Уравновешивание вращающихся масс

Цель работы – выявить необходимость балансировки вра­щающихся деталей; ознакомиться с методами балансировки де­талей.

Теоретическое обоснование.Вращающие­ся детали машин (зубчатые колеса, шпин­дели станков, валы двигателей и т.п.) долж­ны быть полностью уравновешены, поэтому этим деталям придают такую форму, чтобы их центр тяжести располагался на оси вра­щения. На практике из-за неточности изго­товления (в пределах предусмотренных до­пусков) и неоднородности распределения массы по всему объему детали центр тяже­сти может оказаться сдвинутым на расстоя­ние ρ от оси вращения (рисунок 6.1, а). В этом случае возникает центробежная сила инер­ции:

P_и = mω²ρ, (6.1)

где Р_и – сила инерции, Н; т – масса тела, кг; ω – угловая скорость вращения, рад/с; ρ – расстояние от центра тяжести до оси вра­щения, м.

Рисунок 6.1

Центробежные силы инерции вызывают колебания станин и фундамента, износ под­шипников и других частей машины. Поэтому необходимо производить уравновешивание вращающихся масс, чтобы уничтожить вред­ное действие сил инерции.

Когда центр тяжести тела не находится на оси вращения, создается статическая неуравновешенность. Приведение центра тяжести тела к оси вращения производится либо добавлением соответствующей массы, либо удалением (высверливанием) части массы. Такой процесс уравновешивания называется статиче­ской балансировкой.

Но даже в том случае, когда центр тяжести располагается на оси вращения, масса тела может быть распределена несимметрич­но вдоль оси вращения (рисунок 6.1, б). Возникает динамическая не­уравновешенность, которая выявляется при вращении детали. При динамической неуравновешенности силы инерции образуют пару сил, создающую вредную нагрузку на подшипник, станину и фундамент машины. Процесс устранения динамической неурав­новешенности называется динамической балансиров­кой.

В данной работе рассматривается только статическая баланси- ровка, которая при небольшой длине детали и малой скорое вращения оказывается достаточной.

Установка для испытания. Установка (рисунок 6.2)состоит из двух призм 2,расположенных в горизонтальной плоскости. Эти призмы закреплены на четырех регулируемых по высоте опорах 3 жестко закрепленных на плите 4.Деталь 1 цилиндрической формы устанавливается на ребра призмы 2.

Если центр тяжести детали не будет совпадать с осью вращения, то под действием момента, создаваемого силой тяжести, деталь начнет катиться по ребрам призм, пока ее центр тяжести точка С не займет наинизшее положение. Центр тяжести детали располагается на вертикальной диаметральной прямой АС. Чтобы уравновесить деталь, необходимо к ней добавить противовес в какой-либо точке, например диаметрально противоположной точке С. Для увеличения точности отыскания положения центра тяжести деталь несколько раз поворачивают на 90° в одну и другую сторону и после остановки детали отмечают положение верхних точек A₁ и А₂. Точку А находят, как среднее положение этих отметок.

Рисунок 6.2

Балансировка состоит в том, что к детали в точке А (противопо-ложной центру тяжести) прикрепляют кусочки пластилина в таком количестве, чтобы деталь в любом положении находилась в равновесии на ребрах призм.

По силе тяжести дополнительного груза Q и расстоянию AО можно определить положение центра тяжести ОС детали:

OC=Q•OA/G, (6.2)

где G– сила тяжести детали.

Приближенно можно принять OA равным половине диаметра, тогда:

или , (6.3)

где т_Aи m – соответствующие массы, кг; ρ = ОС.

Порядок выполнения работы.Ознакомиться с устройством установки для статической балансировки. В отчете зарисовать схему установки и эскиз детали. Замерить наружный диаметр детали D.

Взвесить деталь и записать в отчет величину ее массы.

Проверить по уровню горизонтальное расположение граней призмы. При помощи установочных винтов добиться строго гори­зонтального расположения граней призмы. Проверить чистоту поверхности призмы и детали.

Осторожно установить деталь на грани призм. Когда деталь остановится, отметить верхнюю точку мелом или карандашом. По­вернуть деталь на 90° вокруг оси и осторожно ее отпустить. Когда она вновь остановится, снова отметить верхнюю точку. Снова по­вернуть деталь на 90°, но в противоположную сторону, и отметить верхнюю точку. Все три отметки или совпадут, или будут располо­жены очень близко.

К верхней точке А (см рисунок 6.2) прикрепить кусочек пласти­лина. Добавляя или снимая кусочки пластилина, добиться того, чтобы деталь, повернутая на некоторый угол и остановленная лег­ким прикосновением руки, оставалась в любом положении непо­движной, т.е. находилась в состоянии безразличного равновесия. Это означает,

что деталь статически сбалансирована.

Аккуратно снять весь пластилин, прикрепленный к детали, и взвесить его. Записать величину массы пластилина в таблицу 6.1отчета.

Вычислить расстояние центра тяжести детали до оси.

Отчет о работе.

1 Схема установки и эскиз детали. Наружный диаметр детали D=…мм, масса детали т=…кг.

2 Таблица 6.1 Результаты испытания.

Номер замера	Масса детали m, кг	Масса дополнитель-ного груза mA, кг	Расстояние центра тяжести до оси, – по формуле 6.3, мм
Среднее значение	mср=	mAср=

2 Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1 Почему необходимо уравновешивать вращающиеся детали?

2 Как расположен центр тяжести тела относительно оси вращения при статической неуравновешенности?

3 Можно ли обнаружить динамическую неуравновешенность при установке детали на параллельных горизонтальных призмах?

4 Если центр тяжести детали находится на оси вращения, является ли это достаточным условием для полного уравновешивания детали?

5 При какой неуравновешенности, статической или динамической, силы инерции образуют пару сил?

6 Какое состояние равновесия относительно оси вращения – неустойчивое, устойчивое или безразличное – характеризует стати-чески уравновешенное тело?

7 Как должен быть расположен дополнительный (уравновеши-вающий) груз при статической балансировке относительно центра тяжести детали?

8 В каком месте относительно центра тяжести следует удалить (высверлить) материал детали при статической балансировке?

9 При каких условиях работы детали можно ограничиться только статической балансировкой?

Список литературы

Основные источники

1 Эрдеди А.А., Эрдеди Н.А. Теоретическая механика. Сопротивление материалов. – М.: Академия, 2015. – 528с.

2 Эрдеди А.А., Эрдеди Н.А. Детали машин. – М.: Академия, 2015. – 288с.

Дополнительные источники:

1 Заленский В.С. Строительные машины: Примеры расчетов. – М.: Академия, 2013. – 271с.

2 Олофинская В.П. Техническая механика. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2013. – 349 с.