună cu inelele de siguranță (3) și discul (6) la același nivel cu arborele motorului electric; - arborele motorului electric și arborele lung (5) se cuplează prin intermediul cuplajului elastic (2); - se fixează și se aliniază lagărele; - se fixează discul (6) pe arborele lung (5) pe cât posibil la mijlocul acestuia prin intermediul îmbinării prin strângere prin ajustarea pe con; - amplificatorul de semnal (10) se unește la calculator prin intermediul unității USB (11) cu ajutorul cablului Sub D de 37-pini; - se fixează palpatorul (7) de senzorul de accelerații (9) prin intermediul unui prezon și se conectează la aparatul de măsură al vibrațiilor (11) în canalul 1; - se pornește amplificatorul de măsurare de pe panoul frontal; - se pornește calculatorul pe care este instalat Fig. 2 softul GUNT PT 500.04 utilizat pentru 4

măsurarea și înregistrarea mărimilor ce urmează a fi studiate în cadrul lucrării; - se deschide aplicația GUNT PT 500.04 (de pe desktop). Se selectează meniul „Sensor” pentru a realiza setarea corectă (calibrarea) senzorului de accelerație după cum este prezentat în figura 2; - în softul GUNT PT 500.04 se pornește modulul „Vibration Severity”. Valoarea numerică efectivă al amplitudinii vibrației exprimată în [mm/s] poate fi citită direct din fereastra deschisă a modulului „Vibration Severity” în colțul din dreapta jos, după cum este prezentat în figura 3;

Fig. 3 - înainte de efectuarea experimetului (rotor echilibrat) se mai verifică o dată dacă toate organele de mașini, elementele componente de pe standul de încercări sunt aliniate corect, fixate și montate în siguranță; - se închide ecranul de protecție; - se pornește unitatea de acționare pentru motorul electric; - se alege direcția necesară de rotație, după care se pornește motorul electric reglând viteza la aproximativ 1000 [rot/min]; - vârful palpatorului se fixează în unul din punctele de măsurare A, B, C, D sau E. Pe parcursul achiziționării datelor trebuie să asigurăm un contact 5

permanent între vârful palpatorului și punctul de măsurare și să evitam pe cât posibil mișcări suplimentare ale senzorului de accelerație; - după stabilizarea semnalului (min. 5 [s] – max. 10 [s]) se înregistrează valoarea efectivă a amplitudinii vibrațiilor în punctele de măsurare A, B, C, D și E la diferite turații de lucru: 1000 [rot/min], 1500 [rot/min], 2000 [rot/min], 2500 [rot/min] și 3000 [rot/min]; - după înregistrarea valorilor se reduce încet viteza până la 0 [rot/min] și se oprește unitatea de comandă a motorului electric; - în continuare se repetă experimetul pentru cazul când avem de a face cu un rotor dezechilibrat. Pe discul (6) fixăm o masă suplimetară (de exemplu 10 [g]) pentru a realiza dezechilibrul propriu zis; - în mod analog se înregistrează valoarea efectivă a amplitudinii vibrațiilor în punctele de măsurare A, B, C, D și E la diferite turații de lucru: 1000 [rot/min], 1500[rot/min], 2000[rot/min], 2500 [rot/min] și 3000 [rot/min]; - după înregistrarea valorilor se reduce încet viteza până la 0 [rot/min] și se oprește unitatea de comandă a motorului electric.

1.3.3. Prelucrarea datelor Datele obținute în cadrul încercărilor efectuate se vor trece în tabelul 2 și vor fi comparate cu limitele permise de vibrații pentru grupa K (Mașini mici < 15 [kW]) ale utilajelor dinamice conform standardului german VDI 2056 (Tabelul 1) și se va încerca explicarea eventualelor abateri (depășiri ale limitelor admise). Tabelul 2

Amplitudinea vibrațiilor exprimate în [mm/s] Cazul 1: Rotor echilibrat

Cazul 2: Rotor dezechilibrat Turația de lucru [rot/min]

Punctele de măsurare 1000

1500

2000

A B C D E 6

2500

3000

1.4. Severitatea vibrațiilor în cazul reductorului planetar precesional 2K-H cinematic 1.4.1. Descrierea aparaturii

Fig. 4 În vederea realizării lucrării se va utiliza Sistemul de diagnoză al organelor de mașini GUNT PT 500 pe care se montează reductorul planetar precesional cinematic de tip 2K-H (cu satelitul realizat din masă plastică) cu raportul de transmitere i=-72,3, iar momentul maxim de torsiune transmis de 2 [Nm] și unitatea de încărcare/frânare GUNT PT 500.05 cu moment maxim de frânare de 10 [Nm] (fig. 4). Cuplarea arborilor s-a realizat cu cuplaje compensatoare cu craboți. Montajul prezentat în figura 4 se utilizează pentru determinarea experimentală a amplitudinii vibrațiilor pe lagărul de rostogolire în punctele de măsurare: A – pe direcție verticală B – pe direcție orizontală și E – pe direcție axială; pe lagărul de alunecare în punctele de măsurare: C – pe direcție verticală și D – pe direcție orizontală.

1.4.2. Desfășurarea lucrării Montajul necesar (fig. 4) precum și realizarea lucrării necesită parcurgerea următorilor etape: - se montează motorul electric pe placa de bază; - motorul electric se conectează la unitatea de comandă, după care unitatea de bază se conectează la sursa de alimentare; 7

- se monteaza, aliniază și fixeză reductorul planetar precesional și frâna electromagnetică GUNT PT 500.05; - arborii motorului electric, reductorului și frânei se cuplează prin intermediul a două cuplaje compensatoare cu craboți; - amplificatorul de semnal se unește la calculator prin intermediul unității USB cu ajutorul cablului Sub D de 37-pini; - se fixează palpatorul de senzorul de accelerații prin intermediul unui prezon și se conectează la aparatul de măsură al vibrațiilor în canalul 1; - se pornește amplificatorul de măsurare de pe panoul frontal; - se pornește calculatorul pe care este instalat softul GUNT PT 500.04 utilizat pentru măsurarea și înregistrarea mărimilor ce urmează a fi studiate în cadrul lucrării; - se deschide aplicația GUNT PT 500.04 (de pe desktop). Se selectează meniul „Sensor” pentru a realiza setarea corectă (calibrarea) senzorului de accelerație după cum este prezentat în figura 2; - în softul GUNT PT 500.04 se pornește modulul „Vibration Severity”. Valoarea numerică efectivă al amplitudinii vibrației exprimată în [mm/s] poate fi citită direct din fereastra deschisă a modulului „Vibration Severity” în colțul din dreapta jos, după cum este prezentat în figura 3; - înainte de efectuarea experimetului se mai verifică o dată dacă toate organele de mașini, elementele componente de pe standul de încercări sunt aliniate corect, fixate și montate în siguranță; - se închide ecranul de protecție; - se pornește unitatea de acționare pentru motorul electric; - se alege direcția necesară de rotație, după care se pornește motorul electric reglând viteza la aproximativ 1000 [rot/min]; - vârful palpatorului se fixează în unul din punctele de măsurare A, B, C, D sau E. Pe parcursul achiziționării datelor trebuie să asigurăm un contact permanent între vârful palpatorului și punctul de măsurare și să evitam pe cât posibil mișcări suplimentare ale senzorului de accelerație; - după stabilizarea semnalului (min. 5 [s] – max. 10 [s]) se înregistrează valoarea efectivă a amplitudinii vibrațiilor în punctele de măsurare A, B, C, D și E la diferite turații de lucru: 1000 [rot/min], 1500 [rot/min], 2000 [rot/min], 2500 [rot/min] și 3000 [rot/min] la mersul în gol (fără încărcare); - după înregistrarea valorilor se reduce încet viteza până la 0 [rot/min] și se oprește unitatea de comandă a motorului electric; 8

- în continuare se repetă experimetul pentru cazul când reductorul funcționează sub sarcină. Pentru aceasta de la panoul de comandă pornim frâna GUNT PT 500.05 și reglăm regimul de încarcare la una din valorile 0,5 [Nm], 1,0 [Nm], 1,5 [Nm] sau 2 [Nm] ; - în mod analog se înregistrează valoarea efectivă a amplitudinii vibrațiilor în punctele de măsurare A, B, C, D și E la diferite turații de lucru: 1000 [rot/min], 1500[rot/min], 2000[rot/min], 2500 [rot/min] și 3000 [rot/min]; - după înregistrarea valorilor se reduce încet viteza până la 0 [rot/min] și se oprește unitatea de comandă a motorului electric și al frânei electromagnetice.

1.4.3. Prelucrarea datelor Datele obținute în cadrul încercărilor efectuate se vor trece în tabelul 3 și vor fi comparate cu limitele permise de vibrații pentru grupa K (Mașini mici < 15 [kW]) ale utilajelor dinamice conform standardului german VDI 2056 (Tabelul 1) și se va încerca explicarea eventualelor abateri (depășiri ale limitelor admise). Tabelul 3 Măsurarea amplitudinii vibrațiilor, vef în [mm/s] Turația, rot/min

Punctele de masurare 1000

1500

2000

A B C D E

2500

3000

Regimul de încărcare Cazul I: Mers în gol Cazul II: Sub sarcină

9

2. Echilibrarea dinamică (într-un plan) 2.1. Scopul lucrării Echilibrarea unei greutăți care este montată pe capătul unui arbore scurt. Aceast studiu de caz reprezintă un model simplificat al unei pompe centrifuge sau al unui ventilator, cazuri întâlnite foarte des în practică.

