Датчик вибрации и применение его для балансировки

[omich]

Применение датчика вибрации для балансировки.

Это только пока начало темы и, как обычно, в первом сообщении будет обобщаться результат исследований.

У китайских братьев есть 3-х координатные датчики положения, которые очень неплохо реагируют на вибрацию, тем более, что именно они применяются в промышленных приборах. Для экспериментов заказал 5 штук, вчера получил и решил сразу посмотреть как они работают. Собрал стенд из того же точила, которое использую для испытания зажиганий, только  на этот раз убрал виток изоленты, чтобы нарушить центровку магнита на валу. Вибрация получилась, конечно, значительно меньше, чем у Дэшки, но этого оказалось вполне достаточно, чтобы увидеть результат.

Вот что из себя представляет стенд:


Максимальное напряжение, которое можно подавать на датчик 6 вольт, поэтому питание подал от 3-х АА батареек 1,5*3=4,5 вольта, в последствии, можно будет заменить на литиевый аккумулятор 3,7 вольта.

А это как раз сигнал с датчика. Снимать можно с 3-х координат, но я взял координату Z, т.к. датчик прилепил к точилу на двухсторонний скотч и вибрация происходит как раз по этой координате.



Сигнал сначала смотрел однолучевым осциллографом, но потом подсоединил датчик холла и подал сигнал на двухлучевой, чтобы видеть как работает датчик в угловом положении. Как видим, вибрация видна очень хорошо. Также на синусоиде можно заметить помехи от коллекторного двигателя. В последствии, помехи мешать не будут, т.к. плата усилителя будет собрана прямо рядом с датчиком, а сейчас у меня даже не экранированный провод около 1,5 метров, а чувствительность осциллографа на этом канале 0,2 вольта на деление(и развертка 2 мс/дел).

Обычно для устранения вибрации нужно найти более тяжелый сектор на вращающемся механизме, что с помощью этого датчика будет сделать довольно легко. Идея прибора будет заключаться в том, что при помощи компаратора будет находиться пик синусоиды и в этот момент будет зажигаться светодиод, т.е. будет работать на подобии стробоскопа, а дальше просто на вращающейся детали надо будет поставить какие-нибудь метки и сектор легко будет найден.

На сегодня пока это все, а на неделе подумаю над схемой компаратора - возьму какой-нибудь распространенный операционник типа LM358, на нем и сделаю.

Продолжение...

Итак, вот такая получилась схема:


Схема очень простая и работает по принципу стробоскопа, при этом кроме неё не надо ни каких приборов.

Стенд:
 

Датчик вибрации пришлось перевернуть, иначе метка светилась с противоположной стороны.

А это видео работы датчика вибрации на стенде:



Как-то я уже упоминал, что магнит при испытании зажиганий сидит на валу точила на витке изоленты, тем самым центрируется. Здесь же для испытания датчика вибрации, мне нужно было наоборот сделать дисбаланс, поэтому этот виток изоленты я убрал и магнит прижал к валу так, чтобы метка нанесенная на магните оказалась более тяжелым сектором. При раскрутке стенда вибрация, конечно, значительно меньше, чем у Дэшки, но мне и интересно было узнать возможности датчика по обнаружению даже небольшой вибрации.
Как видно на видео, чувствительность получилась очень высокой, что даже легкое постукивание по стенду вызывает вспыхивание светодиода. Кроме этого, регулятором уровня можно очень четко "выловить" самый пик сигнала с датчика, причем любого уровня. Уровнем можно настроить такой порог, что датчик начинает срабатывать даже на разговор или шаги около стенда.
На видео есть момент, где мне немного трудно было поймать нужное положение регулятора уровня, т.к. оно оказалось почти посередине регулировки переменного резистора, а он, как назло, попался с фиксацией середины и норовил как раз установиться на ней.

Итог: Идея работает и еще как, т.е. с помощью такого простого устройства можно балансировать хоть вентиляторы, хоть точило, можно также попробовать глянуть "более тяжелый сектор" у Дэшки при возникновении вибрации.

Плата:



Печатная плата вибродатчика в формате Sprint layout 6.0.

Принцип работы устройства

Принцип работы можно понять по картинке симулятора Протеус(На схему на Протеусе сильно внимание обращать не стоит - она не окончательная. Правильная опубликована выше). Сигнал с "датчика"(желтый) усиливается операционным усилителем U1(синий сигнал на его выходе) и дальше сравнивается компаратором U2. Уровень для сравнения подбирается переменным резистором, чтобы поймать самый верх синусоиды, тем самым сужается сектор подсветки светодиодом и таким образом будет найден самый тяжелый сектор. Для балансировки необходимо либо облегчать этот сектор, либо с противоположной стороны подвешивать груз.

[omich]

Да, интересная идея. Чем-то напомнило принцип балансировочного станка на шиномонтажках -  "слева 5 справа 10 - колесо отболансировано".

Так принцип то у них одинаков, только там эту синусоиду совместно с датчиком углового положения обрабатывает компьютер и показывает на экране тот же более тяжелый сектор, а тут будет простейшее устройство похожее на стробоскоп, которое просто будет подсвечивать искомый сектор, которое сможет повторить любой желающий. Естественно, это устройство не конкурент приборам за тыщу баксов, но, порой даже простенький прибор, это гораздо лучше, чем совсем ничего.
Чувствительность у датчика обалденная, так что я когда доведу его до ума, то попробую отбалансировать даже комнатный вентилятор, а то он чуточку не сбалансирован, а в каком месте, так без прибора и не смог найти. ... ну а Дедушка будет Дэшкам динамическую балансировку коленвалам делать.

