Инженерное дело

Балансировка роторов машин: В 2 кн. (комплект из 2 книг) — Гусаров А. А.

Балансировка роторов машин: В 2 кн. (комплект из 2 книг)
Научное издание

год издания — 2004, кол-во страниц — 650, ISBN — 5-02-033273-9, 5-02-033271-2, 5-02-033272-0, тираж — 210, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б, масса книги — 880 гр., издательство — Наука

КНИГА СНЯТА С ПРОДАЖИ

Р е ц е н з е н т ы:
д-р ф.-м. наук Е. С. Брискин
к-т тех. наук В. Г. Кудинов

Утверждено к печати Учёным советом Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН

Формат 60x90 1/16. Печать офсетная

В первом томе систематически изложены основы теории балансировки жёстких роторов и общая методика определения допустимых дисбалансов. Описаны методы определения начальных дисбалансов жёсткого ротора при статической и динамической балансировке. Рассмотрены требования к качеству балансировки и расчёт допустимых дисбалансов. Дано описание принципов работы и конструкций балансировочных станков и их узлов. Приведены материалы по проектированию и расчёту элементов конструкции узлов.

Второй том содержит в себе часть II («Балансировка гибких роторов») и часть III («Автоматическая балансировка роторов»).

В части II приведены сведения об основных динамических характеристиках гибких роторов и методах их определения. Изложена теория балансировки гибких роторов постоянного и ступенчатого сечения на двух и многих опорах. Показано действие на гибкий ротор различных систем нагрузок. Изложены вопросы идентификации дисбаланса и балансировки гибких роторов, перенос корректирующих масс с сохранением достигнутой уравновешенности. Описан метод балансировки эквивалентными системами корректирующих масс. Исследован вопрос о нечувствительных скоростях гибких роторов.

В части III сформулированы требования к автобалансирующим устройствам (АБУ), дано описание АБУ различных типов и назначения. Подробно описаны конструкции и работа АБУ прямого действия — со свободным перемещением корректирующих масс. Изложена теория, касающаяся работы этих устройств. Приведены методы и формулы для расчёта параметров основных конструктивных элементов АБУ и рекомендации по увеличению удельной ёмкости АБУ.

Для преподавателей и студентов высших учебных заведений в качестве учебника по курсу «Балансировка роторов машин».

Повышение мощности и быстроходности современных машин увеличивает их динамическую нагруженность и усиливает влияние колебательных движений на их работу. Интенсивность вибраций во многом определяет ресурс и надёжность машины, степень и характер износа подшипников и сопряжённых деталей, качество выполнения технологического процесса. Вибрации вызывают физиологические расстройства в организме человека. Динамические нагрузки и вызываемые ими вибрации служат причиной преждевременного износа и разрушения деталей машин, приводящего к аварийным ситуациям. Поэтому первостепенное значение имеет проблема обеспечения допустимого уровня вибраций машин и их элементов.

Вибрации неизбежный спутник работы любой машины. При этом основным источником (более 50%) динамических нагрузок являются неуравновешенные инерционные силы вращающихся деталей — роторов.

Снизить уровень вибраций в машинах можно за счёт использования как естественного, так и искусственного демпфирования. Первое достигается вследствие внутреннего трения в материалах и узлах конструкции и внешнего трения при взаимодействии колеблющихся деталей и узлов с внешней средой. Второе обеспечивается применением антивибраторов, демпферов, успокоителей и т.п. Однако при этом в основном уменьшаются вибрации корпусов и фундаментов, в то время как источник вибраций остаётся нетронутым.

Поэтому основной и наиболее эффективный технологический путь устранения вибраций или доведения их до допустимого уровня состоит в исключении их источников, достигаемом: а) рациональным проектированием теоретически уравновешенных конструкций и б) эффективной балансировкой роторов при их изготовлении, монтаже и ремонте, а в некоторых случаях и в процессе работы машины без её остановки.