2.2. Considerații teoretice Un rotor dezechilibrat în timpul funcționării duce inevitabil la apariția forțelor (momentelor) de inerție, care la rândul lor duc la mărirea fenomenelor vibratorii. Forțele și momentele de inerție apar atunci când centrul de greutate al rotorului nu corespunde cu axa lui de rotație. Echilibrarea se realizează prin îndepărtarea sau adăugarea maselor de corecție astfel încât centrul de greutate al rotorului să corespundă din nou cu axa în jurul căreia se rotește acesta. Deoarece forțele de inerție cresc la pătrat odată cu creșterea vitezei de rotație, mașinile rapide (de turație ridicată) trebuie echibrate foarte bine. În lucrarea de față ne vom referi cu preponderență la echibrarea rotoarelor rigide. Un rotor este considerat rigid atunci când viteza (turația) de lucru nu depășește cu 50% viteza (turația) de rezonanță (critică), în acest caz ne aflăm în domeniul sub-critic de funcționare. Echilibrarea rotoarelor elastice este mult mai complicată necesitând un aparat matematic și relații de calcul foarte laborioase. Din această cauză vom utiliza cazul rotoarelor elastice simple, care posedă o singură frecvență de rezonanță, ceea ce permite obținerea rezultatelor credibile, folosindu-ne de relațiile de calcul pentru cazul rotorului rigid. În practică se folosesc mașini speciale de echilibrare, în cadrul acestei lucrări vom folosi Sistemul de diagnoză al organelor de mașini GUNT PT 500 pentru măsurarea nivelului de vibrații, și anume, vom măsura amplitudinea și faza semnalului achiziționat. Deoarece forțele de inerție (centrifugale) cresc la pătrat odată cu creșterea vitezei (turației), viteza (turația) selectată pentru procesul de echilibrare nu trebuie să fie mică, pentru că semnalul achiziționat în acest caz poate să fie prea slab și să fie mascat de semnale de interferență. Vibrațiile (semnalele achiziționate), în general, sunt măsurate în apropierea planului de dezechilibru (pe cel mai apropiat lagăr). Înainte de echilibrarea propriu zisă se recomandă de găsit poziția optimă a senzorului de accelerație (pe direcție verticală sau orizontală). Este foarte important ca după determinarea poziției optime de măsurare toate măsurătorile ulterioare pentru procesul de echilibrare să fie efectuate în exact aceeași poziție.

10

Echilibrarea mecanismelor și mașinilor are drept scop anularea sau diminuarea acțiunii dăunătoare a forțelor de inerție, care au mărimi și direcții variabile. În teoria echilibrării orice element ce se rotește (rotorul motorului electric, arbore drept sau cotit, roată de curea etc.) este denumit rotor. Dacă la turația rotorului apar solicitări dinamice în reazeme (în rulmenți) ce se manifestă prin vibrația suportului, atunci un astfel de rotor îl considerăm dezechilibrat. În cele mai dese cazuri sursa acestor solicitări dinamice o constituie distribuirea asimetrică a masei rotorului după volum. Pentru înlăturarea completă a acestor solicitări este necesar ca vectorul principal Fi și momentul principal al forțelor de inerție Mi să fie egali cu 0 în orice moment al mișcării: (1) Fi  0, M i  0.

(2)

Condiția Fi  0 este realizată, dacă centrul maselor este situat pe axa de rotație a rotorului. Distribuirea masei corpului ce se rotește în așa fel, ca centrul maselor să fie transferat pe axa de rotație, se numește echilibrarea statică a rotorului. Dacă condiția (1) nu este satisfăcută, rotorul se numește static dezechilibrat. Drept măsură a dezechilibrului static este acceptată valoarea momentului static al rotorului față de axa de rotație. Echilibrarea statică este aplicată numai în cazul rotoarelor cu lungimea mică (roată de curea, volant, flanșă etc.). Pentru rotori, lungimea cărora depășește cu mult diamentrul, este necesară îndeplinirea ambelor condiții de echilibrare (1) și (2). Distribuirea masei rotorului ce se rotește în așa fel, ca să fie înlăturată acțiunea forțelor de inerție asupra suportului, se numește echilibrare dinamică. Cerințele impuse mașinilor rotative moderne de a funcționa la o turație înaltă, au determinat apariția unei operații tehnologice noi: echilibrarea. Echilibrarea, ca operație tehnologică, se aplică pieselor, organelor de mașini aflate în mișcare de rotație, pentru înlăturarea dezechilibrului, care constituie una din cele mai frecvente cauze ale apariției vibrațiilor în lagărele mașinilor, producând efecte negative asupra durabilității și fiabilității acestora. Astfel, prin dezechilibru se înțelege starea, în care se află un rotor atunci, când, datorită forțelor centrifuge, se transmite lagărelor o forță sau o mișcare vibratorie. Dezechilibrul dinamic se manifestă în cazul uni rotor, având dimensiunea axială mai mare decât diametrul. Chiar dacă rotorul este proiectat corect, dezechilibrul poate să apară din cauza neomogenității materialului din care este executat sau a erorilor de execuție și asamblare. Înlăturarea pe cale experimentală a dezechilibrului se numește balansare, iar elementele care se rotesc cu viteză mare sunt controlate pe mașini speciale, care se numesc mașini de balansare. 11

2.3. Echilibrarea unui rotor instalat pe capătul unui arbore scurt 2.3.1. Descriere echipament

Fig. 1 În vederea realizării lucrării se va utiliza Sistemul de diagnoză al organelor de mașini GUNT PT 500 pe care se montează modulul arbore scurt pe capătul căruia este fixat rotorul dezechilibrat (fig. 1). Montajul prezentat în figura 1 se utilizează pentru echilibrarea (într-un plan) a al unui rotor dezechilibrat instalat pe capătul unui arbore scurt. Astfel montajul din figura 1 este format din: 1 – unitatea de comandă și motorul electric; 2 – cuplaj elastic cu disc intermediar din cauciuc; 3 – inele de siguranță; 4 – lagăr de rostogolire; 5 – arbore scurt; 6 – lagăr de rostogolire; 7 – rotor dezechilibrat (disc); 8 – senzor de referință cu fascicul laser; 9 – amplificator de semnal; 10 – unitate USB pentru transmiterea semnalului achiziționat spre calculator; 11 – senzor de accelerație; 12 – marcaj reflectorizant; 13 – suport pentru senzorul de referință; A – planul de compensare (echilibrare); B – planul de măsurare.

2.3.2. Desfășurarea lucrării Montajul necesar (fig. 1) precum și realizarea lucrării necesită parcurgerea următoarelor etape: - se montează motorul electric pe placa de bază; - motorul electric se conectează la unitatea de comandă, după care unitatea de bază se conectează la sursa de alimentare; - arborele scurt (5) se montează pe lagărele de rostogolire (4 + 6) împreună cu inelele de siguranță (3) și discul (7) la același nivel cu arborele motorului electric; 12

- arborele motorului electric și arborele lung (5) se cuplează prin intermediul cuplajului elastic (2); - se fixează și se aliniază lagărele, iar senzorul de accelerație (11) se fixează în gaura filetată orizontală (planul de echilibrare B) așa cum este arătat în fig. 2. Discul (7) în cazul dat trebuie să se rotesca în direcția acelor de ceasornic (vedere dinspre motorul electric); Fig. 2 - marcajul reflectorizant (12) se lipește pe discul gradat (7) în dreptul gradației de 0º, Marcaj așa cum este arătat în fig. 3; - se fixează discul (7) pe capătul liber al arborelui scurt (5) prin intermediul îmbinării cu strângere și ajustare pe con; - amplificatorul de semnal (9) se unește la calculator prin intermediul unității USB (10) cu ajutorul cablului Sub D de 37-pini; - se fixează senzorul de accelerații (11) prin intermediul unui prezon în gaura Fig. 3 filetată orizontală (14) și se conectează la aparatul de măsură al vibrațiilor (9) în canalul 1; - se pornește amplificatorul de măsurare de pe panoul frontal; - se pornește calculatorul pe care este instalat softul GUNT PT 500.04 utilizat pentru măsurarea și înregistrarea mărimilor ce urmează a fi studiate în cadrul lucrării; - se deschide aplicația GUNT PT 500.04 (de pe desktop). Se selectează meniul „Sensor” pentru a realiza setarea corectă (calibrarea) senzorului de accelerație după cum este prezentat în figura 4; - înainte de începerea experimentului propriu zis trebuie verificat semnalul captat de senzorul de referință cu fascicul laser (8) în modulul „Oscilloscope” al aplicației GUNT 500.04; Fig. 4

