7.4 Уравновешивание вращающихся звеньев

Пусть исследуемое звено вращается вокруг неподвижной оси с постоянной скоростью (рис. 7.8, а). В теории уравновешивания вращающиеся звенья изображают в виде цилиндра, независимо от их действительной формы, и называют роторами.

Рис. 7.8. Две формы представления сил инерции ротора: б – в виде креста сил; в – в виде главного вектора и главному момента

Каждая элементарная масса ротора действует на него (на воображаемый невесомый и безынерционный каркас ротора) с силой инерции . Чтобы оценить совокупное действие сил инерции всех элементарных масс, каждую такую силу раскладывают на составляющие , , приложенные к точкам и , расположенным в торцевых плоскостях ротора. В результате разложения получают два пучка векторов, перпендикулярных оси ротора. Равнодействующие , этих пучков образуют так называемый крест сил (рис. 7.8, б).

В общем случае составляющие креста сил не равны друг другу и не параллельны. Крест сил занимает неизменное положение относительно ротора и вращается вместе с ним. Стремясь последовать за составляющими креста сил, ротор сотрясает корпус машины, порождая шум и вибрации.

Существует ещё одна форма представления сил инерции ротора – в виде главного вектора и главного момента (рис. 7.8, в). К этой форме можно прийти путём параллельного переноса элементарных сил инерции в какую-нибудь точку, например проекцию центра масс ротора на ось вращения, либо путём параллельного переноса составляющих , креста сил.

В теории уравновешивания выделяют три случая неуравновешенности: общая, статическая, динамическая. Характеристика этих случаев приведена ниже в таблице. В первой строке дана характеристика неуравновешенности через главный вектор и главный момент соответсвенно. Во второй строке показана форма креста сил. При статической неуравновешенности составляющие креста направлены в одну и ту же сторону, параллельную прямой . При динамической неуравновешенности эти составляющие образуют пару сил.

№	Общая	Статическая	Динамическая
I 1
IB 2

Статическая неуравновешенность называется так потому, что обнаруживает себя не только в движении, но и в покое, в статике. Покоящийся ротор стремится повернуться так, чтобы центр его масс занимал наинизшее положение. При динамической неуравновешенности центр масс лежит на оси вращения, поэтому неуравновешенность проявляется только в движении, в динамике.

Уравновешенный ротор имеет , . Это возможно, например, если ротор представляет собой цилиндр равномерной плотности. Сместив такой цилиндр относительно оси вращения в радиальном направлении, получают статическую неуравновешенность. Не смещая, но перекашивая цилиндр, получают динамическую неуравновешенность. Все эти неточности положения возникают, например, при посадке на вал тел вращения (зубчатых колёс, шкивов, крыльчаток вентиляторов и т. д.) с помощью так называемой клиновой шпонки.

Из-за неточности формы и неравномерной плотности теоретически уравновешенный ротор оказывается немного неуравновешенным. Техническая операция по устранению реальной неуравновешенности называется балансировкой.

Реальная неуравновешенность, как и теоретическая, устраняется так называемыми корректирующими массами. Они подбираются и устанавливаются на роторе так, чтобы силы их инерции были равны и противоположны составляющим креста сил. При этом предполагается, что корректирующие массы располагаются в тех же торцевых плоскостях, что и составляющие креста сил. В противном случае вносится поправка.

Для устранения общей и динамической неуравновешенности требуются как минимум две корректирующие массы. Статическую неуравновешенность можно устранить всего одной корректирующей массой.

Выраженную динамическую неуравновешенность имеет коленчатый вал (рис. 7.9, а). Силы инерции П-образных колен этого вала представляют собой пару , . Эту пару нейтрализуют силами инерции , корректирующих масс m_A, m_B, которые закладывают ещё на стадии проектирования (рис. 7.9, б).

Рис. 7.9. Пример значительной динамической неуравновешенности – а и её устранение – б корректирующими массами m_A, m_B

При уравновешивании маховиков, шкивов ремённых передач, коленчатых валов и других массивных изделий, корректирующие массы не добавляют, а удаляют на диаметрально противоположной стороне. Это делают путём высверливания.