Балансировка роторов является разделом общей теории машин и механизмов, включающим в себя теорию и средства уравновешивания машин и приборов. Развитие балансировочной техники и подготовка инженерных и научных кадров, владеющих этой техникой, органически связаны с техническим прогрессом во всех отраслях народного хозяйства и будет способствовать вовлечению отечественной школы балансировки в процесс интеграции в этой важной области механики, что особенно важно при отсутствии до настоящего времени учебника, содержащего в себе систематическое изложение проблемы балансировки роторных систем.

Настоящая монография представляет собой первую попытку создать учебник (полный курс), содержащий в себе систематическое изложение основ современной балансировочной техники. Цель полного курса — ознакомление студентов с теоретическими основами балансировки роторов, начиная с простейших понятий, методов и средств её осуществления для наиболее распространённых в технике и наиболее просто балансируемых жёстких роторов (часть I) и кончая современными понятиями по балансировке гибких роторов (часть II). Изложены также теория и сведения о теории и средствах автоматической балансировки роторов на ходу без их остановки (часть III). Материалы, приведённые в частях II и III, относятся к специальной технике (энергетическим агрегатам, авиационным двигателям, машинам с изменяющейся в процессе работы неуравновешенностью и т.п.). Поэтому их можно преподавать факультативно. В основном курсе без существенного ущерба в понимании также могут быть опущены материалы, напечатанные мелким шрифтом.

Для отчётливого понимания и освоения основного курса предполагается наличие лишь элементарных знаний сопротивления материалов, динамики, математического анализа, а также дифференциальных уравнений.

Изучение курса «Балансировка роторов машин» может быть включено в программы по «Теории машин и механизмов» большинства технических вузов (в первую очередь авиационных, транспортных, текстильного и полиграфического машиностроения, приборостроения и других), имеющих отношение к технике с быстровращающимися роторами.

Часть I можно считать основным курсом для названных вузов.

Автор понимает, что в первом учебнике по балансировке роторов могут быть недостатки в изложении и будет благодарен всем, кто сочтёт необходимым прислать свои замечания и предложения по улучшению курса.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Том 1

Основные условные обозначения и сокращения к части I	3

Предисловие	6

ЧАСТЬ I
БАЛАНСИРОВКА ЖЁСТКИХ РОТОРОВ	8

Глава 1. Основные сведения из теории колебаний и балансировки	8

1.1. Основные понятия и термины	8
1.1.1. Роторы	8
1.1.2. Неуравновешенность	10
1.1.3. Балансировка ротора	15
1.2. Основные сведения из теории колебаний	17
1.2.1. Критическая угловая скорость вала с (диском) на жёстких
шарнирных опорах	17
1.2.2. Критические угловые скорости вала постоянного сечения на
жёстких шарнирных опорах [3]	22
1.2.3. Критические угловые скорости ротора на упругих опорах	25
1.2.4. Критические угловые скорости межопорного ротора с
несимметрично расположенным диском и консольного ротора	30
1.3. Режимы работы подшипников неуравновешенного ротора	36
1.3.1. Коэффициенты дисбаланса ротора в плоскостях
подшипников [5]	36
1.3.2. Режимы работы подшипников ротора	38
1.3.3. Критическая угловая скорость при отрыве цапфы от
подшипника [5]	44

Глава 2. Допустимые дисбалансы ротора и точность балансировки	49

2.1. Требования к качеству балансировки	49
2.1.1. Общие требования к допустимым дисбалансам	49
2.1.2. Классы точности балансировки	52
2.1.3. Учёт полигармонического состава вибраций	61
2.2. Расчёт допустимых дисбалансов	62
2.2.1. Учёт эксплуатационных и технологических дисбалансов	62
2.2.2. Пересчёт дисбалансов из одних плоскостей в другие для
жёсткого двухопорного ротора	70

