устройство для автоматической балансировки вращающихся тел

Формула изобретения

Устройство для автоматической балансировки вращающихся тел, содержащее установленный в корпусе механизм корректировки и балансировочный узел в виде двух гаек с противовесами, свободно навернутых на резьбовой участок тела с нанесенным на него слоем фиксирующего материала, отличающееся тем, что противовесы закреплены на обращенных наружу друг от друга торцах гаек, боковая цилиндрическая поверхность гаек выполнена с накаткой, а механизм корректировки выполнен в виде четырех охватывающих гайки пластин, расположенных в касательных к боковым цилиндрическим поверхностям гаек плоскостях и образующих по форме квадрат, при этом на внутренние обращенные к гайкам поверхности пластин нанесены слои щетины, элементы (щетинки) которых введены в контакт с боковыми поверхностями гаек и наклонены в одну сторону по обходу квадрата в направлении вращения тела.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для автоматической балансировки вращающихся изделий.

Известны устройства для автоматической балансировки вращающихся тел, содержащие балансировочные элементы, эксцентрично расположенные в перпендикулярной оси вращения плоскости, и установленные в корпусе исполнительные механизмы формирования и приложения к балансировочным элементам корректирующих воздействий /см. а.с. СССР №450981, кл. G 01 М 1/36, 1973 [1]; а.с. СССР №468123, кл. G 01 М 1/38, 1973 [2]/.

Недостатками известных устройств являются низкая точность балансировки, сложность конструкции и ограниченная производительность, что обусловлено в значительной мере сложностью исполнительного механизма.

Известны также устройства для автоматической балансировки вращающихся тел, свободные от исполнительных механизмов, содержащие либо свободно надетые на тело и подпружиненные в осевом направлении кольца с установленными на них балансировочными грузами, имеющими возможность сходиться - расходиться при вращении тела под действием центробежных сил инерции /см. а.с. СССР №632919, кл. G 01 M 1/38, 1978 [3]/ либо кольца с эксцентричными массами, установленные на тела по посадке с зазором при наличии различных коэффициентов трения скольжения на участках внутренних цилиндрических поверхностей колец, и с возможностью поворота вокруг своей оси /см. а.с. СССР №2148806, кл. G 01 М 1/38, F 16 F 15/32, 1998 [4]/.

Недостатками известных устройств являются сравнительная сложность конструкции, процесса балансировки и необходимость применения специальных режимов в каждом конкретном случае из-за опасности как проскакивания оптимального сбалансированного состояния, так и нарушения сбалансированности тела после окончания балансировки в процессе торможения вращения, фиксации противовесов и т.д.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для автоматической балансировки вращающихся тел, содержащее балансировочный узел в виде двух гаек с закрепленными на них противовесами, свободно навернутых на резьбовой участок тела с нанесенным на него слоем фиксирующего материала /см. а.с. СССР №1677646, кл. G 01 R 5/02, 1989 [5]/, принятое за прототип.

Недостатками данного устройства - прототипа являются сравнительно низкая точность и сложность процесса балансировки, необходимость применения специальных режимов в каждом конкретном случае из-за опасности как проскальзывания оптимального сбалансированного состояния, так и нарушения сбалансированности тела после окончания балансировки в процессе торможения вращения, фиксации противовесов и т.п. Указанный факт объясняется самим принципом автоматической балансировки под действием центробежных сил инерции, отсутствием отрицательной обратной связи по возмущению, осуществлением корректирующих воздействий только за счет действия центробежных сил инерции.

Сущность изобретения заключается в создании из-за действия вибрационных возмущений, возникающих при вращении неуравновешенного тела, асимметричного взаимодействия тела с механизмом корректировки и обеспечения за счет такого взаимодействия направленного вращения эксцентричных масс относительно тела, продолжающегося до прекращения действия вибрационных возмущений, то есть до окончания процесса автоматической балансировки вращающегося тела.

