Lupta împotriva forței centrifuge

COMBATEREA forța centrifugă

Astăzi am să vă spun despre un fenomen fizic, livrat tuturor modelatori și tehnicienilor o mulțime de probleme. Numele lui - un dezechilibru. Oferta și arme care îl poate învinge.

CUI IMPIEDICA IT?

Care este forța centrifugă, cunoscută chiar și de către cei care nu au studiat mecanica. Pentru că toate au avut pentru a porni pe jucărie degetul, legat fir. Forța cu care vă trageți degetul jucărie, și există centrifuge. Mai strict vorbind, forța centrifugă - o forță exercitată pe axa de rotație de către corp rotativ. Astfel de forțe însoțesc fiecare rotație. Dar cine trebuia să se ocupe de ei, și de ce? La această întrebare, în primul rând poate răspunde la cel care se spală hainele în mașina de spălat. Să ne amintim cum să se rotească atunci când hainele mașină de spălat. Dacă rufele în interiorul tamburului rotativ - o centrifugă - prost ambalate, mașina începe să se agită și bubuit ca și cum ar vrea să se transforme într-o mașină mică. Cine-l împinge din interior? Desigur, forța centrifugă exercitată de mingea aflata in deriva în rufe. Trebuie să-l îmblânzi - opri mașina și a pus în mod uniform rufele. Este norocos că centrifuga nu se rotește prea repede: 300-500 rot / min, astfel încât este posibil să se oprească prin simpla apăsare a unui buton. Dar, în tehnologie, acum și apoi se confruntă cu o viteză mult mai mare de rotație și a maselor în rotație uriașe. Apoi, forțele centrifuge dezechilibrate pot provoca accidente grave. Ele provoacă vibrații, frecare crescută și uzura lagărelor. Ca urmare, aparatul nu reușește rapid. În unele cazuri, forța centrifugă nu poate permite bolovanul să ia viteza necesară.

Desenați un mic experiment: să ia Microelectromotoare și atașați-l la polii contactelor bateriei. Ascultați un bâzâit de rotație rotor subțire: viteza sa unghiulară - aproximativ 70 rot / s. Și acum încearcă să ofere un motor volant. Pentru a începe cu tăietură aspră mâna roții radiera, cu ochii pe creion marchează centrul ei și un pic de efort pentru a răspândi pe arbore. Inclusiv motorul. Te simți ca și el înghesuit în mâna ta ca sunetul sa schimbat față de cea anterioară? El a devenit mult mai mici, deoarece viteza rotorului este redusă de 5-10 ori. Toată vina forței centrifuge dezechilibrată produsă de roata de cauciuc.

Acum înțeleg de ce lupta cu forțele centrifuge. Cum a scăpa de ele - sau, mai degrabă, efect advers lor?

Echilibrarea forțelor centrifuge aplicate unui corp rotativ, numit în echilibrarea tehnologiei. Cel mai simplu exemplu de echilibrare - stabilire rufe în centrifugă mașină de spălat.

Exercitarea vectorului rotativ

Din păcate, marea majoritate a cazurilor de echilibrare - este mult mai complicat. Teoria rotoarelor de echilibrare a fost dezvoltat relativ recent - în 1935 - un om de știință remarcabil, mecanic și constructor de nave A. N. Krylovym, povestea pe care ai citit în „UT“ numărul 3 pentru 1983. Hai să facem cunoștință cu elementele de bază ale acestei teorii.

Lăsați mici m de masa corporala (punct material), dar rotit circumferențial, făcând n rpm. In mecanica, viteza de rotație este măsurată în general unghiul de rotație într-o secundă; Această valoare se numește viteza unghiulară și este notată cu litera grecească (omega). Într-un minut - 60 de secunde, într-o singură revoluție - 2Pi radiani deci = 2Pi * n / 60 = 0,1 n.

R denota vectorul dirijat de axa spre corpul rotativ. Lungimea sa este egală cu raza cercului de rotație, așa numitul vector R-raza (Fig. 1).

Transformă, vectorul centrifugal forța F se obține prin înmulțirea vectorului razei asupra greutății corporale și pătratul vitezei unghiulare: F = m * 2 * R (se înțelege că vectorii F și R în aceeași direcție). Conform legii lui Newton III din aceeași magnitudine, dar direcția opusă are o forță centripetă aplicată unui corp de rotație și ținându-l pe circumferință. În cazul în care organismul nu poate fi reprezentat ca un punct de masă (aceasta este cea mai corpurile), forța centrifugă este calculată exact în același mod, dar în loc de R luate r - vectorul raza centrului de greutate (figura 1.).

Centrul de masă - punctul în care, după cum au fost concentrați toată masa corpului. În corpurile simetrice (de exemplu, cu bile sau cilindru) centrul de masă coincide cu centrul de simetrie. Cu toate acestea, pentru a face un corp perfect simetric este imposibilă, astfel încât poziția centrului de masă cunoscut niciodată cu precizie. Este din cauza acestei există necesitatea de echilibrare a corpurilor de rotație.

Produsul a doi factori - vectorul raza centrului de greutate și masa corporală - denumit pur și simplu un vector de dezechilibru sau dezechilibru: d = m * r. Dezechilibrul se măsoară în kg · m. Ea dispare numai atunci când axa de rotație trece prin centrul de masă. Când rotația unui vector de dezechilibru corp se rotește cu ea. astfel încât să coincidă cu direcția forței centrifuge.

Să ne întoarcem la experiența noastră cu volantă și să încerce să calculeze dezechilibrul și forța centrifugă. Lăsați masa volantului m = 30 g, iar distanța de la axa la centrul de masă r = 2 mm. Suma dezechilibru în acest caz este 0.002 * 0,03 = 6 * 10 ~ 5 kg. S-ar părea foarte puțin. Dar presupunem acum că rotorul se rotește cu o viteză de 4500 rot / min (care este viteza obișnuită de rotație Microelectromotoare). Apoi = 450 rad / s, iar forța centrifugă F = d * 2 = 12H. Această sarcină este excesiv de mare pentru micromotor: forța de frecare în lagăre nu permit rotorul să se rotească. Chiar și cu o astfel de volant mic în cazul în care este dezechilibrat, Micromotorul nu este în măsură să colecteze viteza nominală!

Care este dezechilibrul este acceptabil și ceea ce nu este, în principal, depinde de viteza și structura rotorului. Cu viteză redusă greutate turbină hidraulică a zeci de tone, fără a compromite dezechilibrul magnitudine poate fi de 10 kg * m, dar turbina cu gaz, pentru care, și 30 mii de rotații / min nu limita, chiar 10 -6 kg · m -. Lot.

A se vedea Figura 2. Acest lucru arată o roată cu raza R dezechilibru d. Să presupunem că putem se agite greutăți suplimentare Corector de pe janta roții, de exemplu naleplyat bile plastilină. Apoi, pentru a compensa dezechilibrul este foarte simplu: pune suficient la o bucată de masă MK plastilină = d / R. B fapt, acum dezechilibru roata este zero: d = d + RA * d / R = d-d. Rețineți că raza R poate fi orice select, dar va varia în funcție de sarcină și greutate de corecție. Invers, dacă un anumit m'k masa> = d / R, sarcina suplimentară trebuie să fie plasat la o distanță d / m'k de centru.

Aruncati o privire mai atentă îndeaproape pentru roțile de mașini. Pe jantele unora dintre ele, veți vedea un mic greutăți ovale. Acum, trebuie să fi înțeles scopul lor. Cel mai adesea, cu toate acestea, nu se adaugă masa de corecție, și să se retragă. După adăugarea unui punct mk greutate de transport maritim cu RA vector rază este echivalentă cu sarcină sechestrarea aceeași greutate într-un punct diametral opus (-RA) (Fig. 2). Tehnica este adesea bine primit: punctul dorit într-o gaură mică adâncime forate, fără a deranja rezistența pieselor trimmable, eliminând astfel greutatea dorită. Astfel de găuri sunt adesea observate pe volantul și rotoarele motoarelor electrice.

Masina de echilibrare pe birou

Acest lucru vă va ajuta la o mașină de simplu pe care le oferim. Este un apartament, fixat la un capăt un arc pe care micromotor cu volant trimmable (Fig. 3). Deoarece arcul poate lua placa de contact din comutatorul vechi. Până la sfârșitul ei, atașați o așchie lungă și de lumină sau de paie, cu un capăt ascuțit.

Porniți motorul: imediat pentru a începe vibrația, care va raporta valoarea domeniului de aplicare a vârfului vibrațiilor de paie. Pentru măsurarea acestuia, așezați aproape de marginea unui conducător transparent cu scala milimetrica. Pe măsură ce motorul de depanare o asemenea magnitudine va crește apoi, apoi scade din nou. Este posibil ca marginea va fi aproape fixată la viteza maximă. Nu este, desigur, că forța centrifugă a dispărut: o sensibilitate de primăvară la vibrații de înaltă frecvență este relativ mică. Din acest motiv, cea mai mare amplitudinea măsurată a oscilațiilor vârfului „roți independente“ - în timpul frânării motorului atunci când alimentarea este oprită. Lungimea paiele, grosimea și scaunul arcului de montare pe acesta, motorul trebuie să fie alese astfel încât scara a fost cât mai mare posibil, sensibilitatea astfel mai mare este instrumentul tau.

Astfel, cantitatea de dezechilibru măsurată oscilații ale vârfului paie. Desigur, noi nu știm ce corespunde exact amploarea dezechilibrului, de exemplu, în intervalul de 7 mm (unitatea noastră nu este la scară prograduirovannoi), dar putem spune cu certitudine că mai mult domeniul de aplicare, cu atât mai mare dezechilibru.

Acum trebuie să stoc pe zgura și să înceapă de echilibrare. Cu toate acestea, înainte de planul de schiță „urmărire“ a vectorului de dezechilibru. Noi îl reprezintă ca suma de proiecție a celor două axe perpendiculare: d = dx + dy (Fig 3.). Aceste axe (OX și OY) trebuie să se bazeze pe volantul complet arbitrar înainte de echilibrare. Vom compensa dezechilibrul componentelor, la rândul său: în primul rând dx. apoi dy. Plasarea reglarea sarcinii în orice punct A pe axa x, nu schimbăm DY componente - pentru că OA este perpendicular pe sistemul de operare; Schimbarea va numai dx. Mutarea bucata de lut pe axa x, să-l găsesc o poziție la care vârful domeniului de aplicare (și cu ea, și dezechilibrul) cel mai puțin. Dacă acest punct ar fi în apropierea jantei volantului, să ia o bucată de mai mult; Dacă aproape de centru - una mai mică. Doar ține cont de faptul că trebuie să mutați platinei plastilină, fără a scoate volanta din arbore. În general, dacă sunteți după începerea echilibrării nici un motiv pentru a schimba poziția volantului pe axa, echilibrul va trebui să înceapă din nou.

După ce a atins mișcările minime de paie domeniul de aplicare, să ia o altă bucată de lut și se repetă aceeași procedură, dar acum cu axa OC (prima platinei, desigur, trebuie să rămână în vigoare). Astfel, nu se schimbă dezechilibrul dx componente. reduce cât mai mult posibil, dy componenta. Deoarece dezechilibru global d = (dx 2 + dy 2) 0.5. ca urmare poate fi complet eliminate.

AM Markish, inginer
Desene M. Simakov