Прибор для балансировки на Ардуино и акселерометрах

У ДПМ и ДПР опоры шпинделя шариковые и шумят очень даже некисло. Ещё возможно, что коллектор как-то вносит свои вибрации. Для прецизионных измерений можно попробовать изготовить отдельный шпиндель на втулках или прецизионных шариковых подшипниках и развязаться мягкой резиновой втулкой.

злобный Рамулятор, в данной ситуации, учитывая, что это макет для отладки софта, такое поведение мотора даже помогло убедиться в работоспособности идеи.

Конечно, при строительстве станка необходимо будет ориентироваться на более подходящий привод, и уж точно не коллекторный.

А по поводу развязки привода от ротора мне чаще встречались варианты с ремнями. Но наверное может быть специфика при балансировке разных изделий, например карданов. Я в этом пока не очень...

Очень туго идет продвижение реализации задуманных и озвученных в 1 посте планов.

Пока была возможность заняться только последним пунктом - попробовать все это безобразие в реальных условиях.

В данном случае все на том-же пресловутом двигателе со шкивом для гриндера.

На всякий случай напоминаю, что речь о АИР71 2800 об/мин 0,75 кВт. Шкив 150мм, ширина 54мм посадка на вал на шпонку и стопорный винт. Вес шкива оказался 1830 г.

Фото были в старом посте, новые будут чуть позже.

Сделал провода подлинее, сигнал с акселерометра пустил в экране. Закрепил на двигателе датчик оборотов и два акселерометра. Включил - работает...

Ну как я и предполагал, одноплоскостная балансировка делается на УРА. Угол определяется очень стабильно. Амплитуда вообще стоит как вкопанная. И это все при том, что при питании мотора через частотник, помех в сигнале с акселерометра очень много. (опять же, фотки будут чуть позже). Очень кстати у меня нашелся сетевой фильтр, приобретенный с каким-то из моих частотников. Его использование здорово улучшило картинку с формой сигнала. Но надо отметить, что на точность измерений амплитуды и фазы на оборотной частоте это практически не повлияло.

Соотнести амплитуду сигнала в непонятно каких единицах с весом грузиков я точно не успел, но пропорциональность очень хорошая. Маленький магнитик, весом 0.3 г на радиусе 70мм дает амплитуду около 8 единиц. Минимальный сигнал, при котором фаза еще не начинает скакать по всей окружности составил около 0.3 единиц. При том я оперировал с установкой грузиков порядка 0.01 г (пластилиновые шарики 2-3 мм).

Короче, в одной плоскости я шкив отбалансировал и посмотрел, что идет от второго акселерометра, установленного на заднем фланце мотора. А там прет сигнал порядка 25 единиц. Т.е. налицо динамическая составляющая дисбаланса.

И вот, попробовав найти места установки грузов на разных сторонах шкива, адекватно влияющих на амплитуду и угол колебаний на заднем фланце, я понял, что без математики, позволяющей пересчитывать влияние грузов из одних плоскостей в другие тут вообще никак не обойтись.

Полез в литературу, в частности в ГОСТ 22061-76, где приводятся формулы для таких расчетов.

Попробовал в лоб их засунуть в Матлаб. Ввожу контрольные значения исходных дисбалансов - на выходе получаю бред. Даже после того, как нашел и исправил допущенную в ГОСТе опечатку в формуле (4), ничего вразумительного получить так и не смог, чувствую там какая-то засада со знаками.

Ну вот на этом пока и застрял, учу математику...

Могу кинуть сюда кусок программы, может кто поможет разобраться где ошибка? Есть студенты, еще не забывшие векторную алгебру и имеющие представление о Матлабе?

Я бы для начала не верил распознанным текстам.

Проверьте формулы по скану:

ГОСТ 22061-76 Машины и технологическое оборудование. Система классов точности балансировки. Основные положения

А ещё лучше по новому госту:

ГОСТ ИСО 1940 -1-2007 Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса

Я бы для начала не верил распознанным текстам.

А в новом ГОСТе такого приложения нет,куда-то его задвинули.

Подобные формулы есть в

Методические указания по балансировке жестких роторов (к ГОСТ 22061-76...

Источник:http://www.znaytovar...iya_po_bal.html

Там формула без этой ошибки, но у меня результат все-равно бредовый....

Вот несколько ранее обещанных фоток.

Мотор с установленными датчиками.

Картинки с осциллографа.Сигнал и его спектр без фильтра.

То же с сетевым фильтром перед частотником.

А так отображается сигнал и его спектр в моей программке.

...

Разобрался с формулами пересчета дисбалансов из одних плоскостей в другие. И действительно, в ГОСТе была допущена ошибка. (кроме опечатки, о которой писал ранее). Спасибо Дмитрию43, он познакомил меня с математиками из Питера (кстати разработчиками Балкома-1). Правда я, когда готовился к разговору с ними, уже получил правильные результаты пересчета. Но тем приятнее было услышать от них подтверждение, что дело было в неправильных формулах.

Но надо сказать, что сделанная мной программа пересчета не сильно мне помогла в практической работе. При моем расположении шкива и плоскостей коррекции относительно плоскостей измерения, влияние минимальных изменений соотношений грузов уже значительно влияет на изменение сигнала. И я столкнулся с пока не преодоленной мной задачей установки пробных грузиков с градацией веса в 0.05 и менее граммов. Сверлить шкив, до окончательной отработки методики, мне не хотелось. Пластилином пользоваться оказалось очень неудобно. Попробовал маленькие магниты и шайбочки, получается лучше. Но в наличии были только шайбы минимальным весом 0.1 г, что оказалось недостаточно для достижения максимально возможного результата.

Когда я понял, что закопался в этих миллиграммах, я решил оценить, с какой же точностью я пытаюсь отбалансировать свой шкив. Опять взял ГОСТ, нашел методику расчета остаточных дисбалансов, посчитал. Получилось, что на частоте 4200 оборотов я, на основании показаний своей программки, могу получить результат в 5! раз точнее 0 класса точности по ГОСТу. Сразу понятно стало, куда меня завел мой перфекционизм. Теперь понимаю, что для практического применения надо ограничивать точность и останавливаться на требованиях ГОСТов и не пытаться выжимать идеальный результат.

Надеюсь теперь, с .этим новым пониманием, дело у меня пойдет несколько веселее...

Гаражник, А какой вес вашего ротора? И радиус установки груза?

Если взять наугад. Ротор - 3 кг, радиус 50мм, то минимальный остаточный дисбаланс в граммах - 0,027г. Это по 1 кл. для 4200 об.

Есть еще вариант - система просто не чувствует таких дисбалансов. :rolleyes: Тогда при обходе пробным грузом и получается величина близкая к 0.

Ротор - 3 кг, радиус 50мм, то минимальный остаточный дисбаланс в граммах - 0,027г. Это по 1 кл. для 4200 об.

По методике из ГОСТ ИСО 1940-1-2007 Приложение 2, получаем по рисунку 2 для 4200 об/мин по нижней границе 1 класса

e per = 1 г*мм/кг.

Для ротора 3 кг получим 3 г*мм. На 50 мм получим 3/50 = 0.06 г.

Не получилось 0,027г., где ошибка?

А какой вес вашего ротора? И радиус установки груза?

По методике выше получаем: 1.82/70 = 0.026 г. точность по 1 классу.

Есть еще вариант - система просто не чувствует таких дисбалансов. Тогда при обходе пробным грузом и получается величина близкая к 0.

Немного не понял логику рассуждений... Если ротор балансировался этим же прибором, и по его показаниям были установлены грузы, как можно предположить, что система не чувствует таких величин? Тем более по методике для измерений остаточного дисбаланса устанавливается груз в 5 -10 раз больше ...

Но я чуть по-другому прикинул чувствительность прибора. Минимальный грузик, величину которого я достоверно мог определить, у меня был 0.1 г. При его установке прибор показывает 3 единицы дисбаланса. А минимальная величина дисбаланса по прибору, после которой угол уже определяется не достоверно - 0.3 ед. Я предположил, что установка грузов величиной 0.01 г уже будет определяться прибором. Это и можно принять за его максимальную чувствительность.

Но в одном я ошибся точно - это не 5 раз лучше 0, а лишь в 2 раза лучше 1 класса. Виноват, поторопился...

Не получилось 0,027г., где ошибка?

Пардон, я по своему калькулятору считал. Он еще и на 2 делит. На 2 плоскости.

Если ротор балансировался этим же прибором, и по его показаниям были установлены грузы, как можно предположить, что система не чувствует таких величин?

Предполагать можно все что угодно :rolleyes: . Всякое бывало.

Вам на месте виднее. Получились - здорово! Успехов!

Вчера удалось найти три десятка шайбочек на 1,6 мм. Взвесил, получилось по 0,018 г.

Стало гораздо удобнее производить установку корректирующих грузов, хотя часто просятся грузики еще в 2-4 раза меньше. Но теперь, вооруженный пониманием, что к идеальным результатам стремиться не надо (см пост #7, к конце), я остановился на показаниях прибора 0.5-0.8 единиц. При этом добавление или убавление одной шайбочки в 0,018 г уже ухудшает результат. Хотя видно, что более мелкие грузики могли бы его несколько улучшить.

Так вот, отбалансировал я двигатель со шкивом в двух плоскостях с указанной точностью (плоскости измерений - на передней и задней крышках мотора, плоскости коррекции - на разных краях шкива). Скажу, кстати, что это, с учетом разбивки на 2 плоскости, как раз примерно соответствует нижней границе первого класса.

При этом сигнал я снимал с каналов Z обоих акселерометров, это направление вверх.

А вот когда я переключился на каналы Y (направление справа-налево), я почему-то получил достаточно значительные амплитуды вибраций в обоих плоскостях измерения (12 и 15 единиц на разных крышках). Чтобы перепроверить себя, еще несколько раз переключился туда-обратно, результат тот-же - балансировка по разным направлениям - разная. Пошел дальше, отбалансировал с максимальной точностью по показаниям на канале Y, получил сигналы 15 -20 единиц по каналам Z.

Никакого объяснения полученному результату я найти не могу.

Кстати, показания по Z и по Y, как и должно быть по теории, отличаются ровно на 90 град.

Ну и еще вспомогательная информация для анализа и размышлений.

Двигатель сейчас никак не закреплен нам столе, он лежит на 4 слоях пупырчатой упаковочной пленки.

Собственная частота такой "подвески" получилась где-то около 30 Гц (смотрю по спектру сигнала с акселерометров, когда постукиваю ладонью по мотору). Балансировку производил на частоте 70 Гц. (4200 об/мин).

Кто-то сможет дать объяснение данному явлению?

Кто-то сможет дать объяснение данному явлению?

подшипники, однако. Ну и резонансная частота на такой прокладке-подвеске в разных осях Z-Y, думаю разная. Но это не должно особо сказываться, Первые мои опыты проводил и без подкладок, и на войлоке, и на микропорке, всегда добивался необходимого результата , т. е. третьего класса по ГОСТу - 22061-76 или по ISO-1940 - 2,5 mm*rad/sec. Добиться же первого класса на подшипниках качения, даже очень хорошего качества, крайне трудно да и нет необходимости.

Первый класс по ГОСТ - 22061-76 при скорости 4000 об/мин е ст.= от 0,4 до 1 мкм. (Шпиндели, шлифовальные круги и роторы электродвигателей прецизионных шлифовальных станков.

Гироскопы.)

подшипники, однако.

Но исходя из него напрашиваются еще два вопроса.

Первый - практический. Как обрабатывать сигналы по Y и Z? Находить среднее значение (суммарный вектор) и пытаться его довести до требуемого уровня?

Ну второй вопрос остается теоретический. Не могу понять/представить, как подшипники могут дать эффект, когда в одном направлении колебания ротора практически незаметны, а в другом выше в десятки раз? Не понятна сама физика такого поведения....

Возможно, сказывается различная жесткость подвеса и степень демпфирования в горизонтальной и вертикальной плоскости (ну и как следствие разная резонансная частота и амплитуда колебаний)

Выход - симметрировать подвес (поставить датчик не горизонтально а под углом 45 гр.)

Возможно, сказывается различная жесткость подвеса и степень демпфирования в горизонтальной и вертикальной плоскости

Сам я склоняюсь к тому, что это уже влияние так называемой технологической составляющей, в основном, наверное, подшипников. Но более глубоко и подробно пока не осознал...

Кстати, я пока так и не успел оценить, может эта разница вполне поместится в разброс 4 класса - рекомендация ГОСТа для электрических двигателей общего назначения. Тогда и не будет смысла копать глубже, в ГОСТы заложены знания и опыт всей науки и практики в этом направлении.

Выход - симметрировать подвес (поставить датчик не горизонтально а под углом 45 гр.)

Михаил, не претендую на истину.

Раньше этими вопросами никогда не занимался.

Заинтересовался в связи с приобретением заточного станка.

Вся комплектуха есть (двигатель, частотник, датчики, МК, двухканальный осциллограф с FFT). Начал вникать в теорию.

Хочется сделать на МК мобильный приборчик (без излишеств).

Где можно скачать верные формулы?

Что касается Вашей проблемы мне , все таки, кажется что пузырчатая подкладка вещь не предсказуемая и , скорее всего с нелинейным коэффициентом жесткости (сжатие шара происходит с нарастанием площади и усилие растет нелинейно) со всеми вытекающими осложнениями....

Нелинейности на сжатие и на сдвиг могут быть разными.

Попробуйте после балансировки по выходу Z переключиться на Y и положить двигатель на бок, что бы Y смотрел вверх. Т.е. поместить Y в те же условия где был Z.

