Способ уравновешивания подвижных элементов машин

 

Изобретение относится к способам уравновешивания подвижных элементов машин. По способу в качестве дополнительного механизма используют дифференциальный механизм, одну степень которого используют для вращения уравновешиваемого элемента, а другую - для регулирования скорости его вращения, при этом определяют отклонение частоты вращения уравновешиваемого элемента от его средней скорости установившегося движения, а сигнал рассогласования используют для регулирования скорости вращения уравновешиваемого элемента. 1 ил.

Изобретение относится к способам уравновешивания подвижных элементов машин и может быть использовано в различных машинах с целью повышения эффективности уравновешивания для снижения вибрации и улучшения условий труда.

Известны способы уравновешивания (Щепетильников В. А. Уравновешивание механизмов. М. : Машиностроение, 1982, 256 с. ), которые отличаются друг от друга методом установки корректирующих масс. Корректирующие массы могут быть установлены на звеньях самого уравновешиваемого механизма, на подвижных звеньях дополнительной кинематической цепи, вводимой в машину, и на неподвижном звене машины.

Уравновешивание известными способами ведет к увеличению габаритов машин, их массы и осуществляется без учета закона движения подвижного звена (элемента) исполнительного механизма машины, что снижает эффективность их уравновешивания.

Известен способ уравновешивания механизмов, которому главную корректирующую массу устанавливают на неподвижном звене, кинематически связывают ее с дополнительным элементом и вращают вокруг выбранного центра установки на неизменном расстоянии синхронно и в противофазе с подвижным звеном механизма, а в качестве дополнительного элемента используют шарнирный параллелограмм, и уравновешивают постоянную составляющую главного вектора и первую гармонику главного момента неуравновешенных сил инерции.

Однако в виду того, что главный вектор сил инерции является переменным как по величине, так и по направлению и вращается с переменной угловой скоростью, а главный момент представляется в виде суммы составляющих его гармоник, нет соответствия при уравновешивании с неравномерностью вращения подвижного уравновешиваемого элемента, вращающегося с непостоянной угловой скоростью, то есть не учитывается закон движения подвижного звена механизма. Следует отметить также, что и постоянная составляющая главного вектора и первая гармоника главного момента неуравновешенных сил инерции уравновешиваются указанным способом не полностью, так как главную корректирующую массу вращают по окружности, а центр масс механизма, как известно, чаще всего движется по траектории, отличной от окружности. Кроме того, для привода корректирующей массы требуется дополнительный шарнирный четырехзвенный механизм (параллелограмм), в результате увеличиваются общая масса машины и затраты на точность при сборке и при изготовлении звеньев и их соединений, причем при движении дополнительного шатуна возникают неуравновешенные сила и момент силы инерции, а при движении дополнительных кривошипа и звена, несущего корректирующую массу, - неуравновешенный момент силы инерции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ уравновешивания сил инерции подвижных элементов машин, заключающийся в том, что уравновешиваемый элемент машины соединяют с аккумулирующим телом и приводят их во вращение, а в качестве аккумулирующего тела используют механизм с изменяемым радиусом центра масс, например центробежный регулятор.

Недостатком данного способа является то, что уравновешивание осуществляется дополнительными вращающимися массами, которые увеличивают приведенный момент инерции машины и ее общую массу, а тем самым увеличивают динамические нагрузки как при работе машины в установившемся режиме, так и при разгоне и торможении. Изменяющийся приведенный момент инерции машины не может обеспечить хотя бы среднюю (постоянную) угловую скорость подвижного (уравновешиваемого) элемента машины, возникает дополнительный неуравновешенный динамический момент сил инерции, снижается эффективность уравновешивания, точностная и прочностная долговечность машины, растут затраты на точность изготовления звеньев аккумулирующего механизма, их соединений и сборки, при уравновешивании не учитывается закон движения подвижного звена машины.

Целью изобретения является повышение эффективности уравновешивания.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве дополнительного механизма используют дифференциальный механизм с двумя выходными звеньями, первое выходное звено которого соединяют с уравновешиваемым подвижным элементом и вращают его, регистрируют отклонение скорости вращения уравновешиваемого подвижного элемента от его средней скорости вращения установившегося движения и с его учетом через второе выходное звено передают дополнительное вращение уравновешиваемому подвижному элементу.

На чертеже представлена принципиальная схема, поясняющая способ уравновешивания подвижных элементов машин.

Электродвигатель 1 соединен с входным звеном дополнительного (дифференциального) механизма 2, первое выходное звено которого соединено с уравновешиваемым подвижным элементом 3 машины, ось вращения которого посредством шестерен 4 и 5 связана со статором 5 тахогенератора, а ротор 7 тахогенератора связан с электродвигателем 8. Электрический сигнал снимается токосъемником 9 при неравенстве частот вращения ротора 7 и статора 6 и через преобразователь 10 поступает на усилитель 11, а с него поступает на шаговый двигатель 12, вал которого соединен с червяком (на схеме не показан), входящим в зацепление с червячным колесом 13, которое зафиксировано (соединено) на втором выходном звене дифференциального механизма 2.

Способ уравновешивания подвижных элементов машин осуществляется (работает) следующим образом. При уравновешивании уравновешиваемого подвижного элемента 3 машины вращают ротор 7 тахогенератора в одном направлении со скоростью статора и с одинаковой частотой, равной средней частоте вращения уравновешиваемого подвижного элемента машины. При изменении скорости вращения статора 6, то есть при отклонении частоты вращения уравновешиваемого подвижного элемента машины от его средней скорости установившегося движения, вызванным неуравновешенными силами инерции, обеспечивается относительный поворот статора 6 и ротора 7, при этом возникает электрический сигнал, пропорциональный разности угловых скоростей статора и ротора, который поступает с токосъемника 9 в преобразователь 10, усилитель 11 и шаговый двигатель 12, который вращает через червяк (закрепленный на валу двигателя 12) червячное колесо 13, вращение которого доворачивает уравновешиваемый подвижный элемент, то есть регулирует скорость вращения уравновешиваемого подвижного элемента, приближая (выравнивая) ее к средней скорости установившегося движения. Таким образом осуществляется уравновешивание сил инерции подвижных элементов машин, так как угловое ускорение подвижного (в данном случае вращающегося) элемента, а вернее динамический момент, его вызывающий, стремится к нулю.

По предлагаемому способу уравновешивания отсутствует (не используется) дополнительная (одна или несколько) корректирующая масса, которую обычно устанавливают на неподвижном звене, на звеньях самого уравновешиваемого механизма или на звеньях дополнительной кинематической цепи, вводимой в состав машины (уравновешиваемого механизма), что не ведет к увеличению общей массы машины (механизма) и не вызывает дополнительных нагрузок на звенья и кинематические пары как в процессе установившегося движения, так и в процессе разгона и торможения.

Поскольку нет дополнительной корректирующей массы, нет необходимости в дополнительных соединениях, а это исключает влияние погрешностей изготовления звеньев и их сборки. По предлагаемому способу уравновешивания используют электрические явления, а не дополнительные корректирующие массы, что делает предлагаемый способ уравновешивания безинерционным.

В схему по предлагаемому способу уравновешивания включены токосъемник, преобразователь и усилитель, что позволяет реализовать автоматическое управление уравновешиванием подвижных элементов машин. (56) Авторское свидетельство СССР N 523213, кл. F 16 F 15/22, 1976.

Формула изобретения

СПОСОБ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МАШИН , заключающийся в том, что уpавновешиваемый подвижный элемент соединяют с дополнительным механизмом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности уpавновешивания, в качестве дополнительного механизма используют диффеpенциальный механизм с двумя выходными звеньями, пеpвое выходное звено котоpого соединяют с уpавновешиваемым подвижным элементом и вpащают его, pегистpиpуют отклонение скоpости вpащения уpавновешиваемого подвижного элемента от его сpедней скоpости вpащения установившегося движения и с его учетом чеpез втоpое выходное звено пеpедают дополнительное вpащение уpавновешиваемому подвижному элементу.

РИСУНКИ

Рисунок 1