Глава 3. Статическая балансировка	76

3.1. Условие допустимости одной статической балансировки	76
3.2. Основы и методы статической балансировки при помощи сил тяжести	77
3.3. Станки для статической балансировки	86
3.3.1. Классификация станков	86
3.3.2. Станки 1 -й и 4-й групп для статической балансировки	87
3.3.3. Станки 2-й группы для статической балансировки	96
3.3.4. Станки 3-й и 5-й групп для статической балансировки	99
3.3.5. Станки для статической балансировки в динамическом режиме	106
3.4. Статическая балансировка комплектов лопаток	114
3.4.1. Метод распределения комплекта лопаток [10]	114
3.4.2. Определение статических моментов, моментов инерции и
центра масс тел	117

Глава 4. Динамическая балансировка	122

4.1. Методы динамической балансировки	122
4.1.1. Классификация методов динамической балансировки	122
4.1.2. Методы одноплоскостной балансировки	123
4.1.3. Методы двухплоскостной балансировки	137
4.2. Балансировочные станки	146
4.2.1. Классификация балансировочных станков	146
4.2.2. Станки общего назначения для динамической балансировки	156
4.2.3. Специальные балансировочные станки	163
4.2.4. Разделение плоскостей коррекции [5]	173

Глава 5. Конструкция и расчёт механических систем балансировочных
станков	188

5.1. Колебательные системы балансировочных станков	190
5.1.1. Необходимое число степеней свободы	190
5.1.2. Движение жёсткого ротора на упругих опорах	191
5.1.3. Упругие элементы колебательных систем	202
5.1.4. Примеры проектирования колебательных систем [5, т. 2]	223
5.2. Приводные устройства балансировочных станков	229
5.2.1. Электродвигатели	230
5.2.2. Приводные валы	236
5.2.3. Ременный привод	245
5.3. Опорные узлы балансировочных станков	250
5.3.1. Конструкции опорных узлов	250
5.3.2. Технологические опоры [10]	255
5.3.3. Роликовые опоры	261

Международные стандарты и ГОСТы по балансировке	264

Литература	265

Том 2

Основные условные обозначения и сокращения в частях II и III	3

Часть II
БАЛАНСИРОВКА ГИБКИХ РОТОРОВ

Введение	6

Глава 1. Общие положения	8

1.1. Задача балансировки гибкого ротора	8
1.2. Решение дифференциальных уравнений колебаний неуравновешенного
гибкого ротора	11
1.2.1. Решение для гибкого ротора постоянного сечения	11
1.2.2. Общее решение для гибкого ротора ступенчатого сечения	13

Глава 2. Динамические характеристики гибкого ротора	21

2.1. Собственные (критические) частоты межопорного ротора	21
2.1.1. Собственные частоты ротора постоянного сечения	21
2.1.2. Собственные частоты ротора ступенчатой формы	25
2.1.3. Собственные частоты ротора с одним и двумя дисками	31
2.2. Собственные частоты двухконсольного ротора с массами на концах	36
2.3. Демпфирование в роторных машинах	38
2.3.1. Определение коэффициента демпфирования	38
2.3.2. Маятниковые колебания как фактор сопротивления изгибным	41

Глава 3. Вынужденные колебания гибкого ротора	43

3.1. Колебания ротора постоянного сечения	43
3.1.1. Распределенные силы на роторе постоянного сечения	43
3.1.2. Сосредоточенные силы на роторе постоянного сечения	54
3.2. Колебания ротора ступенчатого сечения	61
3.2.1. Сосредоточенные силы на трёхступенчатом роторе	61
3.2.2. Распределённые силы на трёхступенчатом роторе	69
3.2.3. Сосредоточенные силы на пятиступенчатом роторе	73
3.2.4. Распределённые силы на пятиступенчатом роторе	78
3.3. Колебания консольного ротора с сосредоточенными силами	82
3.4. Перенос корректирующих масс на гибком роторе	86