13

- pentru a obține rezultate cât mai Normală veridice senzorul de referință (8) se Tangentă fixează la un unghi de 45º față de suprafețele normală și tangențială la contactul fascicolului laser cu suprafața discului (7), după cum este arătat în fig. 5. Dacă fascicolul laser ar fi perpendicular pe suprafața de măsurare, femomenul de reflecție a luminii ar putea duce la obținerea unor date eronate; Fig. 5 - o etapă importantă înainte de a se efectua echilibrarea propriu zisă o constituie alegerea corectă a vitezei de lucru și alegerea optimă al punctului de măsurare (sensorul de accelerație poate fi montat pe direcție orizontală sau verticală în planul de echilibrare). O metodă eficientă de evaluare a comportamentului dinamic la vibrații al unui sistem mecanic îl constituie determinarea domeniului de rezonanță (sau a turației critice) a sistemului dat când senzorul de accelerație este fixat pe direcție verticală (fig. 6) și respectiv pe direcție orizontală (fig. 7). Acest tip de analiză se realizează prin intermediul modulului „Tracking Analysis” din softul GUNT PT 500.04; - pentru realizarea experimetului (Echilibrarea într-un plan) din aplicația GUNT PT 500.04 se selectează modulul „Single Plane Balancing”. Prin comparația răspunsurilor obținute pe direcție verticală și orizontală (fig. 6 și fig. 7) s-a ales senzorul de accelerații montat pe direcție verticală pentru realizarea echilibrării;

Fig. 6 14

Fig. 7 REMARCĂ Înainte de fiecare proces de echilibrare, este recomandabil să se efectuieze un astfel de test. Acest test este necesat pentru a verifica și pentru a ne asigura că experimentul decurge conform planului, în siguranță, că toate piesele și organele de mașini sunt aliniate și fixate corespunzător, iar semnalele achiziționate sunt veridice! - dezechilibrul (amplitudinea vibrațiilor) se determină în punctul de măsurare pe direcție orizontală sau verticală pe cel mai apropiat lagăr de rostogolire (planul B) față de rotor (discul 7), iar echilibrarea prin adăugarea/extragerea maselor compensatoare se realizează în planul de compensare (echilibrare) A; - deoarece discul (7) este relativ un rotor echilibrat, îl dezechilibrăm prin introducerea unei mase de dezechilibru. Pentru exemplul dat fixăm de discul (7) o greutate suplimentară cu masa de 11,76 [g] selectând poziția de 240º pe scara gradată a discului (7); - se verifică încă o dată dacă toate piesele, elementele, organele de lucru sunt montate, fixate și aliniate corespunzător; - se închide capacul de protecție al mesei de lucru; - se pornește motorul electric; - se alege direcția de rotire așa cum estre prezentat în figura 2; - se reglează încet turația motorului de la 0 la 2400 [rot/min]; - în primă fază a echilibrării dinamice efectuăm Testul Inițial pentru a determina și înregistra vectorul vibrației modulul (valoarea) și direcția (faza) pentru a cunoaște dezechilibrul inițial necunoscut (2,99 [mm/s] și 312,01º), fig. 8; 15

Fig. 8

Fig. 9 16

- după stabilirea dezechilibrului inițial fig. 8 se apasă butonul „Next” și apare următoarea fereastră ca în fig. 9; - se oprește motorul electric și viteza se setrează la 0; - se adaugă o masă suplimetară (de probă), astfel pe discul (7) fixăm o greutate cu masa de 10,70 [g] la 315º pe scara gradată a discului (7). Aceste valori se introduc manual în program respectiv în căsuța „Weight Test [g]” introducem valoarea 10,70, iar în căsuța „Position Test [º]” introducem valoarea 315, vezi fig. 9; - se pornește motorul electric și se setează turația și direcția de rotire ca și în cazul Testului Inițial; - în continuare se efectuiază Testul de Probă pentru a determina și înregistra vectorul vibrației modulul (valoarea) și direcția (faza) pentru a cunoaște dezechilibrul datorat masei suplimentare (de probă) (4,61 [mm/s] și 347,65º), vezi fig. 10;

Fig. 10 - în continuare se apasă butonul „Next” iar programul procesează valorile obținute și calculează masa (greutatea) și direcția (unghiul) de compensare în vederea realizării echilibrării, vezi fig.11; 17

Fig. 11 - se oprește motorul electric și viteza se setrează la 0; - se înlătură de pe discul (7) masa suplimentară de probă; - masa (greutatea) și unghiul (faza) de compensare (echilibrare) pot fi calculate utilizânt softul GUNT PT 500.04 cu ajutorul modului „ 1 Plane Balancing” sau manual prin intermediul metodei grafo-analitice; - în continuare vom utiliza rezultatele obținute prin intermediul softului GUNT PT 500.04. (Greutatea de compensare de 11,47 [g] și unghiul de compensare de 62,11 [º]), vezi fig. 11; - pentru amplasarea mai comodă pe discul (7) a greutății de compensare ea este divizată în 2 greutăți de către program astfel obținem (fig. 11): I masă de compensare de 9,89 [g] și respectiv I unghi de compensare la 60 [º]; Masă II de compensare de 1,63 [g] și respectiv unghiul II de compensare la 75 [º]. - în continuare masa I (9,89 [g]) și masa II (1,63 [g]) de corecție sunt fixate pe discul (7) în pozițiile respective și anume masa I la unghiul I (60 [º]) de compensare și masa II la unghiul II (75 [º]) de compensare; - se pornește motorul electric și se setează turația și direcția de rotire ca și în cazul Testului de Probă; 18

Fig. 12 - în continuare se efectuiază Testul de Verificare pentru a se aprecia gradul de realizare al procesului de echilibrare, vezi fig. 12; - după cum putem observa din figura 12 procesul de echilibrare a avut loc, mărimea dezechilibrului inițial de 2,97 [mm/s] s-a micșorat până la 0,18 [mm/s]; - în cazul în care rezultatul obținut nu ne satisface putem realiza Echilibrarea Repetată a rotorului. În cazul nostru mai repetăm încă o dată procesul de echilibrare a rotorului, considerând dezechilibrul inițial (0,18 [mm/s] la 274,56º); - pentru Testul de Probă vom folosi o greutate de probă cu masa de 1,40 [g], fixată pe discul (7) la 315 [º]; - după efectuarea Testului de Probă a fost determinată masa de compensare de 0,64 [g], care trebuie să fie amplasată la unghiul de compensare de 32,12 [º]; - după efectuarea Testului de Verificare mărimea dezechilibrului inițial de 0,18 [mm/s] ] s-a micșorat până la 0,04 [mm/s] respective am obținut un rezultat și mai bun. Pentru vizualizarea și analiza rezultatelor obținute folosim comanda „Print” din program, astfel în fig. 13 sunt rezultatele obținute la prima echilibrare a rotorului, respective în fig. 14 rezultatele obținute la echilibrarea repetată a rotorului. 19

Fig. 13 20

Fig. 14 21

2.4. Echilibrarea unui rotor instalat pe capătul unui arbore scurt (metoda grafică) 2.4.1. Evaluarea și analiza rezultatelor obținute pe cale experimentală Pentru realizarea metodei grafice de echilibrare, vom folosi datele obținute pe cale experimentală de la prima echilibrare a rotorului (fig. 13) și respectiv de la echilibrarea repetată a rotorului (fig. 14).

Fig. 15 Amplitudinea oscilațiilor forțate (de rezonanță) a maselor este proporțională masei care le provoacă A    m, unde  - coeficient de proporționalitate.

22

Valoarea coeficientului de proporționalitate  o vom determina folosind o masă suplimentară (de probă) mS, în cazul nostru mS=10,7 [g] instalată pe discul (7) la 315º. După efectuarea testului de probă amplitudinea oscilațiilor va fi egală cu suma A2  A1  AS

( CB  CA  AB, vezi fig. 15) unde A1 – ampitudinea

oscilațiilor provocate de dezechilibrul inițial; AS – amplitudinea oscilațiilor provocate de masa suplimentară (de probă), iar A2 – amplitudinea oscilațiilor provocate de dezechilibrul rezultant după instalarea masei suplimentare. Pentru realizarea metodei grafice vom folosi un sistem polar de coordonate cu polul în punctul C, vezi fig. 15. Conform rezultatelor obținute pe cale experimentală cunoaștem modulul și direcția pentru dezechilibrul inițial A1 (2,97 [mm/s] și 312º) și respectiv modulul și direcția dezechilibrului rezultant A2 (4,62 [mm/s] și 347,2º), vezi fig. 13. Pentru a depune vectorii A1  CA și A2  CB în sistemul de coordinate polar (fig. 15) alegem un coeficient de scară convenabil pentru amplitudini și anume  A  0,05[ s 1 ] . Trecem modulul amplitudinilor A1  2,97 [mm / s]

și

A2  4,62[mm / s]

prin coeficientul de scară ales

 A  0,05[s 1 ] și obținem segmentele CA  59,5[mm] și respectiv segentul CB  92,4[mm] pe care le depunem în sistemul polar de coordonate sub unghiul   312 și respectiv   347 , vezi fig. 15. În continuare determinăm coeficientul de proporționalitate  . În cazul nostru 

mS 10,70 [ g ]  g    0,195  . AS 55[mm]  mm 

Pentru a echilibra complet rotorul, și anume, discul (7) și arborele scurt (5), trebuie să realizăm coincidența punctelor A și C din sistemul polar de coordonate. Masa de compensare (echilibrare) mA o determinăm din relația m A    CA.  g   59,4mm  11,58g . Astfel obținem masa de echilibrare m A  0,195   mm  Pentru a echilibra complet rotorul trebuie să mai găsim și direcția pe care trebuie fixată masa de compensare (echilibrare) mA (grafic punctul A trebuie să coincidă cu punctul C), astfel în primă fază rotim antiorar segmentul AB cu unghiul

  106 pentru a se obține coincidența vectorilor CA și AB la care se mai adaugă și unghiul   315 (direcția pe care a fost amplasată masa suplimetară). Astfel direcția pe care trebuie amplasată masa de echilibrare se va calcula în felul următor:       315  106  421  61, vezi fig. 15.

