Уравновешивание сил инерции вращающихся тел

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Для уменьшения вредного действия сил инерции неуравновешенных вращающихся тел конструкторы производят их балансировку, т. е. искусственно добавляют грузы-противовесы, создавая тем самым аналогичные силы, но направленные в противоположные стороны. Это называется уравновешиванием сил инерции машины паровоза.

Посмотрим, как оно осуществляется.

Для уравновешивания вращающихся тел существует простой способ: надо неуравновешенному грузу противопоставить точно такой же по величине груз (противовес), разместив его в той же плоскости и на том же расстоянии от оси вращения (фиг. 137). При этих условиях центробежные силы, передаваемые на связь (тело), будут направлены в разные стороны и, следовательно, полностью уравновесят друг друга.

Однако, чтобы воспользоваться этим простым способом для уравновешивания движущего механизма паровоза, необходимо противовесы располагать не в одной плоскости с пальцем кривошипа, а в плоскостях колёс, иначе противовесы будут мешать движению сцепных дышел.

Поэтому для уравновешивания движущего механизма паровоза приходится помещать по два противовеса на каждом колесе (фиг. 138 и 139). Они расположены в плоскости, проходящей близ круга катания бандажа. Практически, однако, два противовеса заменяют одним суммарным (равнодействующим) (фиг. 140). В результатетакой объединённый противовес размещается уже не на одной линии с кривошипом, а на какой-то угол сдвигается от неё в сторону пальца другого колеса той же колёсной пары.

2. Уравновешивание сил инерции вращающихся тел

Фиг. 137. Схема уравновешивания центробежных сил вращающихся тел

Механика учит, что чем дальше расположен груз от оси вращения, тем большую центробежную силу он развивает. Поэтому кон» структоры стараются расположить противовес на колесе по воз-

2. Уравновешивание сил инерции вращающихся тел

Фиг. 138. Схема расположения кривошипов на колёсной пареможности дальше от оси вращения. Это позволяет уменьшить вес противовеса.

Наивыгоднейшей формой противовеса является сегменту (см. фиг. 140). В этом случае при прочих равных условиях вес противо веса получается наименьшим, так как центр тяжести сегмента наиболее удалён от оси вращения.

Теперь рассмотрим силы инерции, действующие на палец кривошипа. Начнём с вертикальной составляющей, приблизительно

2. Уравновешивание сил инерции вращающихся тел

Фиг. 139. Схема уравновешивания вращающихся деталей сцепного колесаравной 12 ООО кг. За каждый "оборот колеса палец кривошипа два раза располагается на вертикальной оси, один раз внизу и один— вверху. Следовательно, вертикальная составляющая сил инерции

2. Уравновешивание сил инерции вращающихся тел

Фиг. 140. Схема расположения суммарного противовеса на левом колесес силой 12 т будет то перегружать рельс, то с той же силой разгружать его.

Добавьте к этому постоянную нагрузку от ведущего колеса паровоза на рельс 10 т. Тогда получится, что при каждом обороте одно ведущее колесо будет то бить по рельсу с силой почти

12 в. А. Дробинскийв 12 + 10 = 22 т, то приподниматься над рельсом, так как величина вертикальной составляющей превышает вес колеса на 2 т. В последнем случае ненагруженная ведущая колёсная пара может легко сойти с рельсов.

Повторяющиеся удары неуравновешенного колеса по рельсу можно сравнить с ударами молота, баба которого с силой в 22 т ударяет по рельсу. После ряда таких сокрушительных ударов даже самый прочный рельс и самое прочное колесо быстро разрушатся, и паровоз сойдёт с рельсов.

Вот почему конструкторы особое внимание уделяют именно борьбе против вертикальной составляющей силы инерции движущего механизма, воспринимаемой пальцем кривошипа ведущего колеса, одинаково вредной и для рельсового пути и для паровоза.

Для наиболее полного уравновешивания вертикальной составляющей силы инерции в каждом ведущем колесе конструкторы помещают противовес, центробежная сила которого приблизительно должна быть равна 12 т (для нашего примера). Этот противовес называется вертикально уравновешивающим. Точный метод определения сил инерции движущего механизма и противовесов был разработан русским профессором А. С. Раевским в 1904—1906 гг.

⇐ | 1. Силы инерции | | Как устроен и работает паровоз | | 3. Уравновешивание сил инерции невращающихся тел | ⇒