[augism]

Если коротко, то ещё один прорыв в мире мопедизма. Я так чуствую, что даже больше, чем Вы сделали свой вклад с зажиганием и драйвером света.
Я уже представляю, как мы проверяем формулу Григорьева! Тем самым, печально думаю, что Дедушка останется с коленвалом в руках с подшипниками, которые он держит в руках со словами: <... и так видно, что головка шатуна стремится вниз...>

[stoneracer]

Интересно!!! Я немного по-маялся в этом направлении, даже купил прибор. Отбалансировал карданы на грузовике, пару колес.
А вот с коленом, есть нюансы. Во-первых, балансировать надо на работающем моторе, во-вторых, датчики размещать как можно ближе к подшипникам КВ. То есть в идеале сделать "стендовый" картер с вживленными датчиками, и ставить в него вал с поршневой для балансировки. Вот такие мысли в слух...

[Alexius]

Если делать стенд, думаю, нужны 2 датчика: один на оси по ходу поршня, второй на перпендикуляре к этой оси.
Так удастся найти оптимальное отношение "вертикальной" составляющей вибрации  к продольной.
Ну и формулу заодним уточним. ( я всегда делал как дедушка рекомендовал 0.6, в принципе нормально).

[omich]

Планируется не совсем как бы стенд, а прибор на подобии стробоскопа(см. 2-е сообщение темы) для поиска наиболее "тяжелого сектора" при вращении коленвала. Прежде, чем начинать работу в этом направлении, просмотрел кучу материала по этой теме, в том числе и видео. Понравилось в одном видео(ссылка была на чипмейкере, но что-то не могу найти) как мужик КВ мотоцикла отбалансировал буквально в ноль, а до этого была дикая вибрация. Делал он чисто методом научного тыка прикручивая грузики к маховику. Вот я и подумал, что насколько бы ему облегчилась задача, будь у него что-то подобное, которое подсказывало куда их прикручивать.

[Кургузов Роман]

Видео с мужиком выкладывал Август - мотоцикл Днепр .

[stoneracer]

Найти тяжелый сектор голого коленвала, не такая сложная проблема.
Проблема в том, что на "баланс" в одноцилиндровом моторе, сильно влияет, не только вес поршня,  но и сжатие в цилиндре, и вспышка.
По этому, просто крутить мотор - бесполезно, надо заводить. Пробовал поставить картер с валом и цилиндр на стенд для балансировки автомобильных КВ. И с головкой и без, совершенно разные показания "тяжелого сектора"
То же, отбалансировать вал на Яве, смог только "наобум", а хотелось бы, как-то компьютеризировать процесс.
Днепр - двухцилиндровый, да еще и опозит, там проще.

[omich]

Так именно на заведенном и надо будет испытывать. Просто отбалансировать можно разными путями, к примеру, как мужик в том видео про мотоцикл добавлением груза на маховик, а можно и высверливанием дырок на КВ с залитием в них свинца. Просто тут проскакивали сообщения про разборку двигателя, сверление КВ наобум, сборку и получение результата. В этом случае уже будет не наобум.

Видео с мужиком выкладывал Август - мотоцикл Днепр.

Это здесь было? А я весь чипмейкер перерыл, думал, что там его видел. Да, кажется про Днепр было видео, там еще Литовец был, но  само видео кто-то по-русски озвучил.

Роман, спасибо! Да, нашел это сообщение с видео.

[stoneracer]

Немного поделюсь информацией по попыткам балансировать с помощью "Балкома-1"
Имеет смысл делать это в двухканальном варианте, то есть снимать показания с двух датчиков.
Датчики надо крепить к неподвижной обойме подшипника, в идеале.  А дальше получается, что на удалении от опор вращающегося вала, особенно на разном удалении, прибор показывает "погоду на завтра" Пробовал придвигать-отодвигать датчики - картинка кординально менялась. Без существенной "перекройки" картера, ничего путного не получилось. Правда "Балком" ещё и вес дисбаланса сообщает.

[omich]

Начитался тут про саму балансировку:
"Путем снятия металла ( высверливания ) из щек коленчатого вала у нижней головки шатуна добиться статического равновесия. Коэффициент балансировки К = (0,45-0,6) выбирается в зависимости от ожидаемых под нагрузкой оборотов  двигателя ). Например , для оборотов коленчатого вала 6000—6500 об / мин этот коэффициент берется равным 0,5. Чем выше обороты коленчатого вала , тем коэффициент балансировки берется большим ( для n =8000 об / мин , К = (0,55 - 0,57)."
Из чего приходит подозрение, что датчик вибрации что-то покажет, но скорее всего, для разных оборотов сектор будет гулять. Но все-равно интересно посмотреть что он покажет. Кроме этого, пригодится для балансировки чего-нибудь типа вентилятора или точила.

[stoneracer]

В этом то и весь интерес, поймать необходимые результаты, для всего диапазона оборотов, и прикинуть динамику изменения грузика. Потом искать компромисс.

[omich]

Датчик работает! Все выложил в первое сообщение темы.

[stoneracer]

Красивая игрушка получиласью

Но до серьёзного стенда, ей не хватает вот такого интерфейса

 
И определения массы дисбаланса.

[omich]

Я на серьезный стенд и не замахивался. ...может когда-нибудь дорасту? Зато за копейки можно быстренько сварганить очень неплохое приспособление для помощи в балансировке. Порой, достаточно знать где более тяжелый сектор в динамике, когда в статике оно уже не балансируется и это приспособление как нельзя лучше для этого подходит.