23

2.5. Evaluarea procesului de balansare (echilibrare experimentală) conform ISO 1940-1:2003 (Secțiunea I) Condițiile de calitate pentru echilibrarea rotoarelor rigide sunt reglementate prin standardul internațional ISO 1940-1:2003 „Balance Quality Requirements of Rigid Rotors”. Calculăm deplasarea (excentricitatea) permisă a centrului de greutate e per m  ru pentru rotorul cercetat anterior cu relația e per  u , unde: mG mu  0,64[ g ] - reprezintă masa de compensare după Echilibrarea repetată a

rotorului, vezi fig. 14; r u  60[mm] - raza (distanța) de instalare a masei de compensare pe disc; mG  2,507[kg] - masa totală a rotorului se compune din masa discului

( mdisc  1,675[kg] ), masa arborelui scurt ( marbore  0,670[kg] ) și masa setului de prindere a discului pe arbore prin strângere cu ajustaj pe con ( mset  0,162[kg] ). În cazul nostru la masa totală a rotorului se mai adaugă și masa de compensare m  11,47[ g ]  0,01147[kg], vezi fig. 13, astfel: e per 

 g  mm  0,64[ g ]  60[mm]  15,247    0,015247[mm]. 2,507[kg]  0,01147 kg  kg 

În continuare calculăm dezechilibrul residual cu relația U R  mR  e per , în cazul nostru mR  mG , astfel obținem:  g  mm  U R  2,507[kg]  15,247    38,224[ g  mm]. kg   În continuare verificăm calitatea echilibrării, care conform standardului internațional ISO 1940-1:2003 nu trebuie să depășescă nivelul de calitate G6,3=6,3[mm/s] vezi fig. 16 și Tabelul 1. 2n G  e per    0,015247[mm]   3,83[mm / s], unde n  2400[min 1 ] repre60 zintă turația de lucru la care a fost efectuată echilibrarea rotorului. Rezultatele obținute denotă faptul că cerințele pentru nivelul de calitate al echilibrării conform standardului ISO 1940-1:2003 sunt îndeplinite. Clasa de calitate G6,3 pentru echilibrare a fost aleasă conform recomandărilor din Tabelul 1 astfel: G  3,83[mm / s]  G6,3  6,3[mm / s]. 24

Fig. 16 25

Tabelul 1 Calitatea echilibrării pentru diferite tipuri reprezentative de rotoare rigide (ISO 1940/1) Clasa e per   [mm / s] Tipul rotorului – Exemple cu caracter general G4000

4000

G1600

1600

G630

630

G250

250

G100

100

G40

40

G16

16

G6,3

6,3

G2,5

2,5

G1

1,0

G0,4

0,4

Arbore cotit montat rigid pe motoarele diesel lente ale navelor cu număr impar de cilindri. Arbore cotit (mecanism bielă-manivelă) montat rigid pe motoarele cu ardere internă în doi timpi. Arbore cotit (mecanism bielă-manivelă) montat rigid pe motoarele cu ardere internă în patru timpi. Mecanisme bielă-manivelă montate elastic pe motoarele diesel ale navelor. Arbore cotit (mecanism bielă-manivelă) montat rigid pe motoarele cu ardere internă în patru timpi. Arbore cotit pentru motoarele diesel rapide cu cel puțin șase cilindri. Motoare complete (pe benzina sau diesel) pentru autoturisme, camioane și locomotive. Roți auto, jante, seturi de toți, arbori. Arbore cotit montat elastic pe motoare rapide cu ardere internă în patru timpi cu cel puțin șase cilindri. Arbore cotit al motorului (pe benzină sau diesel) pentru autoturisme, camioane și locomotive. Arborii de antrenare (axe cardanice) cu cerințe speciale. Piese pentru concasoare, utilaje agricole, componente individuale ale motoarelor pentru autoturisme, camioane și locomotive cu cerințe speciale. Piese pentru diferite operații tehnologice, mecanisme centrifuge, angrenaje pentru turbina principală în navele comerciale, ventilatoare, volanți, pompe centrifuge, piese și părți ale mașinilor-unelte, role pentru imprimante, rotoare pentru motoare cu reacție, componente individuale cu cerințe speciale pentru motoare, rotoare pentru motoare electrice fără cerințe speciale de funcționare, rotoare pentru motoare electice de dimensiuni mici fabricate în serie. Turbine cu gaz și abur, turbo-generatoare rigide, turbosuflante, unități de citire CD/DVD pentru computere, motoare pentru mașini-unelte, pompe pentru turbine, motoare electrice de dimensiuni mici pentru care clasa G6,3 nu este aplicabilă, motoare electrice de dimensiuni medii și mari cu cerințe speciale de funcționare. Unități de înscriere pentru magnetofoane (gramofoane), rotoarele mașinilor de șlefuit, motoare electrice de dimensiuni mici cu cerințe speciale de funcționare. Rotoare pentru polizoare de precizie și giroscoape.

Notă: Masa rotorului unui moror complet se compune din masa arborelui cotit, volantului, ambreiajului, amortizorului de vibrații, mecanismului bielă-manivelă, etc. 26

3. Echilibrarea dinamică (în două plane) 3.1. Scopul lucrării Lucrarea are drept scop prezentarea unei metode de echilibrare dinamică (în două plane) a organelor de mașini în mișcare de rotație, prin măsurarea vibrațiilor produse de dezechilibrul pieselor.

3.2. Considerații teoretice Echilibrarea dinamica este necesară pentru corpurile cu mișcare de rotație care au raportul dintre diametrul maxim și lățime mai mic de 10 (de exemplu, roțile de autoturism). Echilibrarea se face în doua plane, perpendiculare pe axa de rotatie, cât mai depărtate; pentru echilibrare, se adauga mase adiționale sau se practică găuri, în zone astfel alese încât să nu afecteze negativ buna funcționare a elementului cinematic echilibrat; de exemplu, la autoturisme, se adaugă mase adiționale pe cele doua borduri ale jantei, lângă pneu; marimea maselor aditionale (din plumb) și locul de amplasare pe bordură (unghiular), se determină cu ajutorul mașinilor de balansat, pe care se montează roata pentru echilibrare. După cum am menționat și în lucrarea precedentă echilibrarea poate fi statică și dinamică. Echilibrarea statică a rotoarelor este cu atât mai importantă cu cât turația rotorului este mai mare (n>1500 rot/min), în special în cazul rotoarelor plane la care diametrul (D), este mai mare de peste 10 ori decât lațimea (b), este practic suficientă echilibrarea statică (aducerea centrului de masă pe axa de rotație); de exemplu: roți dințate, roți de curea, volanți, rotoare pentru pompe, rotoare de ventilatoare, discuri abrazive pentru polizat, rectificat etc. Echilibrarea mecanismelor şi a maşinilor are ca scop anularea sau micşorarea acţiunii dăunătoare a forţelor de inerţie. Forţele de inerţie au mărimi şi direcţii variabile. În consecinţă, în cuplele cinematice (lagăre), în elementele mecanismului, în fundaţia maşinii, apar solicitări dinamice. Deci pe lângă solicitările statice, la dimensionare trebuie să se ţină seama şi de cele dinamice, fapt care ar duce la dimensiuni mai mari, la materiale speciale şi mai scumpe. Forţele de inerţie variază periodic, rezultând astfel vibraţii atât în maşină cât şi în fundaţie. În cazul când, la un moment dat, frecvenţa oscilaţiilor forţate cauzate de forţele de inerţie (forţa perturbatoare) coincide cu frecvenţa oscilaţiilor proprii ale unui element, mecanism sau maşină, apare fenomenul de rezonanţă mecanică, ceea ce poate duce la ruperea elementului sau distrugerea legăturilor dintre elementele mecanismului. În consecinţă, în practică trebuie folosite mecanisme şi maşini echilibrate dinamic. 27

În diferite maşini sau mecanisme există o serie de organe de maşini (manivele, came, roţi dinţate etc.) care execută mişcări de rotaţie în jurul unor axe fixe. Datorită neomogenităţii materialului, a impreciziei de prelucrare a toleranţelor de montaj, este posibil ca axa principală de inerţie să nu coincidă cu axa de rotaţie. Dezechilibrul pieselor duce la apariţia forţelor de inerţie şi a momentelor forţelor de inerţie care produc vibraţii şi încarcă suplimentar lagărele şi arborii. Toate aceste fenomene trebuie eliminate în cazul mecanismelor şi a maşinilor, în special a celor cu turaţie ridicată, prin echilibrarea pieselor ce se rotesc. Echilibrarea este o problemă inginerească foarte importantă, care trebuie avută în vedere de la proiectare până la asamblarea finală şi apoi în exploatare. Se presupune că un corp (fig.1), la care centrul de greutate situat pe axa principală nu se află şi pe axa de rotaţie (axa fusurilor şi a lagărelor). La mişcarea de rotaţie a corpului apare o forţă de inerţie radială (centrifugală) dată de relaţia: Fe  m  e   2

(1)

unde: m – masa corpului; e – excentricitatea (distanța de la axa de rotație până la centrul de greutate al piesei); ω – viteza unghiulară.