Глава 4. Нечувствительные угловые скорости гибких роторов	94

4.1. Физическая сущность нечувствительной угловой скорости	94
4.2. Ротор постоянного сечения	98
4.2.1. Межопорный ротор на упругих опорах	98
4.2.2. Неуравновешенные массы на консолях	102
4.2.3. Сосредоточенные силы на многоопорном роторе	103
4.3. Ротор ступенчатого сечения	108
4.3.1. Сосредоточенные и распределённые силы на трёхступенчатом
роторе	108
4.3.2. Натурные роторы турбогенераторов	111

Глава 5. Совместное действие нагрузок при балансировке гибкого
ротора	116

5.1. Ротор постоянного сечения	118
5.1.1. Синусоидальный дисбаланс и сосредоточенные корректирующие
массы. Оптимальные плоскости коррекции	118
5.1.2. Синусоидальный дисбаланс и распределенные корректирующие
массы	126
5.1.3. Равномерно распределённый дисбаланс и системы
корректирующих масс	129
5.1.4. Сосредоточенный дисбаланс и системы корректирующих масс	131
5.1.5. Дисбаланс в пролёте и корректирующие массы на консолях	132
5.2. Ротор ступенчатого сечения	134
5.3. Упругая установка корректирующих масс	137

Глава 6. Методы балансировки гибких роторов	142

6.1. Основные положения	142
6.1.1. Принятые допущения при балансировке гибких роторов	142
6.1.2. Оценка величины и характера распределения дисбаланса	144
6.1.3. Использование нечувствительных угловых скоростей для
идентификации дисбаланса	149
6.1.4. Определение дисбаланса по амплитудно-фазо-частотным
характеристикам (АФЧХ) деформаций [27]	151
6.2. Балансировка по формам изгиба с применением пробных масс	154
6.2.1. Балансировка на критических частотах вращения [29]	154
6.2.2. Балансировка с компенсацией «жёстких» составляющих
дисбаланса	159
6.2.3. Балансировка на некритических частотах вращения	163
6.2.4. Одновременная балансировка по формам изгиба с применением
специальной системы пробных масс	164
6.3. Балансировка без знания собственных форм изгиба ротора	166
6.3.1. Балансировка с разложением всех кривых по синусоидам	166
6.3.2. Балансировка ограниченным числом корректирующих масс	167
6.3.3. Балансировка эквивалентными системами корректирующих
масс	170

Глава 7. Балансировка многоопорных роторов	181

7.1. Метод балансировки Ден-Гартога [30]	182
7.2. Многоплоскостная балансировка энергетического турбоагрегата
[33]	186
7.2.1. Общие положения	186
7.2.2. Вибрационное обследование агрегата	187
7.2.3. Многоплоскостная балансировка валопровода по динамическим
коэффициентам влияния (ДКВ)	190
7.3. Средства балансировки гибких роторов	195

Литература к части II	200

Часть III
АВТОМАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА РОТОРОВ

Введение	203

Глава 1. Общие вопросы автоматической балансировки роторов	205

1.1. Причины эксплуатационной разбалансировки роторов	205
1.2. Основные требования к АБУ	206
1.3. Краткий обзор основных видов АБУ	210

Глава 2. Жидкостные автобалансирующие устройства	216

2.1. Устройства с жидкостью, не меняющей агрегатного состояния	216
2.1.1. Жидкостные АБУ Леблана	216
2.1.2. Автобалансирующее устройство Дункана	223
2.1.3. Жидкостные АБУ с направляющими каналами	228
2.2. АБУ с затвердевающей жидкостью	234
2.2.1. АБУ с легкоплавким балансирующим материалом	234
2.2.2. АБУ с твердеющей в электрическом поле жидкостью	235
2.3. АБУ с механической фиксацией балансирующей жидкости	237

