Лабораторная работа № 8. Уравновешивание ротора.

Лабораторная работа № 8

Уравновешивание ротора

Цель работы: статическая и полная балансировка ротора с заданными пространственно расположенными точечными массами.

Оборудование: лабораторная установка ТММ-35.

Общие положения

В современном машиностроении применяется большое количество вращающихся звеньев (роторы электродвигателей, турбин, валы и т.п. детали). Их угловые скорости часто достигают значительных величин. Вследствие технологических погрешностей изготовления, неоднородности материала и неточности сборки система инерционных сил, как правило, неуравновешена. Неуравновешенность устраняется балансировкой.

Условиями полного (динамического) уравновешивания являются равенства нулю главного вектора сил инерции и главного момента сил инерции:

где ω — угловая скорость звена; т_i — массы звеньев; r_i – радиусы-векторы, определяющие положение груза массой т_i; d_ст— главный вектор дисбалансов ротора; z_i — расстояния от груза до плоскости приведения; m_D— главный момент дисбалансов ротора.

Условия полной балансировки (8.1) и (8.2) могут быть представлены в виде:

где D_i — дисбаланс неуравновешенной массы, г∙мм; S_i — статический момент, г∙мм; I_rzi— центробежный момент инерции, г∙мм²;

S_i = D_i = m_i r_i ;   I_rzi = m_Di  = m_i r_i z_i .

Сила инерции F_u и момент сил инерции М_u вызывают дополнительные усилия в подшипниках, которые передаются станине машины и фундаменту. Они меняют направление, так как вращаются вместе с ротором. При малой длине ротора (шкивы, маховики, зубчатые колеса) и невысокой скорости его вращения допускается статическая балансировка с выполнением условия (8.3). Так, в роторе (например, шлифовальном круге, рис. 8.1) центр тяжести С может быть смещён относительно оси вращения О на величину r_c с дисбалансом D = mr_c.

Рис. 8.1. Статическое уравновешивание плоского звена

         Цель статической балансировки — переведение центра тяжести С на ось вращения О. Для этого необходимо диаметрально противоположно точке С поставить противовес, отвечающий условию (8.3):

Задача балансировки ротора решается по-разному в зависимости от того, известна или неизвестна масса, смещенная с оси вращения. В данной работе векторы дисбалансов заданы.

Описание установки ТММ-35

Вал ротора 1 (рис. 8.3) смонтирован на кронштейнах, закрепленных на чугунном основании.

Рис. 8.3. Схема установки ТММ-35

На валу ротора установлено пять дисков 2. В крайних дисках закрепляются противовесы, а три средних диска служат для установки неуравновешенных грузов 3. Левый конец вала установлен в сферическом шарикоподшипнике, а правый — в каретке 4, колебания которой при вращении ротора определяют его неуравновешенность. Разгон ротора осуществляют электродвигателем, закреплённым на рычаге, через фрикционную передачу.

При нажиме на рукоятку рычага вниз двигатель автоматически включается, и крутящий момент передается через обрезиненный ролик на шкив, закреплённый на валу ротора.

В комплекте установки имеется набор противовесов массой m_i = 40, 50, 60 и 70 г.Они могут быть поставлены в пазы дисков на различных расстояниях от оси вращения (r_i  = 40...90 мм). Углы поворота каждого диска φ_i  отсчитываются по шкале на валу ротора. Расстояния между соседними дисками — z₂ = 80 мм, между крайними дисками — z₅ = 320 мм. При отсутствии на дисках грузов ротор статически и динамически уравновешен.

Векторные уравнения и их решения

В лабораторной установке (рис. 8.3) на дисках 2, 3 и 4 устанавливают неуравновешенные грузы с заданными параметрами m, r и φ.

Статическое уравновешивание. Искомый противовес с массой m₁ на расстоянии  r₁  устанавливают на первом диске под углом φ₁. Параметры противовеса определяют графически из условия (8.3):

или