Fig. 1 Această forţă este echilibrată de reacţiunile care apar în lagăre. Suma algebrică a reacţiunilor este egală cu forţa centrifugală, sensul acestora fiind opus ei. Pentru anularea acestor reacţiuni este necesar ca centrul de greutate să fie adus pe axa de rotaţie (axa fusurilor), ceea ce s-ar putea realiza în mai multe moduri: a) se modifică fusurile în aşa fel încât axa lor să coincidă cu axa ce trece prin centrul de greutate, lucru dificil de realizat practic; b) este mai simplu să se deplaseze centrul de greutate pe axa de rotaţie, adăugând mase suplimentare la masa corpului. În acest scop, ţinând seama de relaţia (1) rezultă: (2) ms  r  m  e unde: ms – masa suplimentară (de corecție); r – distanța la care se amplasează masa suplimentară față de axa de rotație. Echilibrarea prin care se realizează coincidenţa dintre centrul de greutate al corpului şi axa de rotaţie se numeşte echilibrare statică sau într-un singur plan. Un corp echilibrat static nu se va roti dacă se află numai sub influenţa gravitaţiei. El 28

poate fi rotit în orice poziţie şi, lăsat liber, va rămâne nemişcat în această nouă poziţie. Dacă corpul nu este echilibrat static, atunci din orice poziţie, el va tinde să se rotească astfel încât centrul de greutate va ocupa poziţia cea mai de jos posibilă. În practică se poate utiliza echilibrarea statică, în cazul când mişcarea de rotaţie se produce cu n < 10.000 [rot/min] şi B/D < 1,5, unde D este diametrul piesei iar B este lăţimea ei. Dacă pe arborele care se roteşte se montează diferite piese (pinioane, şaibe, manivele, etc.) este necesar să se facă o echilibrare dinamică (în două plane). Pentru a obţine o echilibrare perfectă în cazul unui corp echilibrat static, axa principală de inerţie trebuie rotită în jurul centrului de greutate până când se suprapune peste axa de rotaţie. Această rotire se poate realiza îndepărtând sau adăugând două mase suplimentare, de mărime egală la masa iniţială a corpului. În acest scop se aleg două plane radiale în aşa fel încât să se producă un cuplu. Planele se aleg la distanţă cât mai mare unul de altul, pentru a reduce cât mai mult mărimea maselor aplicate. Dacă un corp este echilibrat dinamic, prin definiţie, el este echilibrat şi static; reciproca însă nu este adevărată. Echilibrarea dinamică a diferitelor organe de maşini care execută mişcări de rotaţie, se face pe maşini speciale de echilibrare (balansare). Cu ajutorul acestora se pot determina masele care trebuie plasate în planele I şi II pentru echilibrarea piesei.

3.3. Descriere echipament În vederea realizării lucrării se va utiliza Sistemul de diagnoză al organelor de mașini – modulul de bază GUNT PT 500 cu montajul prezentat în fig. 2.

Fig. 2 29

Montajul prezentat în figura 2 se utilizează pentru echilibrarea dinamică (în două plane) a al unui rotor dezechilibrat. Astfel montajul din figura 2 este format din: 1 – unitatea de comandă și motorul electric; 2 – cuplaj elastic cu disc intermediar din cauciuc; 3 – inele de siguranță; 4,9 – senzorii de accelerație montați pe lagărele cu rulmenți 10; 5,8 – discurile montate pe capetele arborelui lung 6; 7 – senzor de referință cu fascicul laser; 11 – marcaj reflectorizant; 12 – placă metalică pentru suportul magnetic al senzorului de referință.

3.3.1. Desfășurarea lucrării Montajul necesar (fig. 2) precum și realizarea lucrării necesită parcurgerea următorilor etape: - se montează motorul electric pe placa de bază; - motorul electric se conectează la unitatea de comandă, după care unitatea de bază se conectează la sursa de alimentare; - se monteaza arborele lung (6) coaxial (aliniat) cu motorul electric în lagărele cu rulmenți (10), prealabil pe capetele arborelui fiind fixate discurile (5,8) prin intermediul îmbinărilor cu strângere prin ajustare pe con; - se cuplează motorul de antrenare (1) cu arborele lung (6) prin intermediul cuplajului elastic (2); - se verifică fixarea și alinierea corespunzătoare a lagărelor cu rulmenți (10) astfel încît găurile filetate orizontale pentru senzorii de vibrații să fie orientate către utilizator; - se montează senzorii de accelerație (4,9) (de preferință pe direcția verticală de măsurare) și se conectează la amplificatorul de semnal și unitatea USB care vor transfera datele la calculatorul pe care este instalat softul GUNT PT500.04 necesar prelucrării datelor achziționate; - se aplică marcajul reflectorizant (11) pe discul (8) în dreptul gradației de 0°; - se conectează senzorul de referință (7) la amplificatorul de semnal și se așează pe suportul magnetic folosind placa metalică (12); - senzorul de referință (7) se reglează (aliniază) la marcajul reflecorizant (11). Vibrațiile produse de dezechilibru se măsoară pe lagăre prin intermediul senzorilor de accelerație 4 și 9. Atenție! Întotdeauna trebuie de închis capacul de protecție înainte de pornirea instalației. Echilibrarea dinamică, cu montajul prezentat în fig. 2, se realizează parcurând următoarele erape: Etapa 1. Testul inițial: - se pornește motorul electric și se reglează turația la 2400 [rot/min]; 30

- se deschide aplicația GUNT PT500.04 (de pe desktop); - din meniu se alege modulul „2 Plane Balancing”; - după înregistrarea măsurătorilor pe ecranul calculatorului se obține imaginea prezentată în figura 3, cu detaliile din figurile 4, 5, și 6;

Fig. 3 31

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6 - se citește mesajul care apare în (fig. 5) și în vederea aplicării lui (etapa a doua) se aduce turația la zero și se oprește motorul electric; Etapa 2. Testul 1 de funcționare - se montează în primul plan (discul 5, fig. 2) o greutate de dezechilibrare/testare cu masa 1,6 [g] la unghiul de 315°; - aceste date se introduc manual în căsuțele corespunzătoare și anume în căsuța „1st plane” introducem valoarea 1,6 la „Weight Test [g]” și valoarea 315 la „Position Test [°]” (vezi fig. 7 și fig. 10); - se pornește motorul elecrtric și se reglează turația la 2400 [rot/min]; - după înregistrarea măsurătorilor pe ecranul calculatorului se obține imaginea prezentată în figura 7, cu detaliile din figurile 8, 9 și 10; - se citește mesajul care apare (fig. 9) și în vederea aplicării lui (etapa a treia) se aduce turația la zero și se oprește motorul electric. Etapa 3. Testul 2 de funcționare - se montează în al doilea plan greutatea de dezechilibrare/testare cu masa 1,4 [g] la unghiul de 180°, aceste date se introduc manual în căsuțele corespunzătoare în căsuța „2st plane” introducem valoarea 1,4 la „Weight Test [g]” și valoarea 180 la „Position Test [°]” (vezi fig. 11 și fig. 14); 32

Fig. 7 - se pornește motorul electric și se reglează turația de la 0 la 2400 [rot/min]; - după înregistrarea măsurătorilor pe ecranul calculatorului se obține imaginea prezentată în figura 11, cu detaliile din figurile 12, 13 și 14; 33

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10 - se citește mesajul care apare (fig. 13) și pentru aplicarea lui (etapa a treia) se adduce turația la zero și se oprește motorul electric. Etapa 4. Testul de verificare - se montează greutățile calculate în cele două plane și anume: în planul I – 3,42 [g] la unghiul de 295,17 [°] (cu componentele 1,11 [g] la unghiul de 285 [°] și 2,33 [g] la unghiul de 300 [°]); în planul II – 0,92 [g] la unghiul de 66,31 [°] (cu componentele 0,54 [g] la unghiul de 60 [°] și 0,39 [g] la unghiul de 75 [°] și se îndepărtează greutatea de dezechilibrare/testare din planul II; - se pornește motorul electric și se reglează turația de la 0 la 2400 [rot/min]; - după înregistrarea măsurătorilor pe ecranul calculatorului de obține imaginea prezentată în fig. 15, cu detaliile din figurile 16, 17, 18; - se citește mesajul care apare în (fig. 17) de unde rezultă dezechilibrul residual, care se compară cu cel initial. Se poate constata ușor că în planul I acesta a scăzut aproximativ de 4 ori, iar în planul II a scăzut de aproximativ 3 ori. - se vor trece datele înregistrate în timpul efectuaării echilibrării (în două plane) în tabelul 1pentru fiecare etapă în parte, (vezi fig.15 și fig. 18). La final se vor face aprecieri/concluzii legate de gradul de realizare al echilibrării. 34

Fig. 11

35

Fig. 12

Fig. 13

Fig. 14 Tabelul 1 Nr.

Etapa

Plan

Inițial Mărime [mm/s]

1.

Test inițial

2.

Test 1 de funcționare

3.

Test 2 de funcționare

4.

Test de verificare

Dezechilibru De testare Faza [°]

I II I II I II I II

36

Mărime [mm/s]

Faza [°]

Rezidual Mărime [mm/s]

Faza [°]

Fig. 15

37

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 18

38

4. Mecanismul bielă-manivelă 4.1. Scopul lucrării Lucrarea are drept scop investigarea fenomenelor vibratorii (severității vibrațiilor) în mecanismul bielă manivelă, cum ar fi cele care pot apărea în compresoare cu piston, pompe cu piston și motoare cu ardere internă.

4.2. Considerații teoretice La mecanismele plane cu bare articulate se realizează numai echilibrarea statică a forțelor de inerție, neglijându-se cuplul resultant al forțelor de inerție deoarece elementele cinematice componente mișcându-se în plane paralele apropiate produc cupluri de inerție reduse ca valaore. După cum s-a arătat mai sus, un mecanism este considerat echilibrat static dacă rezultanta forțelor de inerție se anulează pentru orice poziție a mecanismului. Analizând expresia rezultantei forțelor de inerție ( Fi rez   Fi k  maG , unde m este masa întregului mecanism și aG este accelerația centrului de greutate al mecanismului) se observă că rezultanta devine nulă numai atunci când accelerația centrului de greutate al mecanismului este nulă ( aG  0 ), ceea ce înseamnă că acesta trebuie să se găsească fie în mișcare rectilinie uniformă, fie în repaus pe toată durata ciclului cinematic. Prima ipoteză nu este realizabilă întrucât cenrtul de greutate al unui mecanism plan cu bare articulate descrie, în general, o curbă închisă. Drept urmare, rămâne ca singură soluție a echilibrării statice imobilizarea centrului de greutate al mecanismului în tot timpul funcționării sale. Acest deziderat se realizează prin amplasarea convenabilă a unor mase suplimentare (contragreutăți) și implică, cunoașterea prealabilă a poziției centrului de greutate al mecanismului. Echilibrarea statică se realizează atunci când accelerația cenrtrului de greutate G al mecanismului este nulă ( aG  0 ), respectiv atunci când G este fix în timpul ciclului cinematic. Deoarece poziția centrului de greutate este dată de vectorul de poziție rG rezultă că imobilizarea punctului G este dată de expresia: n

rG   hi  const .

(1)

i 1

Relația (1) exprimă matematic condiția echilibrării statice a mecanismelor plane cu bare articulate. Realizarea în practică a condiției de echilibrare statică se face cu ajutorul unor mase suplimentare. În vederea distribuției acestor mase adiționale se aplică mai întâi fiecărui element cinematic component al mecanismului metoda repartizării 39

statice a maselor proprii, pentru a se stabili ce mase urmează a fi echilibrate. Conform acestei metode, la un element i de masă mi concentrată în centrul de greutate Gi, masa elementului poate fi repartizată în două puncte A și B (fig. 1) respectându-se două condiții și anume: - suma celor două mase să fie egală cu masa elementului: (a) mi  miA  miB - centrul de greutate Gi să reprezinte centrul celor două mase, adică suma momentelor statice ale maselor repartizate (miA, miB) față de Gi să fie nulă: (b) miAsi  miB li  si   0.

Fig. 1 Rezolvînd sistemul de ecuații format de relațiile (a) și (b) se obțin formulele de repartizare statică în articulații a maselor fiecărui element cinematic component al mecanismului: l  si s (2) miA  mi i [kg]; miB  mi i [kg]. li li Dacă considerăm un mecanism bielă-manivelă ale cărui elemente cinematice au lungimile l1  r , l2  l și masele m1, m2, m3 presupuse concentrate în centrele lor de greutate G1 , G2 , G3  B, poziționate față de articulația anterioară prin vectorii de poziție s1 și s2 (fig. 2, a).

Fig. 2 40

Masele care urmează a fi echilibrate se determină cu ajutorul metodei repartizării statice a maselor folosind relațiile (2). Astfel: - masa m1 se repartizează în articulațiile A0 și A r  s1 s m1A0  m1 ; m1A  m1 1 ; r r - masa m2 se repartizează în articulațiile A și B l  s2 s m2 A  m2 ; m2 B  m2 2 ; l l - masa m3 se repartizează integral în articulația B m3B  m3 . În acest fel în articulațiile A0, A și B (fig. 2, b) sunt amplasate masele m A0  m1A0 ; m A  m1A  m2 A (masă rotativă); mB  m2 B  m3 (masa translantă).

Dintre aceste mase urmează a fi echilibrate numai masele din articulațiile A și B, deoarece masa din articulația A0 fiind fixă nu influențează mișcarea mecanismului. Pentru echilibrarea maselor din articulațiile A și B se utilizează două mase adiționale și anume masa mII amplasată în prelungirea bielei AB (la o distanță prestabilită ρII ) și respectiv masa mI dispusă în prelungirea manivelei A0A (la distanța aleasă ρI, fig. 3).

Fig. 3 Prin folosirea masei mII, centrul de greutate al sistemului format din masele mA, mB și mII este adus în articulația mobilă A. Scriind ecuația momentelor statice în raport cu A ( mII  II  mB l ) rezultă valoarea masei adiționale de echilibrare mII (adică mII  mBl /  II ). 41

Sistemul de mase mA, mB și mII poate fi înlocuit cu o masă mA  mA  mB  mII amplasată în A. Folosind masa adițională mI, centrul de greutate al maselor mA , m A0 și mI este adus în articulația fixă A0. Din ecuația momentelor statice scrisă în

raport cu A0 ( mI  I  mAr ) se deduce mărimea masei adiționale mI (adică mI  mAr /  I ). Prin urmare, valorile maselor adiționale de echilibrare sunt: l r mII  mB  [kg]; mI  mA  [kg].

 II

I

(3)

În acest fel masa întregului sistem (inclusiv masele adiționale) este concentrată în articulația A0 care reprezintă centrul de greutate al sistemului. Dacă se alege   r se obține mI  mA . Masa totală a sistemului echilibrat este (4) me  m1A0  mA  mI . Soluția prezentată, deși realizează echilibrarea statică totală a mecanismului, nu este utilizată în practică deoarece conduce la mase adiționale de echilibrare mari îngreunând construcția (de exemplu pentru  I  r se obține mI  mA , iar pentru

 II  l rezultă mII  mB ). De asemenea, adăugarea masei adiționale mII are ca efect mărirea masei bielei și implicit a momentului ei de inerție masic, ceea ce conduce la creșterea dezechilibrului datorită momentului rezultant al forțelor de inerție de pe acest element. Drept comsecință, în practică se renunță la echilibrarea statică totală a forțelor de inerție și se aplică variante de echilibrare parțială, prin utilizarea unei singure mase adiționale amplasată în prelungirea manivelei A0A. O asemenea soluție este folosită la motoarele cu ardere internă sau la compresoare.

4.3. Descriere echipament Mecanismul bielă manivelă utilizat în cadrul experimetelor este alcătuit din manivelă în formă de disc balansat, bielă și două gidaje de formă cilindrică pe care se deplasează pistonul (patina) cu trei variante posibile de setare a lungimii manivelei (50 [mm], 75 [mm] și 100 [mm]). Mecanismul se consideră balansat în cazul când folosim lungimea manivelei de 50 [mm]. Manivela în formă de disc se montează pe arbore prin intermediul îmbinării cu strângere cu ajustare pe con. Atenție! Placa de bază a mecanismului bielă-manivelă trebuie să fie fixată corespunzător pe masa de încercări PT 500.01 prin intermediul a două șuruburi cu locaș hexagonal. După efectuarea oricăror modificari se verifică funcționarea optimă a mecanismului bielă-manivelă prin rotirea arborelui de antrenare cu mâna înainte de a porni motorul electric. 42

Fig. 4 Montajul prezentat în figura 4 reprezintă mecanismul bielă-manivelă propriu zis. Astfel montajul din figura 4 este format din: 1 – mase compensatoare montate pe biela în formă de disc; 2 – șuruburi de fixare pentru masele compensatoare; 3 – bucșă de strângere cu ajustare pe con; 4 – cap pivotant; 5 – manșon distanțier; 6 – șuruburi de fixare cu șaibe pentru placa de bză (8); 7 – ghidaje cu formă cilindrică; 8 – placa de bază a mecanismului bielă-manivelă; 9 – suport pentru ghidajele (7); 10 – arc solicitat la întindere/comprimare; 11 – inel de fixare pentru arc; 12 – piulițe hexagonale pentru fixarea inelului (11); 13 – ghidaje în formă cilindrică pe care se deplasează pistonul; 14 – ghidaj pentru arc; 15 – șurub pentru reglarea jocului; 16 – piuliță hexagonală cu șaibă în vederea prevenirii autodesșurubării șurubului (15); 17 – piesa ghidată cu șurub cu cap în formă de cruce; 18 – piston (patină); 19 – bielă; 20 – manivela în formă de disc; 21 – șurub cu cap hexagonal care asigură poziționarea corectă pe manșonul distanțier (5) al capului pivotant (4) al bielei (19).

43

4.4. Cercetarea fenomenelor vibratorii în mecanismul bielă-manivelă datorate forțelor de greutate 4.4.1. Scopul lucrării Cercetarea fenomenelor vibratorii în mecanismul bielă-manivelă datorate forțelor de greutate folosind metoda analizei spectrale. Spectrele de frecvență sunt înregistrate fără a se lua în considerație a forțele de presiune (a gazelor), adică fără a se utiliza arcurile.

