Перейти к содержанию
Гаражник

Прибор для балансировки на Ардуино и акселерометрах

Рекомендуемые сообщения

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.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

Я бы для начала не верил распознанным текстам.

Я и не поверил. Нашел в Инете еще 3 или 4 варианта, и сканированные и распознанные - всюду одна и та же опечатка: в формуле (4) в верхнем уравнении в знаменателе стоит в скобках (Za-Z1) , а должно стоять (Za-Z2). Без вариантов...

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....

Изменено пользователем Гаражник

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

Вот несколько ранее обещанных фоток.

Мотор с установленными датчиками.

post-25202-087843900 1395623712_thumb.jpg

Картинки с осциллографа.Сигнал и его спектр без фильтра.

post-25202-046027600 1395623989_thumb.jpgpost-25202-001441200 1395623954_thumb.jpg

То же с сетевым фильтром перед частотником.

post-25202-091102700 1395623970_thumb.jpgpost-25202-087237000 1395623939_thumb.jpg

А так отображается сигнал и его спектр в моей программке.

post-25202-000443200 1395623929_thumb.jpg

...

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...

Изменено пользователем Гаражник

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

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

Когда такой уважаемый человек сомневается, надо себя проверить...

 

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?

Мой ротор 1.82 кг, радиус установки грузов 70 мм.

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...

Изменено пользователем Гаражник

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Не получилось 0,027г., где ошибка?

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

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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!

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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.)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

подшипники, однако.

Спасибо за ответ.

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....

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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.)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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

Это сомнений не вызывает. Но это, интуитивно, должно было бы влиять только на амплитуду сигнала в разных направлениях. А тут получается, что приходится немного менять расположение и величину корректирующих грузов, чтобы минимизировать амплитуды в разных направлениях. Как-то не укладывается в теорию...

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.)

Думаю, что получится еще один, уже третий результат. Будет ли он ближе к идеалу - непонятно. Но я уже ранее планировал посмотреть в эту сторону, только думал не поворачивать датчик, а брать суммарный вектор сигналов по Y и Z. Это примерно то же самое. Пока не успел, 2 недели не был в мастерской, болею я...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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!

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Где можно скачать верные формулы?

Что конкретно интересует? В файловой библиотеке много полезных книг, справочников и ГОСТов.

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

Думаю, что при тех величинах перемещений, которые возникают при вибрации, все можно считать линейным.

поместить Y в те же условия где был Z.

Такая мысль была, попробую обязательно...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Правда потом оказалось, что и в них полно ошибок...

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

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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);

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Спасибо большое!

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

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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....

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

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

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти

  • Последние посетители   0 пользователей онлайн

    Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу


  • Модераторы тем

×
×
  • Создать...

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.