Дисбаланс

Большое распространение в технике получили механизмы I класса I порядка (Iкл. I п.) с одним вращающимся звеном (рис. 1). Неподвижное звено в этих механизмах называется статором, а подвижное – ротором; вращательные кинематические пары - подшипниковыми узлами.



Рис.I, Механизм I класса I порядка с вращающимся звеном: 1 - неподвижное звено (статор); 2 - подвижное звено (ротор); 3 - вращательная кинематическая пара(подшипниковый узел).

К механизмам Iкл. Iп. относятся большинство современных машин двигателей и рабочих машин, в частности, паровые, газовые и водяные турбины, электродвигатели, электрические генераторы и преобразователи, .гиро моторы, центрифуги, центробежные насосы и компрессоры и др.

Скорости современных роторов непрерывно растут. В связи с увеличением быстроходности машин в настоящее время все большие требования предъявляются к их надежности, долговечности и снижении общего уровня вибраций.

Основной причиной вибрации является неуравновешенность вращающихся деталей и узлов машин и приборов. Надежная и спокойная работа последних в значительной мере также зависят от применяемой конструкции подшипников и режимов их работы.

Понятно о дисбалансе

Всякий ротор после его изготовления представляет неуравновешенное тело по многим причинам, в частности, из-за неоднородности материала деталей ротора и неточностей при их изготовлении и сборке ротора в целом.

Моделью неуравновешенного ротора может служить идеально уравновешенный ротор, к которому прикреплена некоторая неуравновешенная масса (рис. 2).



Рис.2 - Модель неуравновешенного ротора.
Во время вращения такого ротора на него будут действовать неуравновешенная сила



где ē – эксцентриситет неуравновешенной массы, ω - угловая скорость ротора.
Введем обозначение



Векторная величина D, равная произведению неуравновешенной массы на её эксцентриситет, называется дисбалансом.
Из предыдущих равенств получим:



Отсюда следует, что неуравновешенная сила Р отличается от дисбаланса D только скалярным множителем ω.
Модули неуравновешенной силы в Н и дисбаланса в г*см соответственно будут:
P = 10-4 ω2D
D = m r
Проектируем силу Р на оси X и Y (рси.2)



Под действие силы Рy возникают вынужденные колебания балки, на которой установлены подшипниковые узлы ротора. Если частота вращения ротора ω совпадает с собственной частотой ωсоб балки вместе с неподвижным ротором, то наступает явление резонанса, при которой амплитуда колебаний балки может значительно увеличиться и вызвать поломку конструкции.

В общей случае на цапфы А и В неуравновешенного ротора действуют динамические силы РА и РВ, постоянные по величине, но переменные по направлению (векторы этих сил вращаются вместе с ротором), а также статические силы QA и QB постоянные по величине и направлению (рис.3):



Рис. 3 – Силы, действующие на цапфы ротора.
Таким образом, во время вращения неуравновешенного ротора на его цапфы действуют силы.

RА = PА + QА
RВ = PВ + QВ