4.4.2. Desfășurarea lucrării

1– motor electric; 2 – cuplaj elastic cu disc intermediar din cauciuc; 3 – inele de siguranță; 4 – lagăre cu rulmenți; 5 – arbore scurt; 6 – doi senzori de accelerație montați pe direcție verticală și orizontală (în figură este prezentat doar senzorul de pe direcție orizontală); 7 – mecanismul bielă-manivelă ( manivela cu lungimea de 50 [mm], fără arcuri și fără slăbiri mecanice/jocuri în articulațiile pistonului); 8 – suportul magnetic al senzorului de referință fixat pe placa metalică; 9 – marcaj reflectorizant; 10 – senzor de referință cu fascicul laser. Fig. 5 44

Montajul necesar (fig. 5) precum și realizarea lucrării necesită parcurgerea următorilor etape: - se montează motorul electric pe placa de bază; - motorul electric se conectează la unitatea de comandă, după care unitatea de bază se conectează la sursa de alimentare; - arborele scurt (5) se montează pe lagărele de rostogolire (4) împreună cu inelele de siguranță (3) la același nivel cu arborele motorului electric; - arborele motorului electric și arborele scurt (5) se cuplează prin intermediul cuplajului elastic (2); - se fixează și se aliniază lagărele; - se fixează manivela (echilibrată) în formă de disc pe arborele scurt (5) pe capătul acestuia prin intermediul îmbinării cu strângere prin ajustare pe con; - se montează și fixează mecanismul bielă-manivelă pe masa de lucru. După fixarea tuturor componentelor se verifică funcționarea optimă a mecanismului bielă-manivelă prin rotirea arborelui de antrenare cu mâna înainte de a porni motorul electric; - se monteaza senzorii de accelerație (6) pe direcție orizontală și verticală pe lagărul de rostogolire din apropierea manivelei în formă de disc; - se montează marcajul reflectorizant (9) pe arborele scurt (5) pentru senzorul de referință; - se fixează senzorul de referință (10) cu suportul magnetic (8) pe placuța metalică și se aliniază corespunzător față de marcajul reflectorizant (9); - senzorii de accelerație (6) și de referință (10) se unesc la amplificatorul de semnal și unitatea USB care va transmite semnalul achizitionat către calculatorul pe care este instalat softul GUNT PT 500.04; - se deschide aplicația GUNT PT 500.04 (de pe desktop). Se selectează meniul „Sensor” pentru a realiza setarea corectă (calibrarea) senzorului de accelerație după cum urmează: Sensor: Acceleration Scale: 100 mV/g Offset: 0 Factor: 1.0 - în softul GUNT PT 500.04 se pornește modulul „Frequency Spectrum”, care permite înregistrarea spectrului de frecvență la viteza de lucru de 600 [rot/min]. În figurile 6 și 7 este prezentat spectrul de frecvență obținut pentru cazul când mecanismul bielă-manivelă este echilibrat (lungimea manivelei de 50 [mm]), fără slabiri mecanice (jocuri) în articulațiile pistonului la turația de 600 [rot/min]. 45

Fig. 6 În fig. 6 este prezentat „spectrul de frecvență” rezultat când senzorul de accelerație este montat pe direcție verticală. 46

Fig. 7 În fig. 7 este prezentat „spectrul de frecvență” rezultat când senzorul de accelerație este montat pe direcție orizontală. 47

fk1 Senzor accelerație 1 – direcție verticală

fk2

fk1

fk3

Senzor accelerație 2 – direcție orizontală

fk2 fk3

Fig. 8 În fig.8 este prezentat specrul de frecvență desfășurat obținut pentru cazul când pe mecanismul bielă manivelă sunt instalate ambele mase de corecție, la turația de lucru de 600 [rot/min], fără arcuri iar manivela are lungimea de 50 [mm]. Cum și era de așteptat deoarece turația de lucru este 600 [rot/min], frecvența fundamentală a fost depistată în domeniul de frecvență la valoarea de 10 [Hz]. Deoarece a fost folosit mecanismul bielă-manivelă echilibrat (balansat), amplitudinea frecvenței fundamentale este aproximativ egală atât pe direcție vericală cât și pe direcție ozrizotnală. De asemenea în spectrul de frecvențe au fost depistate armonicele de ordinul 1 și 2 (fk2, fk3) al căror influență asupra funcționării mecanismului este destul de nesemnificativă din cauza amplitudinilor mici ale acestor armonici.

48

fk1

Senzor accelerație 1 – direcție verticală

fk2 fk3

fk4

fk5

fk1 Senzor accelerație 2 – direcție orizontală

fk2 fk3

fk4

fk5

Fig. 9 În fig.9 este prezentat specrul de frecvență desfășurat obținut pentru cazul când pe mecanismul bielă manivelă este instalată o singură masă de corecție, la turația de lucru de 600 [rot/min], fără arcuri iar manivela are lungimea de 50 [mm]. Cum și era de așteptat deoarece turația de lucru este 600 [rot/min], frecvența fundamentală a fost depistată în domeniul de frecvență la valoarea de 10 [Hz]. Deoarece a fost folosită o singură masă de corecție, cu toate că amplitudinea frecvenței fundamentale pe directive vertical s-a micșorat aproape de 2 ori de la 5 [mm/s] vezi fig.8 la 2,2 [mm/s] vezi fig.9 mecanismul bielă-manivelă nu va funcționa optim din punct de vedere al echilibrului dinamic. De asemenea în spectrul de frecvențe au fost depistate armonicele de ordinul 1, 2, 3, și 4 (fk2, fk3, fk4, fk5).

49

fk1

fk2

Senzor accelerație 1 – direcție verticală

fk3 fk4

fk5

fk6

fk7

fk9

Senzor accelerație 2 – direcție orizontală

fk1

fk2

fk3

fk4

fk5

Fig. 10 În fig.10 este prezentat specrul de frecvență desfășurat obținut pentru cazul când pe mecanismul bielă manivelă nu este instalată nici o masă de corecție, la turația de lucru de 600 [rot/min], fără arcuri iar manivela are lungimea de 50 [mm]. La fel frecvența fundamental este situată la 10 [Hz]. Ca și în cazul precedent pe direcție verticală amplitudinea frecvenței fundamentale scade de la 2,2 [mm/s] la aproximativ 1,0 [mm/s]. Dar pe direcție orizontală amplitudinea frecvenței fundamentale crește semnificativ de la 4,3[mm/s] vezi fig.9 la 7[mm/s] vezi fig.10. Sarcina principală a maselor de corecție (de echilibrare) este de a compensa oscilațiile (dezechilibrul) provocat de forțele masice (de inerție) în timpul mișcării de rotație. După cum se observă și din cazul de mai sus atunci când mecanismul bielă-manivelă funcționează fără aceste mase de corecție, avem un dezechilibru pronunțat pe direcție orizontală, ceea ce în timp poate duce la apariția suprasolicitărilor, vibrațiilor și șocurilor în timpul funcționării. 50

4.5. Cercetarea fenomenelor vibratorii în mecanismul bielă-manivelă datorate forțelor de greutate 4.5.1. Scopul lucrării Cercetarea fenomenelor vibratorii în mecanismul bielă-manivelă datorate forțelor de impact cu sarcini alternante.

4.5.2. Desfășurarea lucrării Montajul necesar pentru realizarea lucrării este același ca și în lucrarea precedentă cu remarca că se realizează slăbiri mecnice (jocuri) în articulațiile pistonului după cum este reprezentat în figura 11. Ajustarea jocului (slăbirii mecanice) se Jocul setat realizează cu ajutorul filierei și poate să fie maxim de 1 [mm] prin intermediul șuruburilor de reglare (15) și a piulițelor de blocare (16) cu care se fixează placa de ghidare (17). Setarea jocului: - se slăbesc piulițele de blocare (16); - se desșurubează șuruburile de reglare (15) și se introduce filiera cu jocul dorit între Filieră suprafața de contact și placa de ghidare (17); Fig. 11 - după setarea jocului se strâng șuruburile (15) și se fixează piulițele de blocare (16). Mersul lucrării: - se verifică dacă toate piesele sunt montate în siguranță; - se închide ecranul de protecție; - se pornește unitatea de comandă al motorului electric și se alege direcția dorită de rotire; - se pornește motorul electric și se setează turația de lucru la 600 [rot/min]; - se deschide aplicația GUNT PT 500.04 (de pe desktop) din care se pornește modulul „Envelope Analysis” pentru înregistrarea vibrogramelor. Vibrogramele obținute după cum este prezentat în figurile 12-15 reprezintă două cazuri distincte. În primă fază a fost cercetat mecanismul bielă-manivelă când jocul este egal cu 0 fig. 12 (vibrograma înregistrată de accelerometrul pe direcție verticală) și fig. 13 (accelerometrul pe direcție orizontală). Iar în fig. 14 și fig. 15 sunt prezentate vibrogramele obținute pe direcție verticală și orizontală pentru jocul setat de 0,2 [mm]. 51

fk2

fk3

Senzor accelerație 1 – direcție verticală

fk1

fk5 fk6 fk4

fk7

fk8

fk9

Fig. 12

fk1

Senzor accelerație 2 – direcție orizontală fk3

fk2 fk6 fk4

fk5

Fig. 13 52

fk7 fk8

fk9

fk2

Senzor accelerație 1 – direcție verticală

fk1 fk3

fk4 fk5

fk6

fk7

fk8

fk9

Fig. 14

fk2

Senzor accelerație 2 – direcție orizontală

fk1 fk3

fk4 fk5 fk6

Fig. 15 53

fk7

fk8

fk9

4.6. Simularea și cercetarea influenței forțelor datorate presiunii gazelor asupra severității vibrațiilor în mecanismul bielă-manivelă 4.6.1. Scopul lucrării În cazul experimentului de față va fi studiată influența forțelor datorate presiunii gazelor asupra comportamentului vibro-acustic al unui mecanism de acționare (mecanismul bielă-manivelă). Forțele datorate presiunii gazelor vor fi simulate prin prezența sau lipsa celor două arcuri în mecanismul bielă-manivelă. Astfel vor fi studiate 3 cazuri distincte, când nu este instalat nici un arc, când este instalat un singur arc și când sunt instalate ambele arcuri.

