Загальні відомості про балансування
Ротором в теорії балансування називається будь-який обертається тіло. Тому ротор це і якір електродвигуна, і колінчастий вал компресора або насоса, і баланс годин. З теоретичної механіки відомо, що тиск тіла, що обертається на підшипники складається з двох складових: статичної - викликаної дією заданих сил (сили тяжіння та ін.) І динамічної, обумовленої прискореним рухом частинок з яких складається тіло, що обертається (ротор). Якщо динамічна складова реакцій не дорівнює нулю, то при обертанні виникають змінні за величиною і напрямком тиску на опори, які викликають вібрацію і знос всього механізму. Одна і основних причин зовнішньої виброактивности - неврівноваженість його ланок і механізму в цілому.
Таким чином, завдання про зрівноважуванні механізму полягає в такому розподілі мас ланок, при якому, повністю або частково усуваються динамічні навантаження в опорах.
Якщо при обертанні ротора з робочою частотою, деформація його осей нехтує мала, то такий ротор називається жорстким, в іншому випадку - гнучкий.
Поняття про неврівноваженість механізму (ланки).
Неврівноваженим будемо називати такий механізм (або його ланка), в якому при русі центр мас механізму (або ланки) рухається з прискоренням. Так як прискорений рух системи виникає тільки в разі, якщо рівнодіюча зовнішніх силових впливів не дорівнює нулю. Згідно з принципом Д'Аламбера, для врівноваження зовнішніх сил до системи додаються розрахункові сили - сили і моменти сил інерції. Тому врівноваженим будемо вважати механізм, в якому головні вектора і моменти сил інерції дорівнюють нулю, а неврівноваженим механізм, в якому ці сили не рівні нулю.
Механізм буде перебувати в стані Кінетостатіческій рівноваги, якщо сума діючих на нього зовнішніх сил і моментів сил (включаючи сили і моменти сил інерції) буде дорівнює нулю
При цьому врівноваженість є властивістю або характеристикою механізму і не повинна залежати від діючих на нього зовнішніх сил. Якщо виключити з розгляду всі зовнішні сили - які можна умовно вважати постійними, то в рівнянні рівноваги залишаться тільки інерційні складові - Періодичні за своєю природою, які визначаються інерційними параметрами механізму - масами і моментами інерції і законом руху (наприклад, центру мас системи). Щоб врівноважить механізм необхідно домогтися сталості реакцій, тобто задача врівноваження зводиться до усунення сил інерції. Тому врівноваженим вважається механізм, для якого головний вектор і головний момент сил інерції дорівнюють нулю:
Тобто для того щоб головний вектор сил інерції залишався постійним досить, щоб координати центру мас були рівні нулю.
Тобто для того щоб головний момент сил інерції залишався постійним досить, щоб відцентрові моменти інерції дорівнювали нулю.
Неврівноваженість - такий стан механізму, при якому головний вектор або головний момент сил інерції не рівні нулю. розрізняють:
- статичну неврівноваженість;
- моментную неврівноваженість;
- динамічну неврівноваженість і.
Тобто задача врівноваження зводиться до усунення сил інерції.
Ротором (по гост 19534-74) називають ланки механізмів, що здійснюють обертальний рух і які утримуються при цьому своїми несучими поверхнями в опорах. Якщо маса ротора розподілена відносно осі обертання рівномірно, то головна центральна вісь інерції збігається з віссю обертання і ротор є врівноваженим або ідеальним. При розбіжності осі обертання з віссю, ротор буде неврівноваженим і в його опорах при обертанні виникнуть змінні реакції, викликані дією інерційних сил і моментів (точніше, рухом центру мас з прискоренням).
Залежно від взаємного розташування осі обертання і головною центральної осі інерції, по ГОСТ 19534-74, розрізняють наступні види неврівноваженості роторів:
а. - статичну, коли ці осі паралельні;
б. - моментную, коли осі перетинаються в центрі мас ротора;
в. - динамічну, коли осі або перетинаються поза центром мас, або не перетинаються, а перехрещуються в просторі.
Як зазначено вище, неврівноваженість визначається конструктивними характеристиками ротора або механізму і не залежить від параметрів руху. Тому при балансуванні оперують інерційними силами, а дисбалансами.
Дисбаланс - міра статичної неврівноваженості ротора, векторна величина, що дорівнює добутку неврівноваженої маси на її ексцентриситет, де ексцентриситет - радіус-вектор центра цієї маси щодо осі ротора.
Напрямок головного вектора дисбалансу збігається з напрямком головного вектора сил інерції, що діють на ротор при обертанні:
Моментная неврівноваженість характеризується головним моментом дисбалансів ротора, який пропорційний головному моменту сил інерції:
де - головний момент дисбалансу.
Головний момент дисбалансів ротора повністю визначається моментом пари рівних за величиною і протилежних за направленням дисбалансів, розташованих в двох довільних площинах (I і II), перпендикулярних осі обертання ротора. Дисбаланс і момент дисбалансів не залежить від частоти обертання, вони повністю визначаються конструкцією ротора і точністю його виготовлення. Балансуванням називають процес визначення значень і кутових координат дисбалансів ротора і їх зменшення за допомогою коректування розміщення його мас.
Балансування еквівалентна врівноваження системи інерційних сил, яких докладають до рухомого ротора для його рівноваги. Цю систему, як і будь-яку довільну систему сил, можна замінити рівнодійними - головним вектором і головним моментом або двома векторами, розташованими в довільних паралельних площинах. Для врівноваження системи сил досить врівноважити ці равнодействующие. При балансуванні операції над силами замінюють діями над дисбалансами. Тому для жорстких роторів вищесказане можна сформулювати так: жорсткий ротор можна врівноважити двома корректирующими масами, розташованими в двох довільно вибраних площинах, перпендикулярних осі його обертання. Ці площини називають площинами корекції.
Завдання балансування ротора полягає у визначенні, в обраних площинах корекції, значень і кутів дисбалансів і розміщенні в цих площинах коригувальних мас, дисбаланси яких рівні за величиною і протилежні за напрямком знайденим дисбалансів ротора.
На практиці балансування проводять:
- при конструюванні - розрахунковими методами,
- в процесі виготовлення деталей і вузлів - експериментально на спеціальних балансувальних верстатах.
Балансування на верстатах є більш точним і надійним методом, у порівнянні з розрахунковими. Тому вона застосовується для відповідальних деталей з високими робочими частотами обертання. Коригування мас ротора здійснюється або приєднанням до нього додаткових коригувальних мас (наплавленням, наварюванням або привинчивания противаг), або видаленням частини маси ротора з "важкою" сторони (фрезеруванням або висвердлюванням). Точність балансування характеризується величиною залишкового дисбалансу D0 ротора в кожній з площин корекції. Величина D0 не повинна перевищувати допустимих для даного класу точності значень, що регламентуються ГОСТ 22061-76.
Балансування роторів при різних видах неврівноваженості.