Статическая балансировка роторов и её недостатки

Балансировка ротора представляет процесс определения значений и углов дисбалансов ротора и уменьшения их корректировкой его масс.

Статической балансировкой ротора называется балансировка, при которой определяется и уменьшается главный вектор дисбалансов ротора, характеризующий его статическую неуравновешенность. Главный вектор дисбалансов ротора представляет собой вектор, перпендикулярный оси ротора, проходящий через центр его масс и равный произведению массы ротора на ее эксцентриситет (рис. 1).


Рис. 1.Главный вектор и главный момент дисбалансов ротора.

При статической балансировке балансируемый ротор помещается на линейки (призмы) или ролики, или уже устанавливается в центрах балансировочного станка (рис. 2,а). Если центр массы ротора не лежит на оси вращения, то под действием момента от силы тяжести ротор будет перекатываться по линейкам (призмам) или поворачиваться на роликах (в центрах) станка. Ротор остановится в положении при которой центр его массы займет наинизшее положение ("тяжелое место" ротора). После этого к ротору прикрепляют корректирующую массу с диаметрально противоположной стороны от центра (рис. 2,б). Величину эксцентриситета выбирают в зависимости от конструктивных особенностей ротора, а корректирующую массу находят путем попыток, подбирая её такой, чтобы ротор при любом положении не обнаруживал стремления к качению или вращению.

Рис. 2 - Статическая балансировка ротора: а)установка ротора на призмы (параллели); б) определение места корректирующей массы mК; в) определение величины корректирующей массы mК.
Массу mК можно определить и расчётный путем, если установить на ротор известную вспомогательную массу mв, так как по казано на рис. 2в. Тогда из условия равновесия ротора получим



где φ - угловая координата "тяжелого места" ротора.

Недостатки статической балансировки. Первый недостаток низкая точность статической балансировки, зависящая от величины момента сил трения качения.

Если центр массы ротора не лежит на оси вращения, то при качении ротора по призмам на наго действуют момент силы тяжести и момент трения качения .

Если центр масса ротора не лежит на оси вращения, но находится внутри круга радиуса, то ротор не будет перекатываться по призмам и, следовательно, будет казаться оператору станка сбалансированным.

Величину остаточного дисбаланса можно уменьшить, если статическую балансировку вести на воздушных опорах (рис. 3) или в динамическом режиме на обычных балансировочных станках.



Рис.3. Статическая балансировка роторов с использованием воздушной подушки.

Второй основной недостаток статической балансировки заключается в том, что этим методом нельзя обнаружить моментную неуравновешенность ротора (Моментная неуравновешенность ротора - неуравновешенность ротора,  при которой ось ротора и его главная центральная, ось инерции  пересекаются в центре масс ротора). Кроме того, статическая балансировка часто сама способствует образованию неуравновешенных пар сил.
Эти положения иллюстрируются на рис, 4 и 5

Рис.4-Определение динамических давлений на подшипники статически отбалансированного ротора.
Рис. 5Пример увеличения динамических давлений на подшипники ротора после его статической балансировки.
                                                  

При равновесии масс к их эксцентриситетам центр массы ротора будет лежать на оси ротора (си. рис. 4). Поэтому такой ротор не будет перекатываться по призмам, т.е. будет казаться сбалансированным, в действительности же при вращении ротора массы m1 и m2 будут действовать на ротор парой неуравновешенных сил Р и Р. Момент пары сил вызовет дополнительные динамические давления на опоры ротора ( рис. 4).
В некоторых случаях давления в опорах могут даже увеличивается после статической балансировки ( рис. 5). Из рисунка видно, что до балансировки динамические давления на подшипники ротора били равны


а после балансировки будут равны


при l = L получим


РА = -РВ= Р

Следовательно, динамические давления на подшипники ротора увеличивались после его статической балансировки в 2 раза.

В настоящее время статической балансировкой пользуются для уравновешивания дискообразных деталей, для которых


где d - диаметр диска; b - ширина диска.

К таким деталям относятся зубчатые колеса, шкивы, колеса автомобилей, вентиляторы, балансы часовых механизмов и т.п.. Статическую балансировку указанных деталей проводят в одной плоскости коррекции.

Плоскостью коррекции называется плоскость, перпендикулярная к оси ротора, в которой расположен центр корректирующей массы.