←предыдущая следующая→
1 2 3 4
AМИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра процессов, машин и аппаратов химических производств
Статическая балансировка вращающихся частей машины
Методическое указание к лабораторной работе по курсу «Эксплуатация и ремонт оборудования химических производств» для студентов специальности 1705 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительной индустрии»
Составитель В.А. Плотников
Кемерово 2003
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является закрепление теоретических знаний студентов по теме «Балансировка вращающихся частей машин и аппаратов» дисциплины «Эксплуатация и ремонт оборудования химических производств» и выработка у них практических навыков по статической балансировки роторов на балансировочных приспособлениях типа «Ножи», «Призмы».
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Статической балансировкой называют процесс устранения статической неуравновешенности вращающихся частей машин и аппаратов: маховиков; шкивов; зубчатых колёс; роторов и т.д.
Статическая неуравновешенность характеризуется тем, что ось вращения тела располагается параллельно его главной центральной оси инерции (см. рис. 1). При этом центр массы тела ( ц. м. ) совпадающий с центром тяжести ( ц. т. ) не лежит на оси вращения , а смещён относительно неё на некоторое расстояние - е.
При вращение статически неуравновешенного тела возникают неуравновешенные центробежные силы (далее именуемые центробежными), которые через опорные элементы (подшипники) воспринимаются и уравновешиваются внешней системой. Центробежная сила ( Fц ) возникающая вследствие статической неуравновешенности ротора, приложена в точке расположения центра массы, действует по нормали к окружности, описываемой центром массы (следовательно вращается совместно с ротором)
( 1 )
где mp – масса ротора
е – смещение центра массы ротора относительно оси вращения
ω – угловая скорость вращения ротора
n – частота вращения ротора
Легко подсчитать, что на ротор массой mo = 10 кг. вращающегося с частотой n = 50 c-1 и имеющего смещение e = 0.1 мм. будет действовать центробежная сила величиной Fц= 99 Н = 9,9 кгс.
Из данного примера видно, какой большой величины может достигать центробежная сила даже при столь не значительном смещении центра массы ротора относительно оси вращения. Особенно большие центробежные силы наблюдаются у роторов, вращающихся с высокой скоростью ( n > 50 c-1 ), т. к. величина Fц пропорциональна квадрату скорости вращения. Количественной оценкой статической неуравновешенности ротора принято считать либо величину смещения центра массы ротора относительно оси вращения, либо статический момент ротора ( М ст. ), либо коэффициент статической неуравновешенности ротора ( К ст. ). Последний параметр показывает, во сколько раз центробежная сила, вызванная статической неуравновешенностью, превышает вес ротора и определяется по соотношению:
( 2 )
где GP – вес ротора
g – ускорение свободного падения
Из соотн6ошения ( 2 ) следует, что коэффициент статической неуравновешенности ротора можно рассматривать как отношение центробежного ускорения центра массы ротора ( ац = еω2 ) к ускорению свободного падения.
Статический момент ротора представляет собой произведение величины смешения центра массы ротора относительно оси вращения на вес ротора.
( 3 )
Статический момент заставляет статически неуравновешенный ротор принимать такое положение в пространстве (при наличие поля тяжести и отсутствий трения в опорах), при котором его потенциальная энергия будет минимальна. В общих условиях это соответствует тому, что из всех возможных положений центр масс ротора займёт точку, наименее удалённую от центра Земли. Статический момент позволяет обнаружить статическую неуравновешенность ротора даже без его вращения. Поэтому данный вид неуравновешенности и называется статическим.
На практике статическая неуравновешенность вращающихся элементов оборудования может быть вызвана различными причинами: неточность изготовления ротора ( биение вала, несоосность рабочего органа и вала и т.д. ); наличие пустот или инородных включений в теле ротора ( шеек вала, рабочих органов ) и др. Центробежные силы от неуравновешенных масс является одной из основных причин вибрации оборудования и могут оказывать существенное влияние на его надёжность и качества функционирования. С целью устранения отрицательного воздействия центробежных сил на оборудование их вращающиеся детали и сборочные единицы подвергаются балансировке, статической или ( и ) динамической.
