Балансировка вращающихся масс (роторов)

Уравновешивание роторов или систем масс используется при проектировании механизмов.

В уже изготовленных роторах встречаются, как было сказано выше, неоднородности материала, возникают неточности изготовления и сборки, в результате чего возникает остаточная неуравновешенность, которую нужно устранять балансировкой.

Различают балансировку:

– статическую, которую производят для достаточно плоских роторов типа дисков, колес, маховиков, шкивов. Ротор при этом устанавливают в опорах с малым трением (например, на призмах) и путем добавления масс или высверливания добиваются безразличного положения балансируемого ротора на опорах;

– динамическую, которую выполняют для роторов, имеющих значительную длину (валы, широкие колеса, шкивы и т.д.), на специальных станках.

3. Уравновешивание машин на фундаменте

Целью уравновешивания механизмов является устранение переменных во времени и пространстве воздействий стойки, станины механизма на опору, фундамент, вызывающих колебания фундамента и здания, а также уменьшение вибрации.

Условия уравновешенности механизма

Условия уравновешенности механизмов в общем виде можно охарактеризовать уравнениями

,

,

где и – главный вектор сил и главный момент сил давления станины механизма на фундамент, опору; и – главный вектор сил и главный момент всех других сил, внешних по отношению к механизму; и – главный вектор сил инерции и главный момент сил инерции звеньев механизма.

С достаточной для практики точностью часто ограничиваются условиями

, (8.3)

.

Этого можно достичь:

• выбирая симметричные схемы механизма (рис.8.4);

  Рис 8.4

• устанавливая на звеньях механизма противовесы (или корректирующие массы);

• размещая противовесы на дополнительных звеньях или кинематических цепях.

Статическое уравновешивание плоского механизма

с помощью противовесов

Часто ограничиваются лишь статическим уравновешиванием механизма и его звеньев, т.е. выполнением условия (8.3) . Это условие соответствует постоянству положения центров масс звеньев относительно стойки (т.е. центр их масс должен быть неподвижен). Так как , , то необходимо обеспечить условие , т.е. ускорение центра тяжести должно отсутствовать.

Рассмотрим последовательность уравновешивания на примере механизма шарнирного четырехзвенника (рис. 8.5).

Размеры звеньев l_OA, l_AB, l_BC, положение их центров тяжести l_OS1, l_AS2, l_CS3 и их массы m₁, m₂, m₃ являются заданными.

Рис. 8.5. Расположение противовесов при уравновешивании сил инерции шарнирного четырехзвенника.

Размещение противовесов ведем следующими этапами:

1. На продолжении (вниз) звена ОА на некотором расстоянии l₁ от точки О устанавливаем противовес массой таким образом, чтобы центр тяжести звена 1 вместе с противовеса совпал с неподвижной точкой О. Для этого должно быть соблюдено равенство

.

Задаваясь из конструктивных соображений расстоянием l₁, легко определить массу противовеса

.

2. На продолжении звена АВ (вправо) на некотором расстоянии l₂ от точки В устанавливаем противовес массой таким образом, чтобы центр тяжести звена 2 вместе с противовесом совпал с точкой В. Для этого должно быть соблюдено равенство

.

Задаваясь расстоянием l₂ , определяем массу противовеса

.

3. На продолжении звена ВС (вниз) на некотором расстоянии l₃ от точки С устанавливаем противовес таким образом, чтобы центр тяжести звеньев 2 и 3 вместе с противовесами совпал с точкой С. Для этого должно быть соблюдено равенство

,

где есть масса звена 2 вместе с противовесом, центр тяжести которой совпадает с точкой В.

Задаваясь величиной l₃, получим

.

Таким образам, центр масс звена 1 вместе со своим противовесом совпадает с неподвижной точкой О, центр масс звеньев 2 и 3 вместе с их противовесами совпадают с неподвижной точкой С. Следовательно, центр всех масс будет также совпадать с неподвижной точкой, и результирующая сил инерции будет равна нулю, т.е. на фундамент не будут оказывать давление дополнительные силы.

Необходимо отметить, что при уравновешивании при помощи противовесов механизмов уравновешиваются только силы инерции звеньев. Моменты сил инерции не уравновешиваются.