Глава 3. Механические автобалансирующие устройства	239

3.1. Маятниковые АБУ	239
3.1.1. АБУ с маятниками [3]	239
3.1.2. Кольцевое АБУ	244
3.2. АБУ с телами качения	246
3.2.1. Общие сведения	246
3.2.2. Поведение шарового АБУ в системе без внешнего
демпфирования	247
3.2.3. Шаровые АБУ с переходной поверхностью	256
3.2.4. АБУ с фиксацией корректирующих масс	261
3.3. Комбинированное АБУ с лёгкими телами качения и тяжёлой
жидкостью	272
3.4. Поведение шарового АБУ в реальной системе на докритической
скорости вращения	274
3.5. АБУ прямого действия как чувствительные элементы следящих
систем	281
3.5.1. Конструкции чувствительных элементов	281
3.5.2. Поведение маятника в поле центробежных сил	286
3.5.3. Колебания маятника в поле центробежных сил и сил тяжести	289

Глава 4. Расчёт параметров механических АБУ	294

4.1. Ёмкость и размеры маятникового АБУ	295
4.1.1. При расположении маятников в одной плоскости	295
4.1.2. При расположении маятников в разных плоскостях	300
4.2. Ёмкость и размеры кольцевого АБУ	305
4.2.1. При кольцах с концентрично расположенным отверстием	305
4.2.2. При кольцах с эксцентрично расположенным отверстием	307
4.3. Ёмкость и размеры АБУ с телами качения	309
4.3.1. Для однорядного шарового АБУ	309
4.3.2. Для однорядного АБУ с цилиндрами	313
4.3.3. Многорядные АБУ с телами качения	314
4.3.4. Переходные поверхности шарового АБУ	317

Глава 5. АБУ с принудительным перемещением корректирующих масс	324

5.1. Принцип построения всережимных АБУ	324
5.2. Управление по методу случайного поиска	326
5.2.1. Случайный поиск как прототип запрограммированного	326
5.2.2. АБУ с запрограммированным случайным поиском	328
5.2.3. Применение запрограммированного поиска в АБУ
принудительного центрирования	332
5.3. Метод направленного перемещения корректирующих масс	336
5.3.1. АБУ, управляемое за счёт отклонений ротора	336
5.3.2. АБУ со следящими системами и чувствительными элементами,
учитывающими динамические свойства системы	337
5.3.3. Исполнительные механизмы АБУ с направленным перемещением
корректирующих масс	342

Глава 6. Метод принудительного изменения масс балансируемого ротора	348

6.1. Принудительное добавление корректирующих масс	348
6.1.1. АБУ с твёрдыми корректирующими массами	348
6.1.2. АБУ с жидкими корректирующими массами	351
6.1.3. Импульсные АБУ с жидкими корректирующими массами	354
6.2. Автоматическая балансировка удалением корректирующей массы с
поверхности ротора	366
6.2.1. Механические способы удаления корректирующей массы	367
6.2.2. Удаление корректирующей массы электрическими способами	368
6.2.3. Лазерные АБУ	371

Литература к части III	377

Международные стандарты и ГОСТы по балансировке	384

Книги на ту же тему

Вибрация и уравновешивание роторов авиадвигателей, Левит М. Е., Ройзман В. П., 1970
Вибрационная надёжность мощных турбогенераторов, Станиславский Л. Я., Гаврилов Л. Г., Остерник Э. С., 1975
Вибрации в технике. Справочник в 6-ти томах (комплект из 6 книг), Болотин В. В., Блехман И. И., Диментберг Ф. М., Колесников К. С., Лавендел Э. Э., Генкин М. Д., Фролов К. В., Челомей В. Н., ред., 1981
Крутильные колебания в судовых ДВС, Истомин П. А., 1968
Общетехнический справочник. — 4-е изд., испр., Скороходов Е. А., Законников В. П., Пакнис А. Б., Скворцов К. Ф., Малов А. Н., 1990
Трохоидные роторные компрессоры, Сухомлинов Р. М., 1975
Тракторы и автомобили. — 3-е изд., перераб. и доп., Родичев В. А., Родичева Г. И., 1996

http://knigoprovod.ru

/Наука и Техника/Инженерное дело

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему