Szerszámgépek kiegyensúlyozása I.

1. rész | 2. rész

A legtöbb gépészeti szerkezetben találhatók olyan mozgó alkatrészek, melyek forgó mozgást végeznek. A szerszámgépek esetén sincs ez másképp. A forgó egységek tervezése és üzemelése esetén két fontos szempontot szükséges figyelembe venni: a sajátfrekvenciát és a kiegyensúlyozottságot. Jelen cikkem a szerszámgépekben- különösen figyelmet fordítva a köszörűgépekben – megtalálható forgó szerkezeti elemek kiegyensúlyozottságával foglalkozik.

cncmedia_orangehr

kiegyensulyozas-1

Elméleti háttér

A forgó szerkezeti egységek esetén két tengelyt kell kiemelnünk (képzeletbeli tengelyt): a forgó test szimmetria tengelye és forgás ideális tengelye. Egy főorsó esetén a test szimmetria tengelye a szerszámbefogó, szerszám és a főorsó tengely szimmetria tengelye, míg az ideális tengely esetünkben a főorsó csapágyazásának tengelye. Kiegyensúlyozatlanságról akkor beszélünk, ha a két tengely nem esik egybe. Célunk, hogy ez a két tengely minél inkább egybeessen.

Felül: statikus kiegyensúlyozatlanság, alul: dinamikus kiegyensúlyozatlanság

Felül: statikus kiegyensúlyozatlanság, alul: dinamikus kiegyensúlyozatlanság

A kiegyensúlyozatlanságnak két fajtáját különböztetjük meg: a statikus és a dinamikus kiegyensúlyozatlanságot. Statikus kiegyensúlyozatlanságról akkor beszélünk, ha forgó egység szimmetria tengelye és a forgás tengelye között adott távolságú eltérés van, dinamikus kiegyensúlyozatlanságról akkor, ha a két tengely között szöghiba van. Ezek a hibák a csapágyakban ébredő reakcióerőket növelik, ezzel csökkentve azok élettartamát. Szerszámgépeket üzemelő szakemberek, technológusok sokszor szembesülnek ezzel a helyzettel, amikor megáll a termelés a gépükben lévő kb. 200 mm-es átmérőjű csapágy tönkremenetele miatt (később lesz szó még a szerszámgépekben alkalmazott gördülő elemes csapágyakról). Ezen csapágyak meghibásodása általában két okra vezethető vissza: túlterhelés, vagy a forgó egység kiegyensúlyozatlanságának növekedése).

A kiegyensúlyozatlanság magyarán azt jelenti, hogy a forgó test súlypontja nincs rajta a forgástengelyen. A statikus kiegyensúlyozatlanság korrigálható a forgó testen elhelyezett egyetlen megfelelően méretezett tömeggel. A dinamikus kiegyensúlyozáshoz két tömeg szükséges.

Forgó szerkezeti egységek kiegyensúlyozatlanságára vonatkozó szabványok

Érdemes és fontos megjegyezni: kiegyensúlyozatlanság mindig van! Mind statikus, mind dinamikus. A mértékük műszaki szempontból fontos. Ideális esetben (nincs súrlódás és kiegyensúlyozatlanság), állandó fordulatszámon nem szükséges teljesítmény a forgatáshoz, csak a gyorsításhoz. De ideális eset nem létezik. A kiegyensúlyozatlanságokból fakadó többlet reakcióerők, valamint statikus és gyorsítási-lassítási szakaszokban szükséges többlet teljesítmények mindig lesznek. Mint a legtöbb esetben, e kiegyensúlyozatlanságok mértékét a szabványok is igyekeznek ajánlásokkal csökkenteni.

Számunkra talán az egyik legfontosabb szabvány ezen a téren az ISO 1940-1 es szabvány. A szabvány kategóriákba sorolja a különböző gépészeti forgó szerkezeti egységeket. Ezen kategóriák az úgy nevezett kiegyensúlyozottsági minőségi osztályok, melyek értékét az adott gépészeti egységre vonatkozó maximálisan megengedhető kiegyensúlyozatlanság jellemzi. Értékét a forgó test statikus kiegyensúlyozatlansága, a tömege és a fordulatszáma határozza meg. A szabvány külön gépészeti szerkezetenként megnevezi, milyen G osztályba kell tartoznia. Példának okáért: személygépjárművekben a főtengelyek G osztálya G 100 – G 250 kell esnie, a repülőgépek gázturbináinak G 6,3, szerszámgépek hajtásrendszereinek G 2,5, köszörűgépek tárgy- és köszörűorsóinak G1! Minél kisebb a G osztálya, annál kisebb a megengedhető kiegyensúlyozatlanság a forgó egységeken.

ISO 1940-1, G-osztályok a fordulatszám és a statiklus kiegyensúlyozatlanság függvényében

ISO 1940-1, G-osztályok a fordulatszám és a statiklus kiegyensúlyozatlanság függvényében

A fenti táblázat az ISO 1940-1-es szabvány kivonata, mely segítséget ad a fordulatszám – kiegyensúlyozatlanság alapján meghatározni az adott forgó egység G osztályát. A fehér tartomány a gyakorlati tapasztalatok alapján az irányadó, optimális terület.

Más szabványok is foglalkoznak a kiegyensúlyozás kérdésével. Ilyen például a MIL-STD-167-1 vagy az API kiegyensúlyozottsági megfelelőség.  Az alábbi táblázat az ISO 1940-1, az API és a MIL-STD-167-1 közötti hasonlóságot mutatja be.

ISO 1940-1 három kategóriájának összehasonlítása a MID-STD-167-1 és az API megfelelőséggel

ISO 1940-1 három kategóriájának összehasonlítása a MID-STD-167-1 és az API megfelelőséggel

1. rész | 2. rész

Források: