Рис 5.6 |
Постановка задачи:
Дано: lAB, lBC, lAS1, lBS2,
lCS3=0, m1, m2, m3
Определить: mk1
В этом случае необходимо добиться, чтобы центр масс механизма при движении перемещался по дуге окружности радиуса rSм (рис.5.6). Расчет корректирующей массы ведется в два этапа. В начале первой составляющей корректирующей массы mk1 уравновешивается масса mB. Составляется, как и в предыдущем примере, уравнение статических моментов относительно точки А: m k1 lk1 = mВ lАВ. Задается величина lk1 и рассчитывается корректирующая масса m k1= mВ lАВ / lk1= (mВ2 + mB1) * lАВ / lk1 .
Затем с помощью второй составляющей корректирующей массы mk1 центр массы mc перемещается в точку Sм. Величина mk1 определяется следующим образом: центр шарнира С соединяется прямой с концом отрезка lk1 точкой Sk. Радиус rSм проводится параллельно отрезку B С. Тогда SkВС = Sk А Sм и x/y =. lk1 / lAB
Статический момент относительно точки Sм: mk1
x = mCy, mk1 = mC
y/x = mC lAB / lk1.
Радиус-вектор rSм определяется из подобия треугольников из пропорций x/rSм= (x + y)/ lBC , x/(x + y) = lk1 / (lk1 + lAB ),
откуда rSм= [ lk1 / (lk1 + lAB )]*lBC = const.
|
|
Корректирующая масса, обеспечивающая уравновешивание горизонтальной составляющей главного вектора сил инерции кривошипо-ползунного механизма, размещается на первом звене механизма и равна сумме составляющих mk1 = mk1+ mk1 = (m2 + m3 + mB1 )lАВ / lk1.
Центр массы механизма при таком уравновешивании расположен в точке Sм, которая движется по дуге радиуса rSм
rSм= (mС2+ m3 + mk1) rSм/(m1 + m2 + m3 + mk1 ).
Схема распределения масс в механизме после уравновешивания дана на рис. 5.7.
Рис 5.7 |
Балансировка роторов.
Общие сведения о балансировке. Ротор, неуравновешенность ротора и ее виды. Задачи балансировки. Ротором (по гост 19534-74) называют звенья механизмов, совершающие вращательное движение и удерживаемые при этом своими несущими поверхностями в опорах. Если масса ротора распределена относительно оси вращения равномерно, то главная центральная ось инерции x-x совпадает с осью вращения и ротор является уравновешенным или идеальным. При несовпадении оси вращения с осью x-x, ротор будет неуравновешенным и в его опорах при вращении возникнут переменные реакции, вызванные действием инерционных сил и моментов (точнее, движением центра масс с ускорением).
Рис 5.8 |
В зависимости от взаимного расположения оси вращения и главной цетральной оси инерции x-x, по ГОСТ 19534-74, различают следующие виды неуравновешенности роторов (рис. 5.8): а - статическую, когда эти оси параллельны; б - моментную, когда оси пересекаются в центре масс ротора S; в - динамическую, когда оси либо пересекаются вне центра масс, либо не пересекаются, а перекрещиваются в пространстве.
Как отмечено выше, неуравновешенность определяется конструктивными характеристиками ротора или механизма и не зависит от параметров движения. Поэтому при балансировке оперируют не инерционными силами, а дисбалансами. Дисбаланс - мера статической неуравновешенности ротора, векторная величина, равная произведению неуравновешенной массы m на ее эксцентриситет e, где эксцентриситет e - радиус-вектор центра этой массы относительно оси ротора. Направление главного вектора дисбаланса D совпадает с направлением главного вектора сил инерции Fи, действующих на ротор при вращении:
|
|
Моментная неуравновешенность характеризуется главным моментом дисбалансов ротора MD , который пропорционален главному моменту сил инерции (рис. 5.9):
Главный момент дисбалансов ротора полностью определяется моментом пары равных по величине и противоположных по направлению дисбалансов DM1 + DM2 = DM, расположенных в двух произвольных плоскостях (I и II), перпендикулярных оси вращения ротора. Дисбаланс и момент дисбалансов не зависят от частоты вращения, они полностью определяются конструкцией ротора и точностью его изготовления. Балансировкой называют процесс определения значений и угловых координат дисбалансов ротора и их уменьшения с помощью корректировки размещения его масс. Балансировка эквивалентна уравновешиванию системы инерционных сил, прикладываемых к подвижному ротору для его равновесия.
Рис 5.9 |
Эту систему, как и любую произвольную систему сил, можно заменить равнодействующими - главным вектором и главным моментом или двумя векторами, расположенными в произвольных параллельных плоскостях. Для уравновешивания системы сил достаточно уравновесить эти равнодействующие. При балансировке операции над силами заменяют действиями над дисбалансами. Поэтому для жестких роторов выщесказанное можно сформулировать так: жесткий ротор можно уравновесить двумя корректирующими массами, расположенными в двух произвольно выбранных плоскостях, перпендикулярных оси его вращения. Эти плоскости называют плоскостями коррекции.
Задача балансировки ротора заключается в определении, в выбранных плоскостях коррекции, значений и углов дисбалансов и размещении в этих плоскостях корректирующих масс, дисбалансы которых равны по величине и противоположны по направлению найденным дисбалансам ротора. На практике балансировку проводят: при конструировании - расчетными методами, в процессе изготовления деталей и узлов - экспериментально на специальных балансировочных станках. Балансировка на станках является более точным и надежным методом, по сравнению с расчетными. Поэтому она применяется для ответственных деталей с высокими рабочими частотами вращения. Корректировка масс ротора осуществляется либо присоединением к нему дополнительных корректирующих масс (наплавлением, наваркой или привинчиванием противовесов), либо удалением части массы ротора с “тяжелой” стороны (фрезерованием или высверливанием). Точность балансировки характеризуется величиной остаточного дисбаланса D0 ротора в каждой из плоскостей коррекции. Величина D0 не должна превышать допустимых для данного класса точности значений, регламентируемых ГОСТ 22061-76.
Балансировка роторов при различных видах неуравновешенности.
1. Статическая неуравновешенность.
Рис 5.10 |
При статической неуравновешенности (рис.5.10) главная центральная ось инерции параллельны оси вращения ротора, главный вектор дисбалансов больше нуля, а главный момент дисбалансов равен нулю
Dс0; MD = 0,
т.е. необходимо уравновесить только вектор Dс= m e. Для этого достаточно установить на роторе только одну корректирующую массу mk величине которой определяется из равенства Dk = mk ek = -Dc mk = Dk / ek , где величиной ek задаются из соображений удобства размещения противовесов. Направление вектора Dk противоположно направлению Dc.
|
|
Условие статической уравновешенности ротора:
2.2. Моментная неуравновешенность.
Рис 5.11 |
При моментной неуравновешенности (рис.5.11) главная центральная ось инерции пересекает ось вращения в центре масс ротора точке S, главный вектор дисбалансов Dс равен нулю, гавный момент дисбалансов МD не равен нулю т.е. необходимо уравновесить только момент дисбалансов МD . Для этого достаточно разместить на роторе две одинаковых корректирующих массы mk на равных расстояниях от оси вращения ek и от ценра масс S - lk. Массы выбираются и размещаются так, чтобы момент их дисбалансов MDk был по величине равен, а по направлению противоположен моменту дисбалансов ротора МD:
где Dk = mk ek . В этих зависимостях величинами lk и ek задаются по условиям удобства размещения противовесов на роторе, а величину mk рассчитывают. Необходимо отметить, что величины Dk в плоскостях коррекции необязательно должны быть равными, необходимо выполнять только неизменность положения центра масс - он должен оставаться на оси вращения.
Условие моментной неуравновешенности
2.3. Динамическая неуравновешенность.
Рис 5.13 |
При динамической неуравновешенности (pис. 5.12) главная центральная ось инерции пересекает ось вращения не в центре масс ротора точке S, либо перекрещивается с ней; и главный вектор дисбалансов Dc, и главный момент дисбалансов МD не равны нулю
т.е. необходимо уравновесить вектор Dс и момент дисбалансов МD . Для этого достаточно разместить на роторе две корректирующих массы mk1 и mk2 на расстояниях от оси вращения ek1 и ek2, а от ценра масс S, соответственно на lk1 и lk2. Массы выбираются и размещаются так, чтобы момент их дисбалансов MDk был по величине равен, а по направлению противоположен моменту дисбалансов ротора МD:
где
а векторная сумма дисбалансов была равна и противоположно направлена вектору Dc:
B этих зависимостях величинами lki и eki задаются по условиям удобства размещения противовесов на роторе, а величины mki рассчитывают.
|
|
Условие динамической уравновешенности ротора: