3.2.4.5 Нечувствительность регулятора

До сих пор при рассмотрении равновесия регулятора мы не учитывали влияние сил трения. Сила трения всегда направлена в сторону, противоположную движению муфты. Следовательно, при подъеме муфты сила F_трнаправлена вниз, а при опускании – вверх. Тогда в момент начала движения при подъеме муфты вверх будем иметь, учитывая условие равновесия (3.80), выражение:

А(ω^''_p)² -В - F_тр= 0.

Соответственно в момент начала движения муфты вниз получаем:

А(ω^'_p)²-В + F_тр = 0,

где ω^''_p - равновесная угловая скорость при подъеме, ω^'_p - равновесная угловая скорость при опускании. Выразим из этих уравнений равновесную угловую скорость. Получим:

(3.85)

Равновесная угловая скорость при отсутствии силы трения равна - формула (3.82). Поэтому:

ω^'_p ≤ ω_p ≤ ω^''_p. (3.86)

Таким образом, для каждого положения муфты имеется некоторый интервал изменения угловой скорости, внутри которого положение муфты оказывается неизменным. Согласно выражениям (3.85) и (3.86) можно построить равновесные кривые для значений ω^'_p,ω_p,ω^''_p(рисунок 3.29).

Область, заключенная между кривыми ω^''_p²иω^'_p², называется областью нечувствительностирегулятора (показана штриховкой).

В этой области муфта регулятора остается неподвижной – регулятор не реагирует на изменение скорости.

Мерой нечувствительности регулятора является коэффициент нечувствительности ξ, равный:

ξ = (ω^''2_p-ω^'2_p)/2ω²_p. (3.87)

Подставив в это выражение формулы (3.85), получим, что коэффициент нечувствительности прямо пропорционален силе трения:

Рисунок 3.29 - Диаграмма, характеризующая

нечувствительность регулятора

ξ =F_тр/В. (3.88)

Итак, мы вкратце рассмотрели вопросы регулирования механизмов. Теперь рассмотрим уравновешивание звеньев механизма.

Вопросы для самоконтороля

1. Расскажите, что такое обратная связь в процессе автоматического регулирования.

2. Какие регуляторы относятся к статическим, а какие к нестатическим?

3. От чего зависит центробежная сила регулятора? Поддерживающая сила?

4. Что понимают под характеристикой регулятора скорости? В чем отличие устойчивой характеристики от неустойчивой?

3.2.5 Уравновешивание механизмов

3.2.5.1 Задачи уравновешивания

При движении звеньев механизма в кинематических парах возникают дополнительные динамические нагрузки от сил инерции звеньев. Т.к. всякий механизм имеет неподвижное звено – стойку, то и на нее действуют динамические нагрузки. Через стойку эти нагрузки передаются на фундамент механизма. В результате при работе механизма возникают дополнительные силы трения, вибрации, шумы и т.д. Поэтому при проектировании механизмов необходимо решать задачи статического и динамического уравновешивания масс звеньев механизма.

Статическое – уравновешивание механизма под действием сил тяжести, когда механизм находится в состоянии покоя при отсутствии сил трения.

Динамическое – уравновешивание сил инерции и моментов от сил инерции, которые возникают при вращении механизма.

Для устранения вредного влияния сил инерции на работу машины их следует уравновесить соответствующим распределением масс звеньев или введением специальных уравновешивающих устройств. Поэтому при проектировании механизма необходимо так подобрать массы звеньев, что обеспечило бы погашение динамических нагрузок. Например, при вращении ротора турбины, коленчатого вала возникает биение. Теоретически центр тяжести должен совпадать с осью вращения. Но из-за неточности изготовления, неоднородности материала, нарушения симметричности при монтаже происходит смещение.

Обычно неуравновешенность, возникающая в результате неточности изготовления мала, по сравнению с той, которая может быть установлена расчетным путем. Устранение малой неуравновешенности, которая достигается удалением количества материала с диаметрально противоположной стороны, называется балансировкой вращающихся масс.

Но довольно часто приходится теоретически рассчитывать уравновешивание механизма. При этом силы инерции всех звеньев могут быть заменены равнодействующей сил инерции, которая полностью воспринимается фундаментом.

Статическая неуравновешенностьможет быть устранена, если к ротору прикрепить добавочную массуm_ур, называемую уравновешивающей. Ее надо разместить с таким расчетом, чтобы центр уравновешивающей массы находился на линии действия главного вектораh_ст, а радиус-вектор уравновешивающей массыr_урбыл направлен в сторону, противоположную радиус-вектору ротораr_ст.Динамическую неуравновешенностьможно устранить двумя уравновешивающими массами, расположенными в плоскостях уравновешивания, перпендикулярных оси вращения (см. п. 3.2.5.3). При этомроторомв теории балансировки (уравновешивания)называют любое вращающее тело(якорь электродвигателя, коленчатый вал компрессора, шпиндель токарного станка и т.д.).

Отсюда возникают задачи уравновешивания:

1. Уравновешивание сил инерции звеньев, вращающихся вокруг неподвижных осей (уравновешивание вращающихся масс).

2. Полное или частичное уравновешивание результирующей силы инерции и момента от сил инерции.

Рассмотрим 1-ую задачу уравновешивания.