Балансировка вращающихся тел

Балансировкой называется уравновешивание вращающихся или поступательно движущихся масс машин и механизмов с тем, чтобы полностью или частично устранить влияние сил инерции. В настоящем параграфе рассматривается только балансировка вращающихся деталей машин.

Термины, применяемые в данном параграфе, соответствуют стандарту «Балансировка вращающихся тел. Термины».

Как известно из теоретической механики, неуравновешенностью ротора называется его состояние, характеризующееся таким распределением масс, которое во время движения вызывает переменные нагрузки на опорах. Эти нагрузки являются причиной сотрясений и вибраций, преждевременного износа, снижают КПД и производительность машин. Неуравновешенность называется статической, если центр тяжести тела не лежит на оси вращения.

Смещение центра тяжести вращающегося тела от оси вращения называется эксцентриситетом массы. На рисунке 1.20 изображен маховик, закрепленный на валу с эксцентриситетом массы ест. На основании теоремы о движении центра масс можно записать

где т — масса маховика; а со — угловая скорость.

Как видим, сила инерции маховика пропорциональна квадрату угловой скорости, что говорит об особой важности балансировки для быстроходных конструкций. Например, при т = 102 кг, частоте вращения п = 3000 мин-1 (со = ли/30 = 314 рад/с) и ест = 1 мм F''n = 10 000 Н, то есть сила инерции маховика будет в 10 раз больше его веса (силы тяжести).

Статическая неуравновешенность маховика

Рис. 1.20. Статическая неуравновешенность маховика

Условием уравновешивания вращающегося тела является расположение его центра тяжести на оси вращения. Статическую неуравновешенность легко обнаружить путем статической балансировки на двух горизонтальных параллельных балансировочных ножах. Деталь, не имеющая статической неуравновешенности, будет находиться на ножах в состоянии безразличного равновесия.

Неуравновешенность ротора характеризуется величиной дисбаланса. Произведение неуравновешенной массы на ее эксцентриситет называется значением дисбаланса и выражается в г-мм.

Моментная неуравновешенность коленчатого вала и ее компенсация

Рис. 1.21. Моментная неуравновешенность коленчатого вала и ее компенсация

Сформулированное выше условие уравновешивания вращающегося тела не является достаточным, так как динамические нагрузки могут возникать и в том случае, когда центр тяжести лежит на оси вращения. Рассмотрим коленчатый вал двухцилиндрового двигателя (рис. 1.21). В этом случае, даже если центр тяжести С будет лежать на оси вращения, возникнет пара сил инерции F™, вызывающая изгиб вала и добавочные давления на опоры, меняющиеся по направлению. Такая неуравновешенность называется моментной, и ее можно обнаружить при достаточно быстром вращении, но не в покое. Если статическая и моментная неуравновешенность существуют одновременно, то такая неуравновешенность называется динамической.

Причинами неуравновешенности могут быть неточности в изготовлении и сборке деталей, неравномерность распределения материала, деформация деталей, большие зазоры во вращательных парах и т.д. Устраняют неуравновешенность, удаляя (например, высверливая) избыток материала в более тяжелой части детали или добавляя корректирующую массу в более легкой его части. При значительной неуравновешенности ставят противовесы (см. рис. 1.21), масса которых иногда достигает десятков тысяч килограммов.

В машиностроении статическая и динамическая балансировка производится на балансировочных станках.

Звенья механизмов, совершающие плоскопараллельное или возвратно-поступательное движение, имеют переменные по модулю и направлению ускорения, а следовательно, и силы инерции. Поэтому уравновешивание таких механизмов представляет собой гораздо более сложную задачу, чем уравновешивание роторов, и нередко возможно лишь частичное уравновешивание. В сложных машинах, например, в многоцилиндровых двигателях и других поршневых машинах, полное или частичное уравновешивание может быть достигнуто за счет рационального расположения механизмов, при котором силы инерции звеньев взаимно уравновешиваются.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >