Уравновешивание машин на фундаменте

ЛЕКЦИЯ 7

Краткое содержание

Задача об уравновешивании механизма. Уравновешивание машин на фундаменте. Уравновешивание вращающихся масс (роторов). Условия статического и динамического уравновешивания роторов. Статическая и динамическая балансировка механизмов.

При движении звеньев механизма в кинематических парах возникают дополнительные динамические нагрузки от сил инерции звеньев. Так как всякий механизм имеет неподвижное звено- стойку, то и стойка механизма также испытывает динамические нагрузки. В свою очередь через стойку эти нагрузки передаются на фундамент механизма.

Динамические нагрузки, возникающие при движении, являются источниками вибраций и колебаний в звеньях и фундаменте, дополнительных напряжений в звеньях, причиной шума и т. д.

Поэтому при проектировании механизма ставится задача об устранении такого вредного воздействия, полном или частичном гашении указанных динамических нагрузок. Эта задача носит название задачи об уравновешивании механизма.

Уравновешивание машин на фундаменте

Уравновешенность является свойством или характеристикой механизма и не должна зависеть от действующих на него внешних сил. Если исключить из рассмотрения все внешние силы, то останутся только инерционные нагрузки, которые определяются инерционными параметрами механизма - массами и моментами инерции, а также законом движения (например, центра масс системы).

Уравновешенным считается механизм, в котором главные векторы сил инерции и моментов сил инерции равны нулю:

(7.1)

(7.2)

В практике машиностроения при уравновешивании механизмов указанные условия выполняются только частично, в зависимости от конкретно поставленной задачи.

Специальные мероприятия, выполняемые при проектировании механизма и ставящие своей целью достичь условия (7.1) представляют собой статическое уравновешивание механизма. Поскольку , то условие (7.1) выполняется только при =0, что в свою очередь, возможно лишь в том случае, когда центр масс S системы подвижных звеньев механизма не перемещается. Таким образом, статическое уравновешивание есть такое действие, в результате которого центр масс системы подвижных звеньев работающего механизма становится неподвижным. Достичь этого можно различными способами.

1.Рассмотрим метод заменяющих масс.

Уравновесим силы инерции шарнирного четырехзвенника.

Рис.7.1

Разместим противовесы (корректирующие массы) на подвижных звеньях.

1.На продолжении (вниз) звена ОА на некотором расстоянии l₁ от точки О устанавливаем противовес массой m_пр1 таким образом, чтобы центр масс звена 1 вместе с противовесом совпал с неподвижной точкой О. Для этого должно быть соблюдено равенство:

Задаваясь из конструктивных соображений расстоянием l₁, определим массу противовеса m_пр1

2.На продолжении звена АВ (вправо) на некотором расстоянии l₂ от точки В устанавливаем противовес массой m_пр2 таким образом, чтобы центр масс звена 2 вместе с противовесом совпал с точкой В. Для этого должно быть соблюдено равенство:

Задаваясь из конструктивных соображений расстоянием l₂, определяем массу противовеса m_пр2

3.На продолжении звена ВС (вниз) на некотором расстоянии l₃ от точки С устанавливаем противовес массой m_пр3 таким образом, чтобы центр масс звеньев 2 и 3 вместе с противовесами совпал с точкой С. Для этого должно быть соблюдено равенство:

Задаваясь из конструктивных соображений величиной l₃, определяем массу противовеса m_пр3

Таким образом, центр масс звена 1 со своим противовесом совпадает с неподвижной точкой О, центр масс звеньев 2 и 3 вместе с их противовесами совпадает с неподвижной точкой С. Следовательно, центр всех масс будет также совпадать с неподвижной точкой, и результирующая сил инерции будет равна нулю.

Необходимо отметить, что при уравновешивании данным методом уравновешиваются только силы инерции звеньев. Моменты сил инерции не уравновешиваются, т.е. условие (7.2) не выполняется, такой механизм является моментно не уравновешенным.

2.Рассмотрим уравновешивание механизмов методом рационального размещения звеньев.

Схемы шарнирного четырехзвенного и кривошипно-ползунного механизмов изображены на рис.7.2 и рис.7.3. Как видно, в этих механизмах к ведущему звену 1 симметрично присоединены по две одинаковые группы Ассура (2, 3) и (2^ú, 3^ú), благодаря чему силы инерции соответствующих симметрично расположенных звеньев равны по величине, но обратные по направлению, т. е. попарно уравновешиваются.

Рис.7.2 Рис. 7.3

Конечно, такое размещение звеньев механизма очень громоздко и не всегда целесообразно. Зачем, например, ставить дополнительную группу Ассура только для уравновешивания машины, если для ее работы достаточна только одна группа Ассура. Поэтому такое уравновешивание на практике применяется редко. Оно целесообразно, но только в случаях, когда в машине работают оба симметричных механизма (обе группы Ассура), например в многоцилиндровых двигателях внутреннего сгорания и др.