Технический результат - увеличение точности балансировки, повышение производительности процесса и расширение функциональных возможностей устройства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для автоматической балансировки вращающегося тела, содержащем установленный в корпусе механизм корректировки и балансировочный узел в виде двух гаек с противовесами, свободно навернутых на резьбовой участок тела с нанесенным на него слоем фиксирующего материала, особенность заключается в том, что противовесы закреплены на обращенных наружу друг от друга торцах гаек, боковая цилиндрическая поверхность гаек выполнена с накаткой, а механизм корректировки выполнен в виде четырех охватывающих гайки пластин, расположенных в касательных к боковым цилиндрическим поверхностям гаек плоскостях и образующих по форме квадрат, при этом на внутренние, обращенные к гайкам поверхности пластин нанесены слои щетины, элементы /щетинки/ которых введены в контакт с боковыми поверхностями гаек и наклонены в одну сторону по обходу квадрата в направлении вращения тела.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид; на. фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Устройство для автоматической балансировки вращающихся тел типа ротора 1 содержит установленный в корпусе 2 механизм корректировки и балансировочный узел в виде двух гаек 3, 4 с противовесами 5, 6, свободно навернутых на резьбовой участок 7 тела 1 с нанесенным на резьбовой участок 7 слоем фиксирующего материала /на чертеже не показан/, при этом противовесы 5, 6 закреплены на обращенных наружу друг от друга торцах гаек 3, 4, боковая цилиндрическая поверхность гаек 3, 4 выполнена с накаткой, а механизм корректировки положения гаек 3, 4 с противовесами 5, 6 выполнен в виде четырех охватывающих гайки 3, 4 пластин 8, 9, 10, 11, расположенных в касательных к боковым цилиндрическим поверхностям гаек 3, 4 плоскостях и образующих по форме квадрат, причем, на внутренние, обращенные к гайкам 3, 4 поверхности пластин 8-11 нанесены слои 12, 13, 14, 15 щетины, элементы /щетинки/ которых введены в контакт с боковыми поверхностями гаек 3, 4 и наклонены в одну сторону по обходу квадрата в направлении вращения тела 1. Накатка на гайках 3, 4 выполнена параллельно образующим боковых цилиндрических поверхностей гаек. В качестве фиксирующего материала на резьбовом участке 7 тела 1 использована медленно твердеющая контровочная смесь, в частности грунтовка ОКА - 070. Материал наносится на участок 7 в жидком состоянии, после застывания надежно фиксирует гайки 3, 4 на теле 1, причем, в случае необходимости допускает возможность снятия гаек 3, 4 и проведения повторной балансировки. Пластины 8-11 жестко закреплены в корпусе 2, при этом в процессе регулировки устройства возможны малые смещения пластин 8-11 к телу 1 или наоборот от тела 1 в радиальном направлении с целью обеспечения надежного контакта щетины 12-15 с боковыми поверхностями гаек 3, 4. Устройство также позволяет проводить балансировку тел различных диаметров, вследствие чего предусмотрена возможность значительных исходных смещений пластин 8-11 с фиксацией в заданном положении. На чертежах не показаны специальные приспособления в корпусе 2 для указанных смещений пластин 8-11, так как конструкции этих приспособлений широко известны /в случае необходимости заявитель может предоставить дополнительные материалы/. Слои 12-15 выполнены из обычной щетины, применяемой для одежных щеток. Однако, при необходимости создания более значительных вращающих моментов, действующих на гайки 3, 4 в процессе балансировки /при балансировке массивных конструкций и т.п./, щетки 12-15 могут быть выполнены из упругой стальной проволоки. При этом закрепление щетинок на пластинках с заданным утлом наклона не вызывает никаких дополнительных технологических проблем.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