Статической балансировке подвергаются преимущественно роторы доскообразной формы не быстроходных машин. Условия применения статической балансировки предполагают выполнение трёх соотношений ( 4 ).
( 4 )
Вследствие того, что статическая балансировка не позволяет выявить динамическую и смешанную неуравновешенности, её не применяют для ответственных и быстроходных машин.
Сущность процесса статической балансировки заключается в том, что к лёгкой стороне ротора, диаметрально противоположно смещённому центру массы, прикрепляется уравновешивающий груз такой величины, при которой статическая неуравновешенность ротора либо устраняется полностью, либо снижается до предельно-допустимой величины. Уравновешивающий груз изменяет положение центра массы ротора и позволяет уменьшить его смещение от оси вращения до сколько угодно малой величины.
Условие достаточности статического уравновешивания в аналитическом виде может быть представлено любым из следующих соотношений:
( 5 )
( 6 )
( 7 )
В данных соотношениях e* , M*ст , K*ст – предельно-допустимые величины, соответственно, смещения центра массы ротора относительно оси вращения, коэффициенты статической неуравновешенности ротора. Статический момент ротора после установки уравновешивающего груза должен соответствовать соотношению (6)
( 8 )
где my и Ry – масса уравновешивающего груза и расстояние от центра массы уравновешивающего груза до оси вращения ротора.
Решая неравенство ( 8 ) относительно my, получим
( 9 )
Полагая М*СТ = 0 , получим значение массы уравновешивающего груза, когда статический момент ротора устраняется полностью
( 10 )
Выражение ( 10 ) позволяет определить массу уравновешивающего груза ( при заданных mP и RY ), если известно смещение центра массы ротора относительно оси вращения. В реальных условиях величина e является неизвестной и определяется экспериментальным путём по величине максимального статического момента ротора.
Существуют различные способы и устройства для осуществления статической балансировки вращающихся тел. Наиболее практическое применение получили устройства с линейными опорами и горизонтальным расположением оси балансирующего ротора. Устройства этого вида просты в изготовлении и обеспечивают наилучшее качество балансировки. Схема типового балансировочного устройства с линейными опорами показана на рис. 2. Устройство включает массивную станину, выполненную, как правило, способом литья и состоящую из основания 1 и двух стоек 2. С целью исключения вибрации и микроперемещения устройства его станину устанавливается на фундамент. В устройствах, предназначенных для балансировки крупногабаритных роторов, станина может отсутствовать. Её роль выполняют две независимых стойки, установленные на единый фундамент. При любом исполнение в верхней части стоек имеются горизонтальные поверхности, к которым крепятся линейные опорные элементы 3: ножи ( рис.2, 1-а ); призмы ( рис.2. 1-б ); скалки ( рис.2. 1-в ). Непременным требованием для всех балансировочных устройств данного вида является расположение рабочих поверхностей линейных опор строго в единой горизонтальной плоскости.
Длина ( L ) линейных опор назначается такой, чтобы ротор при перекатывании мог сделать 1,5-2 оборота в обе стороны от центра опор:
( 11 )
где d – диаметр шейки вала ротора.
Опорные элементы изготавливаются из закалённой углеродистой качественной стали ( сталь 40; сталь 50; сталь 40ХН; сталь 50 Г и др. ), рабочие поверхности тщательно отшлифовываются до значения параметра шероховатости Ra = 0,08 – 0,16 мкм. Ширина ( b ) рабочей поверхности линейной опоры устанавливается в зависимости от веса балансируемого ротора. При этом исходя из следующих соображений линейные опоры должны оказывать минимальное сопротивление перекатывания ротора; контактные напряжения в зоне взаимодействия вала ротора и опоры не должны превышать предельно допустимые величины.
Второе требование представляет собой условие контактной прочности взаимодействующих элементов и может быть представлено в виде соотношения
( 12 )
где σк – наибольшее контактное
←предыдущая следующая→
1 2 3 4