Понятие о балансировке вращающихся тел

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

Термины, применяемые в данном параграфе, соответствуют ГОСТ 19534—74 «Балансировка вращающихся тел. Термины».

Неуравновешенностью ротора (вращающегося в опорах тела) называется его состояние, характеризующееся таким распределени-

ем масс, которое за время вращения вызывает перемен­ные нагрузки на опорах. Эти нагрузки являются причиной сотрясений и вибраций, преж­девременного износа, снижа­ют КПД и экономичность ма­шин. Особо нежелательна неуравновешенность в быст­роходных машинах.

Рассмотрим случай статической неуравновешенности, когда центр тяжести тела не лежит на оси вращения.

Представим себе маховик массой т,вращающийся с постоянной уг­ловой скоростью . Допустим, что центр тяжести С маховика не лежит на оси вращения, а смещен на величину е_ст, называемую эксцентриси­тетом массы (рис. 17.8).

Силу тяжести маховика обозначим G, массой оси пренебрегаем. Ра­зобьем маховик на ряд материальных точек с массами m_i и определим равнодействующую центробежных сил инерции . Проекция этой рав­нодействующей на ось х вследствие симметрии маховика относительно оси у равна нулю, т. е.

Следовательно, равнодействующая сил проецируется на ось у в натуральную величину. Тогда

Таким образом, равнодействующая сил инерции всего маховика на­правлена по линии ОС и равна

( = 0, так как = const).

Применим принцип Даламбера и составим уравнение равновесия:

Так как сила инерции во время вращения меняет свое положе­ние, то максимальная сила давления на подшипники будет при нижнем положении центра тяжести

Определим силу давления F_maxна подшипники, если масса маховика т = 102 кг, его частота вращения 3000 мин^-1, а эксцентриситет массы е_ст= 1 мм.

При = /30 = 3000/30 = 100 рад/с

Как видно из примера, динамические нагрузки могут во много раз превосходить силу тяжести движущихся частей машины.

Из сказанного выше можно сделать такой вывод: для уравновешива­ния вращающегося тела необходимо, чтобы центр тяжести его лежал 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.

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. 17.9).

В этом случае, даже если центр тяжести С лежит на оси вращения,

возникает пара сил инерции , вызывающая изгиб вала и добавочные

давления на опоры, меняющиеся по направлению.

Такая неуравновешенность называется моментной,иее можно обна­ружить при достаточно быстром враще­нии, но не в покое. Если статическая и моментная неуравновешенности 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 (рис. 17.9), масса которых иногда достигает десятков тысяч килограммов.

В машиностроении статическая и динамическая балансировка произ-водитсяна балансировочных станках.