§ 6. Уравновешивание деталей машин

При изготовлении деталей машин, часто получается смеще­ние центра тяжести от проектного. Это нежелательно, так как, например, при смещении центра тяжести на 1 мм у маховика весом 100 кГ, вращающегося со скоростью 2000 об/мин, центро­бежная сила достигает величины 400 кГ. Таким образом, сме­щение центра тяжести маховика на 1 мм создает вредную цен­тробежную силу, действующую на подшипники и опоры и в 4 раза большую, чем вес маховика. Роторы турбин, которые вращаются со скоростями, равными нескольким тысячам оборотов в минуту, развивают огромные центробежные силы даже от небольшого смещения оси вращения, которые могут привести к тяжелым авариям.

Поэтому при изготовлении быстро вращающихся частей ма­шины и их установке нужна очень большая точность. На практике не всегда бывает возможно изготовить такую деталь с большой точностью, например обточить на станке маховик, а тем более точно установить его на валу машины. Поэтому применяют уравновешивание (балансировку) вращающихся частей. Напри­мер, для уравновешивания маховиков небольшой ширины применяют статическую балансировку. Для статической балан­сировки (рис. 185, а) берут две точно изготовленные стальные линейки 3 и устанавливают их в строго горизонтальном положе­нии параллельно друг другу так, чтобы между ними оставался некоторый промежуток. Проверяемый маховик, колесо или шкив плотно надевают на оправку 2, которую ставят с диском на узкие ребра линеек. Оправка при этом сможет легко перекатываться по линейкам под действием даже очень небольшой силы.

Известно, что всякое тело будет в устойчивом равновесии только тогда, когда центр его тяжести занимает самое низ­кое из всех возможных положение относительно опоры. Поэтому оправка с маховиком будет перекатываться по линейкам вперед и назад и после нескольких колебаний остановится в том поло­жении, при котором центр тяжести будет находиться внизу, под его геометрическим центром. Чтобы устранить смещение, т. е. «поднять» центр тяжести маховика до его центра, надо сделать тяжелее его верхнюю часть или облегчить нижнюю. С этой целью или помещают добавочный грузик на верхней половине маховика (рис. 185), или высверливают отверстие в нижней половине так, чтобы оправка с диском оставалась в равновесии в любом положении, т. е. не двигалась бы колебательно на ли­нейках (безразличное равновесие). Оправка испытывает сопро­тивление качению, которое невозможно устранить даже самой точной обработкой, поэтому после статической балансировки остается все-таки некоторое смещение, которое устранить невоз­можно. На практике удается уменьшить смещение до величины 0,1 мм, что вполне достаточно для большинства небыстроходных машин. Для машин быстроходных вращающиеся части (махо­вики, роторы) требуют более точной балансировки, со смеще­нием не более 0,001 мм.

Кроме статического уравновешивания, применяют так назы­ваемое динамическое уравновешивание. Коленчатые валы дви­гателей внутреннего сгорания имеют обычно несколько криво­шипов, расположенных эксцентрично относительно оси вращения вала, что ведет во время его вращения к возникновению центро­бежных сил, которые будут изгибать вал и передаваться на опорные подшипники. Величина этих сил будет тем больше, чем быстрее происходит вращение, чем больше вес кривошипов и рас­стояние между ними.

Эта неуравновешенность появляется во время движения, поэ­тому ее называют динамической неуравновешенностью частей. Если ее не устранить, то вал будет вибрировать (дрожать), подшипники будут быстро изнашиваться и двигатель выйдет из строя.

Для динамического уравновешивания на коленчатых валах устраивают дополнительные противовесы на каждом кривошипе, для того чтобы силы, действующие на подшипники от криво­шипов, были уравновешены, а также стараются ставить кри­вошипы как можно ближе друг к другу.

Для точного динамического уравновешивания длинных и бы­стро вращающихся частей применяются балансировочные станки.

Различные части машин, иногда очень тяжелые, часто дви­жутся поступательно (например, поршни и ползуны). Поступа­тельно движущиеся звенья также стараются уравновесить путем симметричного расположения частей, а также применения со­ответствующих противовесов. Например, у двигателя внутрен­него сгорания делают несколько цилиндров вместо одного, рас­полагают кривошипы под углом друг к другу, устанавливают добавочные противовесы.

Уравновешивание звеньев машин имеет огромное значение для повышения их быстроходности и равномерности хода, уменьшения износа частей и повышения производительности и экономичности.