13.3. Роторы

Неуравновешенность вращающегося ротора (дисбаланс) – основной источник механического шума машин. Дисбаланс характеризуется несовпадением главной оси инерции ротора с осью вращения. Перемещение оси вращения вала сопровождается соответствующим перемещением его центра тяжести, что, в свою очередь, приводит к возникновению инерционных сил, определяемых следующим образом:

, (13.3)

где m – масса ротора; е – эксцентриситет (смещение оси вращения относительно геометрической оси); ω – круговая частота.

Источниками дисбаланса ротора являются несимметричность конструкции, неправильный выбор допусков и посадок, погнутость валов и т.п.

Излучаемая через опорные связи акустическая мощность пропорциональна величине инерционных сил и возрастает с увеличением массы ротора, эксцентриситета и скорости вращения.

Шум, возникающий при вращении ротора, можно приблизительно оценить по формуле

, (13.4)

где L₀ – начальные значения УЗД (60-80); n – число оборотов в минуту; m₀ = 1, е₀ = 1, n₀ = 1 – пороговые значения, вводимые для обезразмеривания массы, эксцентриситета, скорости; остальные обозначения те же.

Характеристики пики в спектре шума наблюдаются на частоте

, (13.5)

где i = 1,2,3, … – натуральные числа.

Спектр излучения может иметь как низкочастотный (при малых скоростях вращения), так и высокочастотный характер.

Снижение шума вращающихся роторов обеспечивается устранением их неуравновешенности. Для этого проводится статическая и динамическая балансировка роторов на специальных балансировочных станках. Конечная цель балансировки – обеспечить требуемую точность. Точность определяется как произведение удельного дисбаланса (е_ст) на максимальную эксплуатационную круговую частоту вращения (ω_max). Класс точности балансировки зависит от выбранного критерия. В качестве примера в табл. 13.2 приведены классы точности балансировки, соответствующие этому критерию, для центробежных насосов.

Таблица 13.2

Класс точности балансировки центробежных насосов

Класс	Значение ест ωmax
	наименьшее	наибольшее
2	0,4	1,0
3	1,0	2,5
4	2,5	6,3
5	6,3	16

Выбор класса точности балансировки зависит от требований по шуму и вибрации. Например, на стадии проектирования малошумных центробежных насосов рекомендуется выбирать 3-й класс.

13.4. Кулачковые механизмы

Возникновение шума в кулачковых механизмах связано с наличием переменных сил в зоне контакта пары кулачок – ролик, которые приводят к колебаниям деталей, излучающих шум. Возмущение воздействия в кулачковом механизме вызывается ударными и инерционными силами, силами трения, динамическими силами, вызванными неточностью изготовления профиля кулачка.

Интенсивность и характер спектра шума зависят от нагрузок и режима работы механизмов, профиля соприкасающихся деталей, их материала и технологии изготовления.

С целью снижения шума, излучаемого кулачковым механизмом, для изготовления роликов и кулачков применяются материалы, обладающие высокими демпфирующими свойствами; вводятся специальные операции, улучшающие качество поверхности; устанавливается оптимальный кинетический закон периодического движения кулачка и выбирается надежный профиль кулачка для уменьшения неравномерности движения и ударов.

Контрольные вопросы

1. Причины возникновения шума в зубчатых и цепных передачах.

2. Какими процессами обусловлен шум в подшипниках качения?

3. По какой формуле можно приближенно оценить шум, возникающий при вращении ротора?

4. Какие причины обусловливают возникновение шума в кулачковых механизмах?