8.3.2 Периодические силы


Периодические силы возникают при работе машин с частями, совершающими равномерное вращение, возвратно-поступательное движение или другое равномерное движение более сложного вида.

К машинам с равномерно вращающимися частями относятся: турбоагрегаты, электрические машины, тягодутьевые агрегаты и т. п. Эти машины теоретически являются полностью уравновешенными, однако в связи с невозможностью достичь на практике идеального уравновешивания вращающихся частей при их работе возникают центробежные силы инерции.

Если известна величина эксцентриситета неуравновешенных вращающихся масс, величину центробежной силы инерции можно определить по формуле (59), а величину ее составляющих — по формулам (60), принимая за т — массу ротора.

По некоторым машинам с равномерно вращающимися частями накоплены опытные данные, позволяющие производить определение неуравновешенных сил инерции, развивающихся при их работе (табл. 45).

Ориентировочные величины эксцентриситетов вращающихся масс для некоторых машин

Из графика (табл. 43) видно, что экстремальные значения сил Px и Pz не совпадают во времени: при Px = max сила Pz = 0 и наоборот; поэтому результаты расчета на действие каждой силы рассматривают отдельно для горизонтальной и вертикальной составляющих, не суммируя их.

Закон изменения неуравновешенных сил инерции для кривошипно-шатунного механизма

К машинам с возвратно-поступательно движущимися частями относятся поршневые компрессоры и насосы, лесопильные рамы, двигатели внутреннего сгорания и т. п. Схема кривошипно-шатунного механизма показана на рис. 66.

Схема к определению неуравновешенных сил инерции для кривошипно-шатунного механизма

Для определения неуравновешенных сил инерции, развивающихся при работе машины с одним кривошипно-шатунным механизмом, движущиеся массы условно сосредоточивают в двух точках (рис. 67). При работе машины с одним кривошипно-шатунным механизмом в общем случае возникают три вида сил, определяемых по формулам (табл. 46):

 f_070

где
PxI — сила инерции I порядка, изменяющаяся один раз за один оборот вала и направленная вдоль линии скольжения поршня;
PxII — сила инерции II порядка, изменяющаяся два раза за один оборот вала;
Pz — сила инерции I порядка, направленная перпендикулярно к линии скольжения поршней и лежащая в плоскости вращения кривошипа;
ma — масса неуравновешенных вращающихся частей, приведенная по правилу рычага к пальцу кривошипа;
mb — масса возвратно-поступательно движущихся частей, приведенная к головке крейцкопфа;
r — радиус кривошипа;
λ0 — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;
ω — угловая скорость вращения коленчатого вала.

К точке а (рис. 67) приводят по правилу рычага массы неуравновешенных вращающихся частей (щек и пальца кривошипа и противовесов) и присоединяют 2/3 веса шатуна. В точке b сосредоточивают массу возвратно-поступательно движущихся частей: поршня, штока и крейцкопфа — для компрессоров и дизелей, пильной рамки и деталей, служащих для ее закрепления — для лесопильных рам; туда же присоединяют 1/3 веса шатуна.

Как видно из табл. 46, силы PxI , PxII и Pz сдвинуты между собой по фазе. При расчете фундаментов амплитуды колебаний от сил PxI и PxII суммируют, а амплитуды от силы Pz рассматривают отдельно.

 

8.3.2.1 Уравновешивание машин с кривошипно-шатунными механизмами