Вообще, мне кажется, что лучше по возможности линеаризовать систему (заменить пузырчатую подкладку пружинами например).

Здравия желаю!

Где можно скачать верные формулы?

Еще мне помогли методички ВУЗов к лабам по балансировке, я в теме Балансировка давал ссылки. Правда потом оказалось, что и в них полно ошибок...

кажется что пузырчатая подкладка вещь не предсказуемая

поместить Y в те же условия где был Z.

Правда потом оказалось, что и в них полно ошибок...

Михаил, исправленный ГОСТ можете дать? (точнее не ГОСТ, а описание исправлений)

Николай233, одна ошибка была описана в посте #6 этой ветки.

Другую явно не выделял, просто шел последовательно по формулам ГОСТа и получил следующие формулы, по которым считается правильно.

В формулах: переменные начинающиеся с D - величина вектора, с A - его угол. Плоскости а и b -плоскости измерения, 1 и 2 - плоскости коррекции.

Если что не понятно - спрашивайте.

D1cosA1 = (Da*cos(Aa)*(Za-Z2)+Db*cos(Ab)*(Zb-Z2))/(Z2-Z1);

D1sinA1 = (Da*sin(Aa)*(Za-Z2)+Db*sin(Ab)*(Zb-Z2))/(Z2-Z1);

D2cosA2 = (Da*cos(Aa)*(Za-Z1)+Db*cos(Ab)*(Zb-Z1))/-(Z2-Z1);

D2sinA2 = (Da*sin(Aa)*(Za-Z1)+Db*sin(Ab)*(Zb-Z1))/-(Z2-Z1);

D1 = sqrt(D1cosA1^2+D1sinA1^2);

D2 = sqrt(D2cosA2^2+D2sinA2^2);

A1 = atan2(-D1sinA1,-D1cosA1);

A2 = atan2(-D2sinA2,-D2cosA2);

DacosAa = (D1*cos(A1)*(Z1-Zb)+D2*cos(A2)*(Z2-Zb))/(Zb-Za);

DasinAa = (D1*sin(A1)*(Z1-Zb)+D2*sin(A2)*(Z2-Zb))/(Zb-Za);

DbcosAb = (D1*cos(A1)*(Z1-Za)+D2*cos(A2)*(Z2-Za))/(Za-Zb);

DbsinAb = (D1*sin(A1)*(Z1-Za)+D2*sin(A2)*(Z2-Za))/(Za-Zb);

Da = sqrt(DacosAa^2+DasinAa^2);

Db = sqrt(DbcosAb^2+DbsinAb^2);

Aa = atan2(-DasinAa,-DacosAa);

Ab = atan2(-DbsinAb,-DbcosAb);

Спасибо большое!

Некоторое время потребуется, чтобы собрать стенд и "въехать в проблему"....

Михаил, если я правильно понял, на макете лучше плоскости балансировки разнести по разные стороны вала (поставить два маховичка рядом с акселерометрами)?

Легче будет подбирать грузики и теория будет точнее совпадать с экспериментом?

Николай233, Формулы, которые я привел, охватывают все варианты взаимного расположения плоскостей, лишь бы а было левее b и 1 левее 2.

Где Вы конкретно поставите Ваши "маховички", не имеет значения, лишь бы удобно было конструктивно....

DacosAa = (D1*cos(A1)*(Z1-Zb)+D2*cos(A2)*(Z2-Zb))/(Zb-Za);

DasinAa = (D1*sin(A1)*(Z1-Zb)+D2*sin(A2)*(Z2-Zb))/(Zb-Za);

DbcosAb = (D1*cos(A1)*(Z1-Za)+D2*cos(A2)*(Z2-Za))/(Za-Zb);

DbsinAb = (D1*sin(A1)*(Z1-Za)+D2*sin(A2)*(Z2-Za))/(Za-Zb);

Da = sqrt(DacosAa^2+DasinAa^2);

Db = sqrt(DbcosAb^2+DbsinAb^2);

Aa = atan2(-DasinAa,-DacosAa);

Ab = atan2(-DbsinAb,-DbcosAb);

А что такое Zx?

К формулам нет претензий.

Я о другом. Предположим, довольно длинный ротор двигателя имеет приличный динамический разбаланс.

Если я закреплю на валу единственный тонкий диск, то навешивая на его противоположные стороны грузики трудно будет устранить такой разбаланс (грузики потребуются большие и точные).

А если два таких разнесенных диска, то меньше по массе и и по точности.

Этот вариант применим, конечно, только на макете для упрощения и наглядности. На реальном оборудовании придется крепить там , где конструктив позволяет