4.6.2. Desfășurarea lucrării

Fig. 16 În vederea realizării lucrării se va utiliza Sistemul de diagnoză al organelor de mașini GUNT PT 500 pe care se montează modulul pentru transmisii cu curele trapezoidale GUNT PT 500.14, modulul mecanismul bielă-manivelă GUNT PT 500.16 și softul GUNT PT 500.04 utilizat pentru achiziționarea datelor (fig. 16). Montajul prezentat în figura 16 este format din: 1 – unitatea de comandă și motorul electric; 2 – cuplaj elastic cu disc intermediar din cauciuc; 3 – suportul magnetic al senzorului de referință fixat pe placa metalică; 4 – lagăr de rostogolire; 54

5 – arbore scurt; 6 - marcaj reflectorizant; 7 – senzor de referință cu fascicul laser pentru măsurarea turației de lucru; 8 – transmisie cu curea trapezoidală (raportul de tranmitere i=2); 9 – mecanismul bielă-manivelă (lungimea manivelei 50 [mm], cu arcurile montate și fără joc în articulațiile pistonului); 10 – senzorii de accelerație pe direcție verticală și orizontală (în figură senzorul pe direcție vertical nu este prezentat); 11 – inele de siguranță. Montajul necesar (fig. 6) precum și realizarea lucrării necesită parcurgerea următorilor etape: - se montează motorul electric pe placa de bază; - motorul electric se conectează la unitatea de comandă, după care unitatea de bază se conectează la sursa de alimentare; - arborele scurt (5) se montează pe lagărele de rostogolire (4) împreună cu inelele de siguranță (11) la același nivel cu arborele motorului electric; - arborele motorului electric și arborele scurt (5) se cuplează prin intermediul cuplajului elastic (2); - se fixează și se aliniază lagărele; - se fixează roata de curea conducătoare (mică) pe arborele scurt (5) prin intermediul îmbinării cu strângere prin ajustare pe con; - se fixează modulul (8) pentru transmisia prin curele trapezoidale, care este compus din lagărul pentru roata de curea condusă (mare) și mecanismul de tensionare a curelei; - pe capătul opus al lagărului pentru roata de curea condusă se montează manivela prin intermediul îmbinării cu strângere prin ajustare pe con; - se fixează mecanismul bielă-manivelă și se aliniază corespunzător cu celelalte elemente. După efectuarea oricăror modificari se verifică funcționarea optimă a mecanismului bielă-manivelă prin rotirea arborelui de antrenare cu mâna înainte de a porni motorul electric. - pregătim mecanismul bielă-manivelă pentru experimentul dorit, și anume:  se montează ambele greutățile de corecție (echilibrare) pe manivelă;  se setează lungimea bielei de 50 [mm];  se setează jocul în articulațiile pistonului de 0,3 [mm];  se realizează experimentul fără nici un arc, cu un arc și cu 2 arcuri. - se montează senzorii de accelerație (pe direcție orizontală și verticală) pe cel mai apropiat lagăr față de roata de curea conrucătoare (mică); - se montează marcajul reflectorizant (6) pe arborele scurt (5); - se fixează senzorul de referință (7) cu suportul magnetic (3) pe placuța metalică și se aliniază corespunzător față de marcajul reflectorizant (6); 55

- senzorii de accelerație și senzorul de referință se conectează la amplificatorul de semnal; - amplificatorul de semnal se conectează la calculator prin intermediul unității USB; - se pornește calculatorul și se lansează aplicația GUNT PT 500.04 după care se unește amplificatorul la sursa de alimentare și se pornește de pe panoul frontal; - se verifică senzorul de referință în special alinierea acestuia față de marcajul reflectorizant astfel încât să se asigure citirea corectă a datelor; - în softul GUNT PT 500.04 selectează meniul „Sensor” pentru a realiza setarea corectă (calibrarea) senzorului de accelerație după cum urmează: Sensor: Acceleration Scale: 100 mV/g Offset: 0 Factor: 1.0 - în softul GUNT PT 500.04 pornim modulul „Envelope Analysis” pentru înregistrarea vibrogramelor. Mersul lucrării: - se verifică dacă toate piesele sunt montate și fixate în siguranță; - se închide ecranul de protecție; - se pornește unitatea de comandă al motorului electric și se alege direcția dorită de rotire; - se pornește motorul electric și se setează turația de lucru în primul caz la 600 [rot/min] și în al doilea caz la 1200 [rot/min]; - se deschide aplicația GUNT PT 500.04 (de pe desktop) din care se pornește modulul „Envelope Analysis” pentru înregistrarea vibrogramelor. - se înregistrează vibrogramele pentu 3 cazuri distincte cand sunt montate pe mecanismul bielă-manivelă două arcuri, un arc și respective nici un arc. Forța arcului (forța simulată a presiunii gazelor) asigură o pretensionare suficientă, ceea ce înseamnă că, la viteza de lucru (600 [rot/min] sau 1200 [rot/min] ) nici un impact (lovitură sau șoc) nu poate să apară atunci când există o schimbare de încărcare. În continuare sunt prezentate vibrogramele obținute pentru 3 cazuri distincte când mecanismul bielă-manivelă funcționează la turația de 1200 [rot/min]: - în fig. 17 și fig. 18 vibrogramele obținute când nu sunt prezente arcurile; - în fig. 19 și fig. 20 vibrogramele obținute când este instalat un singur arc; - în fig. 21 și fig. 22 vibrogramele obținute când sunt instalate ambele arcuri. În Tabeul 1 sund date amplitudinile maxime la 600 și 1200 [rot/min]. 56

Senzor accelerație 1 – direcție verticală

fk2

fk4 fk6 fk1

fk5

fk3

fk7

fk8

fk9

Fig. 17

fk2

Senzor accelerație 2 – direcție orizontală

fk4 fk6 fk1 fk5

fk3

Fig. 18 57

fk7

fk8

fk9

fk2

Senzor accelerație 1 – direcție verticală fk3

fk5

fk1 fk7

fk4

fk8

fk9

fk6

Fig. 19

fk2

fk1

Senzor accelerație 2 – direcție orizontală fk3 fk5 fk4 fk7 fk6

Fig. 20 58

fk8

fk9

fk1

Senzor accelerație 1 – direcție verticală fk2

fk3 fk4

fk5 fk7

fk8

fk6 fk9

Fig. 21

fk1

Senzor accelerație 2 – direcție orizontală fk4

fk2

fk5

fk3

fk6

fk9 fk7 fk8

Fig. 22 59

Tabelul 1 Gradul de severitate (damge index) pentru jocul de 0,3 [mm] la turația de 600 și 1200 [rot/min] 10 Hz (600 rot/min) 20 Hz (1200 rot/min) Dir. orizontală Direcție verticală Dir. orizontală Direcție verticală 0 arcuri 0,37 1,00 0 arcuri 1,25 2,5 1 arc 0,68 0,73 1 arc 1,16 1,74 2 arcuri 0,07 0,14 2 arcuri 0,07 0,09

Analizând datele obținute, și anume vibrogramele din fig. 16-22 și Tabelul 1 observăm că compotamentul vibro-acustic optim al mecanismului bielă-manivelă se manifestă atunci când forțele datorate presiunii gazelor sunt relative mai mari decât forțele masice de inerție din timpul funcționării. În cazul experimetului efectuat s-a observa că atunci când mecanismul bielă-manivelă funcționează cu 2 arcuri (presiunea gazelor este mare) amplitudinea armonicilor în special celor de ordinal 2 sunt foarte mici, ceea ce implicit duce la o funcționare lină fără șocuri și vibrații a mecanismului bielă manivelă. De asemenea comportamentul vibro-acustic al mecanismului bielă-manivelă este influențat și de turația de lucru setată, astfel cu cât viteza de lucru este mai mare se atestă și o creștere a gradului de severitate a vibrațiilor. În fig. 23 se prezintă dependența mărimii vibrațiilor (șocurilor) față de viteza de lucru și raportul dintre forțele masice (de inerție) și forțele datorate presiunii gazelor. Forțe de inerție mai mari decât presiunea gazelor Lovituri (șocuri)

Forțe de inerție mai mici decât presiunea gazelor

Fig. 23

60