Художественная культура и искусство Курс лекций по истории искусства Математический анализ Электротехника и электроника Расчеты электрических цепей Начертательная геометрия Примеры выполнения заданий
контрольной работы
Лекции и задачи по физике Компьютерная  безопасность Информационные системы Получение электрической энергии Атомная физика
Теория машин и механизмов Классификация зубчатых передач Червячная зубчатая передача Статическая и динамическая балансировка роторов Эффективность виброзащиты Коэффициент полезного действия Повышение надежности машин

Статическая и динамическая балансировка роторов

Развитие техники характеризуется повышением мощности агрегатов и расширением класса быстроходных машин, что обуславливает возрастание их динамической нагруженности и увеличения влияния колебательных явлений на их работу. Именно вибрационное состояние во многом определяет ресурс и надежность машины, интенсивность и характер износа подшипников, точность выполнения заданного технологического процесса и т.п. Вибрация оказывает вредное влияние на организм человека, возникающие при работе машин резонансные явления могут служить причиной серьезных поломок и аварий. В связи с этим проблема снижения уровня вибраций машин приобретает первостепенное значение.

Неспокойная работа и повышенные вибрации машины могут быть вызваны причинами. Однако теоретические и экспериментальные исследования показывают, что основным источником сил, вызывающих вибрацию машины, является неуравновешенное состояние ее вращающихся деталей.

Демпфирование колебаний в машинах с помощью упругих подвесок уменьшает динамические нагрузки на фундамент только на определенных скоростях, на других скоростях такие нагрузки могут даже возрастать. При применении упругих подвесок ротор остается неуравновешенным, поэтому напряжения в нем и нагрузки на опоры не устраняются. В области критической скорости прогибы неуравновешенного ротора, напряжения в нем и реакции в опорах резко возрастают и могут вызывать аварию ротора и опор.

Более эффективно вибрации устраняются балансировкой роторов, выполняемой при их изготовлении и монтаже. Если при этом учтена гибкость ротора и дисбаланс устранен для всех форм, определяющих колебания ротора на соответствующих критических скоростях, то агрегат спокойно работает на всех режимах, если его дисбаланс не изменяется в процессе эксплуатации.

Однако во многих машинах в процессе работы дисбаланс вращающихся деталей изменяет свое первоначальное значение. Причиной этого могут быть дефекты, проявляющиеся при эксплуатации. Имеются также машины, для которых изменение дисбаланса является результатом выполняемого ими технологического процесса.

Статическая балансировка

Ротором в теории балансировки (уравновешивания) называется любое вращающееся тело. Поэтому ротором является якорь электродвигателя, коленчатый вал компрессора, шпиндель токарного станка, баланс часов и т.д.

Давление вращающегося тела на его опоры в общем случае складывается из двух составляющих: статической, вызванной действием заданных сил (силы тяжести тела и др.), и динамической, обусловленной ускоренным движением материальных частиц, из которых состоит вращающееся тело (т.е. ротор). Если динамическая составляющая не равна нулю, то ротор в этом случае называется неуравновешенным.

Неуравновешенность ротора возрастает пропорционально квадрату его угловой скорости. Поэтому, если быстроходные роторы (рабочие колеса турбин, шлифовальные круги, магнитные барабаны ЭВМ и многие другие) неуравновешенны, то они оказывают на свои опоры динамические давления, вызывающие вибрацию стойки (станины) и ее основания. Устранение этого вредного воздействия называется балансировкой (уравновешиванием) ротора. Решение данной задачи относится к динамическому проектированию машин.

Статическая неуравновешенность свойственна такому ротору, центр масс которого не находится на оси вращения, но главная центральная ось инерции которого параллельна оси вращения. Статическая неуравновешенность выражается только главным вектором дисбалансов, в то время как главный момент дисбалансов равен нулю.

Статическая неуравновешенность может быть устранена, если к ротору прикрепить добавочную массу, называемую корректирующей. Ее надо разместить с таким расчетом, чтобы центр корректирующей массы находился на линии действия вектора дисбаланса.

Моментальная неуравновешенность имеет место в том случае, когда центр масс ротора находится на оси вращения, а главная центральная ось инерции ротора наклонена к оси вращения ротора под углом.

Динамическая неуравновешенность является совокупностью двух предыдущих, т.е. моментальной и статической неуравновешенностью.

Ликвидация всякой неуравновешенности –– и статической, и моментальной, и динамической –– имеет своим результатом то, что главная центральная ось инерции ротора совмещается с его осью вращения. В этом случае ротор называется полностью сбалансированным.

Полностью сбалансированный при проектировании ротор после изготовления обладает тем не менее некоторой неуравновешенностью, вызванной неоднородностью материала и отклонениями фактических размеров ротора от их номинальных значений. Такая неуравновешенность устраняется в процессе изготовления на специальных балансировочных станках. Балансировка может быть как автоматической, так и неавтоматической. Рассмотрим статическую и динамическую балансировки, выполняемые в неавтоматическом режиме.

Для роторов с малыми размерами вдоль оси вращения (шкивы, маховики, диски и т.п.) допустимо ограничиться статической балансировкой. При этом определяется только главный вектор дисбалансов. Если требуется невысокая точность балансировки, то она выполняется в статическом режиме.

Более точным и перспективным в отношении автоматизации процесса балансировки является способ определения статической неуравновешенности в процессе вращения ротора, т.е. в динамическом режиме. Одним из примеров оборудования, работающего по этому принципу, служит балансировочный станок (рис. 46). Неуравновешенный ротор 1, закрепленный на шпинделе 4, вращается с постоянной скоростью wб в подшипниках, смонтированных в плите 2. Эта плита опирается на станину посредством упругих элементов 3. С плитой 2 с помощью мягкой пружины 5 связана масса 6 сейсмического датчика. Собственная частота колебаний массы датчика должна быть значительно ниже частоты вращения ротора. Массе 6 дана свобода прямолинейного перемещения вдоль оси X, проходящей через центр масс плиты.

При вращении шпинделя вместе с ротором ось Z под влиянием неуравновешенности ротора описывает коническую поверхность, а плита 2 совершает пространственное движение. Составляющая этого движения, направленная вдоль оси X, воспринимается массой 6. Вынужденные колебания массы относительно плиты 1 преобразуются датчиком в ЭДС, направляемую в электронное счетно-решающее устройство, являющееся неотъемлемой частью балансировочного станка. Это устройство выдает сведения об искомой неуравновешенности в виде модуля и угловой координаты главного вектора дисбалансов ротора. После определения вектора дисбалансов оператор обычно устраняет неуравновешенность способом удаления материала.

Рис. 46. Статический балансировочный станок

1. Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы. Справочник. М., 1985. - 272 с 2. Вибрации в технике: Справочник. Т.6, М.: Машиностроение, Изд. 2-е. 1998.- 456 с 3. Основы балансировочной техники. М.: Машиностроение, 1992.-464 с. 4. Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. - 592 с. 5. Трение, изнашивание, смазка: Справочник в 2-х кн., М.:Машиностроение, кн.. 1, 1978.- 400 с.; кн. 2, 1979. - 358 с. 6. Левитская О.Н.,Левитский Н.И.Курс теории механизмов и машин. М.,1993.- 268 с 7. Коловский М.З. Динамика машин. Л.: Машиностроение, 1989. - 264 с. 8. Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов. Л.: Машиностроение, 1976. - 328 с.
Трение во вращательной паре