До начала процесса балансировки на резьбовой участок 7 тела 1 наносится в жидком состоянии фиксирующий материал. При полной уравновешенности вращающегося тела 1, то есть равенстве вектора поперечного эксцентрисетета нулю /совпадении центра масс с осью вращения тела/, вращение тела /направление вращения показано стрелками на фиг. 1 и фиг. 2/ не сопровождается колебаниями тела в поперечных направлениях. Очевидно, что при таком вращении боковые поверхности гаек 5, 4 двигаются по контактирующим с ними наклонным щетинкам 12-15 в направлении "по шерсти", испытывая при этом минимальное сопротивление вращению. Подбором определенной величины трения в резьбе 7 гаек 3, 4, а также жесткости щеток 12-15 легко добиться, чтобы при таком вращении гайки 3, 4 относительно вращающегося тела оставались в покое. При наличии неуравновешенности тела 1, то есть проекций вектора эксцентриситета на ортогональные поперечные оси вращения тела 1 будет сопровождаться его поперечными колебаниями в направлении данных осей. Очевидно, что при таких колебаниях в любом направлении одна из сторон боковых поверхностей гаек 3, 4 движется "против шерсти", что естественно вызовет поворот гаек 3, 4 вместе с расположенными на них противовесами 5, 6 относительно вращающегося тела 1. Как известно, любая динамическая система стремится войти в динамическое состояние, соответствующее минимуму кинетической энергии и максимальной симметрии относительно своей оси вращения /продольной оси/. Поэтому, согласно принципу динамической самобалансировки гайки 3, 4 будут автоматически поворачиваться за счет действия сил со стороны щеток 12-15 до полной блансировки вращающегося тела в перпендикулярной оси вращения плоскости. Поворота двух гаек 3, 4, сопровождающегося смещением двух противовесов 5, 6 по взаимно ортогональным осям, вполне достаточно для того, чтобы "загнать" вектор поперечного эксцентриситета вращающегося тела 1 в ноль, то есть совместить центр масс тела в поперечной плоскости с продольной осью вращения тела При достижении баланса поперечные колебания тела автоматически прекращаются, гайки 3, 4 при взаимодействии со щетками 12-15 в направлении "по шерсти" не смещаются и остаются в конечном положении, соответствующем сбалансированному состоянию тела. После этого вращение тела 1 останавливают и производят выдержку до затвердевания фиксирующего материала.

Очевидно, что предлагаемое устройство имеет по сравнению с известными и в частности с устройством - прототипом [5] целый ряд существенных достоинств. Главное здесь в изменении самого принципа, а именно - смещение элементов балансировочного узла /гаек 3, 4 с противовесами 5, 6/ происходит не за счет действия центробежных сил инерции /как раздвижение - сдвиг усов в устройстве - прототипе [5]/, а за счет внешних корректирующих воздействий /трения щеток/, однако появление - прекращение этого воздействия, а также его интенсивность полностью определяются степенью сбалансированности вращающегося тела. Если в устройстве [5] в любой момент времени /даже при полном балансе/ усы и соответственно подвижная часть находятся под действием центробежных сил инерции, за счет чего в принципе возможно проскакивание сбалансированного состояния, то в предлагаемом устройстве при заданном подборе конструктивно-технологических параметров: трения в резьбе, жесткости щеток, накатки на гайках 3, 4, глубины контакта щеток с поверхностями гаек, скорости вращения и т.д., при сбалансированном состоянии тела на положение гаек механизм корректировки абсолютно не влияет. В известном устройстве [5] после достижения баланса необходимо продолжать вращение до полного затвердевания фиксирующего материала. В противном случае при изменении режима вращения до затвердевания материала, случайные воздействиях и т.п. возможно смещение балансировочных элементов с нарушением сбалансированности. В данном устройстве после достижения баланса балансировочный узел абсолютно не зависит от характера действий: можно остановить вращение, можно "забыть" остановить вращение и продолжать его в любом режиме и т.п. Подбором указанных выше конструктивно-технологических параметров можно осуществить балансировку с заранее заданной степенью точности. Устройство предельно универсально, так как по принципу своей работы абсолютно не зависит от принципа работы балансируемого тела, его габаритов и конфигурации, динамических характеристик, параметров вращения и т.д. Места установки на вращающееся тело балансировочного узла с двумя гайками можно найти очень легко практически в любой конструкции /в отличие от усов в устройстве-прототипе [5]/. Нет никаких проблем для выделения на теле небольшого участка с резьбой, необходимого для размещения двух гаек. Предлагаемое устройство характеризуется предельной простотой и не требует применения никаких специальных режимов балансировки.