4.2. Виды неуровновешенностей

В зависимости от взаимного расположения осей инерции и вращения ротора различают следующие виды неуравновешенностей жесткого ротора: статическая, динамическая.

Представим симметричный ротор состоящим из двух равных частей, разделенных средним поперечным сечением; при этом возможны только три сновных взаимных расположения их центров масс.

В ариант 1. Центры масс каждой половины равноудалены от середины ротора, находятся в одной осевой плоскости с одной стороны от оси вращения и на одинаковом расстоянии от нее (рис. 3, а). В этом случае главная ось инерции параллельна оси вращения (рис4, а) и лежит в той же плоскости. Центр масс О₁ всего ротора смещен от оси вращения. Такая неуравновешенность называется статической.

Статическая неуравновешенность ротора полностью определяется главным вектором дисбалансов , или эксцентриситетом центра масс ротора , или смещением главной центральной оси ротора, равным значению эксцентриситета его центра масс.

При вращении ротора две равные центробежные силы и вызывают виброперемещение подшипников: (рис. 3, а).

Приведенная центробежная сила

Q₁ = mω², (275)

где т — приведенная неуравновешенная масса;  — расстояние от оси вращения до центра тяжести неуравновешенной массы, м; ω — угловая скорость вращения тела, 1/с.

Такая неуравновешенность может получиться в деталях, имеющих сравнительно большой диаметр и незначительную длину, например в маховиках, шкивах и т. п. Ее дисбаланс можно обнаружить взвешиванием на специальных весах, на призмах или роликах, не приводя тело во вращение, а поэтому она называется статической неуравновешенностью масс.

В ариант 2. Центры масс каждой половины ротора равноудалены от середины его, находятся в одной осевой плоскости на одинаковом расстоянии от оси вращения, но с разных сторон от нее (рис. 3, б). В этом случае центр масс находится на оси вращения, которая пересекается с главной осью инерции в центре масс ротора (рис. 4, б). Такая неуравновешенность называется динамической и выявляется при вращении ротора вследствие возникновения пары центробежных сил и , которые называют одинаковые антипараллельные виброперемещения подшипников: .

Динамическая неуравновешенность полностью определяется главным моментом дисбалансов ротора.

М = т ω²а, (276)

где а — расстояние между силами, м.

Из формулы (276) следует, что чем больше скорость вращения тела, тем больше вызываемый данной парой момент; при п = 0 момент М = 0, т. е. тело уравновешено в статическом положении. Динамическая неуравновешенность может встречаться только в сравнительно длинных телах, например в коленчатых валах, роторах электрических машин, турбомашин и многоступенчатых центробежных насосов, в валах редукторов с несколькими зубчатыми колесами и т. п. Неуравновешенность может получаться в результате приводившихся ранее причин даже при предварительном устранении статической неуравновешенности.

Вариант 3. Центры масс каждой половины ротора находятся в разных осевых плоскостях и удалены от середины ротора и от оси вращения на различные расстояния (рис. 3, в). При такой неуравновешенности, называемой общим случаем, главная центральная ось инерции и ось вращения пересекается не в центре масс (этот случай называют квазистатической неуравновешенностью) или перекрещиваются (рис. 4, в). Эта неуравновешенность состоит из статической и моментной; она определяется главным вектором и главным моментом дисбалансов ротора. Виброперемещения подшипников при динамической неуравновешенности отличаются по величине и направлению .

У вращающихся гибких роторов вблизи их критических частот вращения помимо центробежных сил и , вызываемых начальными дисбалансами, на опоры воздействуют также центробежные силы, возникающие вследствие изгиба ротора.

К аждая из сил определяется соответствующим уравнением:

Этот общий случай неуравновешенности на практике имеет место преимущественно в длинных телах. Для обнаружения пары сил нужно заставить тело вращаться. При этом в опорах тела, помимо реакций от сил, приложенных к детали, будут возникать дополнительные реакции от наличия неуравновешенных сил Р и Q. Неуравновешенность повышает нагрузку на подшипники, вызывает нагревание вкладышей и ускоренное их изнашивание вследствие истирания. Кроме того, силы, возникающие от динамической неуравновешенности, стремятся изгибать вращающуюся деталь, а также вызывают колебания всей машины. Для устранения вредного влияния сил и моментов неуравновешенности необходимо уметь определять их величину и направление.