Балансировка

Балансиро́вка

Уравновешивание вращающихся машинных частей (ротора турбины или электродвигателя, коленчатого вала, шкивов и другие). Для большинства роторов машин осью вращения является ось, проходящая через центры опорных поверхностей цапф изделия. Несовпадение этой оси с главной центральной осью инерции (что может быть результатом погрешностей технологии изготовления изделия либо его конструктивных особенностей) приводит к появлению нескомпенсированных центробежных сил и моментов, вызывающих быстрый износ подшипников, повышенные вибрации машины, изгибные колебания её элементов и др.

Совмещения осей при Б. достигают установкой уравновешивающих масс на изделии, удалением избыточных (неуравновешенных) масс либо (в некоторых специальных случаях) зацентровкой изделия в точках пересечения главной центральной оси инерции с поверхностью изделия; через эти точки проходит ось вращения. Б. осуществляется на балансировочных станках (См. Балансировочный станок). Выбор необходимого числа плоскостей исправлений определяется видом Б. В зависимости от взаимного расположения главной центральной оси инерции, оси вращения и оси изделия различают статическую Б., динамическую Б. и Б. гибких изделий (динамическую рихтовку). При статической и динамической Б. (рис.) оси 2—2 и 3—3 совпадают.

Статическую Б. применяют при параллельном смещении главной центральной оси инерции относительно оси вращения. Для изделия с неуравновешенной массой т и уравновешивающим грузом Р (рис., а) Б. сводится к компенсации центробежной силы, вызываемой массой т при вращении, и осуществляется установкой груза Р в одной плоскости исправления. Зависимость между уравновешивающим грузом Р и смещением центра тяжести ε (смещение осей) даётся формулой: Р = εG/r, где G — сила тяжести, r — радиус установки груза. Термин «статическая Б.» возник исторически в связи с тем, что неуравновешенность массы можно обнаружить также статически, установив изделие на прямолинейные горизонтальные направляющие, на которых ротор под действием силы тяжести на неуравновешенную массу повернётся тяжёлым местом вниз. Однако этот способ неточен и предпочтительна статической Б. в динамическом режиме.

Динамическую Б. применяют при угловом смещении главной центральной оси инерции относительно технологической оси вращения; при этом оси пересекаются в центре тяжести изделия (рис., б). Зависимость между уравновешивающими грузами Р и угловым смещением φ главной центральной оси инерции выражается формулой: Р =φIg/rl, где I — момент инерции изделия, g— ускорение свободного падения, l — осевое расстояние между грузами. В этом случае динамическая неуравновешенность является следствием центробежного момента и может быть компенсирована установкой грузов в двух плоскостях исправления, создающих компенсирующую пару центробежных сил с плечом l.

Б. гибких изделии (динамическую рихтовку) применяют, когда смещение главной центральной оси инерции относительно оси вращения возникает вследствие изгиба оси балансируемого изделия, а целью Б. является выравнивание оси. На рис. (в) представлен изогнутый ротор вблизи первой критической скорости. В этом случае Б. осуществляется установкой уравновешивающих грузов в трёх и более плоскостях исправления. Равнодействующая центробежных сил и моментов от системы из трёх грузов должна быть равна нулю. Соотношение между уравновешивающими грузами определяется формулами P₁ = (b₂-b₃)P₂/(b₃-b₁)P₃=(b₁-b₂)P₂/(b₃-b₁), где b₁, b₂, b₃— осевые координаты плоскости исправления. Для Б. вблизи второй критической скорости требуется установка четырёх грузов в четырёх плоскостях исправления и т. д.

Все эти виды неуравновешенности могут действовать на изделие одновременно и тогда задача Б. будет комплексной. Только в отдельных частных случаях пользуются одним видом Б., например для плоских изделий применяют статическую Б. Для качественной Б. необходимо, чтобы на изделия были установлены нормы точности Б., которые условно выражаются в допустимом смещении центра тяжести ε (мкм) либо в допустимой неуравновешенности u = rP (гсм).

Лит.: Артоболевский И. И., Уравновешивание сил инерции плоских механизмов, «Изв. научно-исследовательского Института машиностроения», 1935, № 10; Крылов А. Н., О динамическом уравновешивании роторов и гироскопов, «Изв. научно-исследовательского института машиностроения», 1935, №7; его же, О некоторых дифференциальных уравнениях математической физики, имеющих приложение в технических вопросах, 5 изд., М.—Л., 1950; Шитиков Б. В., Динамическая балансировка роторов, М., 1951: Ден-Гартог Дж. П., Механические колебания [пер. с англ.], М., 1960; Тимошенко С. П., Колебания в инженерном деле, [пер. с англ.], 2 изд., М., 1967.

В. Н. Варке.

Схемы балансировки: а — статической; б — динамической: в — гибких изделий; 1—1 — главная центральная ось инерции; 2—2 — ось вращения; 3—3 — ось изделия; Ц. Т. — центр тяжести; m — неуравновешенная масса; Р, P₁, P₂, P₃ — противовесы.