17.3 Уравновешивание механизмов

Для механизма задачи и условия уравновешивания остаются теми же, что и для звена: уменьшение инерционных нагрузок, передающихся от механизма (машины) на фундамент за счет такого распределения масс, при котором главный вектор сил инерции и главный момент сил инерции равны нулю. Первое условие определяет статическое уравновешивание, второе – моментное, а их одновременное выполнение – полное уравновешивание.

Уравновешенным называется механизм, у которого главный вектор и главный момент давления стойким на фундамент остаются постоянными при заданном движении ведущих звеньев.

Полное уравновешивание механизма выполняют редко из-за его сложности. Часто ограничиваются либо статическим уравновешиванием, либо статическим и уравновешиванием первой или резонансной гармоники. Условия уравновешивания могут иметь вид в случае статического уравновешивания: (центр масс механизма неподвижен относительно стойки); и в случае моментного – (центробежные моменты инерции должны быть постоянны).

Рассмотрим примеры статического уравновешивания механизмов.

1. Шарнирный четырехзвенник. Воспользуемся методом замещающих масс, который заключается в следующем. Массу каждого подвижного звена по правилу рычага распределяем по концам звена и уже их уравновешиваем с помощью противовеса.

Рис.17.4 Схема уравновешивания шарнирного четырехзвенника

с помощью противовесов

На рис.17.4 масса звена 1 распределена в токи A (не показана, так как связана со стойкой и на виброактивность механизма не влияет) и B; масса звена 2 распределена в точки B и C; масса звена 3 распределена в точки C и D (не показана, как и в точке А). В результате в точке B сосредоточена масса части 1-го и 2-го звеньев; аналогично в точке С – 2-го и 3-го звеньев, которые находятся из выражений:

Эти массы уравновешиваются противовесами на продолжении звеньев 1 и 3. Масса противовесов находится из уравнений статики:

В этих уравнениях и на рис. обозначено: – массы 1-го, 2-го и 3-го звеньев, замещающие массы в точках В и С, массы противовесов;. - размеры соответствующих звеньев и отрезков.

Здесь, также как и при уравновешивании ротора, неизвестных больше, чем уравнений и необходимо задаться двумя параметрами, например, расстояниями и .

2. Кривошипно-шатунный механизм. Покажем несколько методов.

а). С помощью косой симметрии (рис.17.5)

Рис.17.5 Кососимметричная схема статически уравновешенного

двухцилиндрового двигателя внутреннего сгорания

б) С помощью противовесов. Методом замещающих масс можно найти массу противовеса, устанавливаемого на продолжении шатуна ВС за точкой В, и массу противовеса, устанавливаемого на продолжении кривошипа АВ за точкой А (рис.17.6), и, тем самым, полностью статически уравновесить. Однако, противовес на шатуне заметно увеличивает габариты механизма и, поэтому, устанавливают противовес только на кривошипе, как показано на рис.17.7. В этом случае получается лишь частичное статическое уравновешивание.

Рис.17.6 Схема уравновешивания механизма с помощью

двух противовесов

Рис.17.6 Схема уравновешивания механизма с помощью

одного противовеса

в) С помощью зубчатых колес с противовесами. На рис.17.8 показана принципиальная схема уравновешивания механизма по первой гармонике инерционного момента на кривошипе. Массы противовесов и

Рис.17.8 Схема уравновешивания механизма по первой гармонике

установлены так, что создаваемые ими равные две силы инерции в сумме дают проекцию на ось X, равную и противоположно направленную силе Р_и , приложенной к ползуну, уравновешивая ее. Проекции этих сил на ось Y уравновешивают друг друга. Передаточное отношение зубчатых колес 1 и 2 равно единице. Для уравновешивания инерционных сил II порядка необходимо поставить дополнительные пары зубчатых колес с соответствующим передаточным отношением.

Можно заметить, что могут быть и другие способы уравновешивания и выбор того или иного зависит от многих факторов, например, схемы механизма, имеющегося на нем и машине места, ограничений по массе и габаритам и так далее.