Устройство для автоматической балансировки вращающихся тел

 

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для автоматической балансировки вращающихся изделий в процессе их работы. Устройство содержит втулку, закрепленную на валу балансируемого тела, и два кольца с эксцентричными массами, установленные по посадке с зазором на внешней поверхности втулки с возможностью поворота вокруг своей оси, при этом одна из диаметральных половин внутренней цилиндрической поверхности каждого кольца выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины кольца, а эксцентричная масса установлена на внешней поверхности каждого кольца в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения. В результате увеличивается точность балансировки, упрощается конструкция устройства и повышается производительность процесса. 3 ил.

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для автоматической балансировки вращающихся изделий в процессе их работы.

Известны устройства для автоматической балансировки вращающихся тел, содержащие корпус и механизмы корректировки, выполненные либо в виде кольца с эксцентричными массами и механизмами их поворота в виде фрикционной передачи и серводвигателя, установленных на валу балансируемого ротора /см. патент ФРГ N 20252944, кл. G 01 M 1/36, 1977/, либо в виде двух электродвигателей, размещенных в корпусе, жестко соединенном с ротором, на валу которых с эксцентрисететом в плоскости, перпендикулярной оси вращения, установлены балансировочные грузы /см. а.с. СССР N 450981, кл. G 01 M 1/38, 1973/.

Недостатками известных устройств являются низкая точность балансировки, сложность конструкции и ограниченная производительность, что обусловлено сложностью механизма корректировки масс, наличием значительного количества вращающихся вместе с телом вращения деталей.

Известны также устройства для автоматической балансировки вращающихся тел, 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 N 632919, кл. G 01 M 1/38, 1978/, либо свободно навернутые на резьбовой участок тела гайки с закрепленными на них противовесами /см. а.с. СССР N 1677646, кл. G 01 R 5/02, 1991/.

Недостатком известных устройств является низкая точность балансировки, что обусловлено отсутствием в устройствах, согласно самому принципу автоматической балансировки под действием центробежных сил инерции, отрицательной обратной связи по возмущению, независимости существования данных сил от наличия и величины дебаланса и, как следствие, возможностью нарушения сбалансированности тела после окончания балансировки в процессе торможения вращения, фиксации противовесов и т.п.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для автоматической балансировки вращающихся тел, включающее втулку, закрепленную на валу балансируемого тела, и два кольца с эксцентричными массами, установленные по посадке с зазором на внешней поверхности втулки с возможностью поворота вокруг своей оси /см. а. а. СССР N 468123, кл. G 01 M 1/38, 1973/, и принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся низкая точность балансировки, сложность конструкции и ограниченная производительность, что обусловлено сложностью исполнительного механизма, содержащего электромагниты, схему формирования корректирующих воздействий, элементы кинематической связи магнитных колец, роликов и поясков.

Сущность изобретения заключается в создании из-за действия вибрационных возмущений, возникающих при вращении неуравновешенного тела, 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, упрощение конструкции устройства и повышение производительности процесса.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве для автоматической балансировки вращающихся тел, содержащем втулку, закрепленную на валу балансируемого тела, и два кольца с эксцентричными массами, установленные по посадке с зазором на внешней поверхности втулки с возможностью поворота вокруг своей оси, особенность заключается в том, что одна из диаметральных половин внутренней цилиндрической поверхности каждого кольца выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины поверхности кольца, а эксцентричная масса установлена на внешней поверхности каждого кольца в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - разрез по А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема для иллюстрации процесса балансировки.

Устройство для автоматической балансировки вращающихся тел содержит втулку 1, закрепленную на валу 2 балансируемого тела, два кольца 3, 4, установленные по посадке с зазором на внешней поверхности втулки 1 с возможностью поворота вокруг своей оси, причем одна из диаметральных половин 5, 6 внутренней цилиндрической поверхности каждого кольца 3, 4 выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины поверхности кольца, эксцентричные массы 7, 8, укрепленные с помощью винтов 9, 10 на внешней поверхности каждого кольца 3, 4 в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения. Смещения колец 3, 4 в осевом направлении ограничены крышками 11, 12, установленными без поджатия к кольцам 3, 4 на резьбовых участках втулки 1 и зафиксированными на втулке 1 винтами 13, 14.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Пусть за счет неуравновешенности на балансируемое тело 2 при его вращении подействовала вибрация по линии силы /фиг. 2/. В первый полупериод вибрации вал 2 действует на кольцо 3 с силой за счет наличия справа от линии действия силы на кольце 3 дебалансной массы 7 кольцо 3 поворачивается относительно вала 2 по часовой стрелке на угол ϕ₁, при этом увеличению угла ϕ₁ препятствует сила трения скольжения, возникающая при взаимодействии внутренней поверхности кольца 3 и наружной поверхности втулки 1. Так как это взаимодействие происходит на участке 5 поверхности со значительным коэффициентом трения скольжения, то сила трения велика и соответственно угол ϕ₁ мал. Во второй полупериод вибраций действие силы вызывает поворот кольца 3 на угол против часовой стрелки, взаимодействие втулки 1 и кольца 3 происходит по участку со значительно меньшим коэффициентом трения, и очевидно, что угол Нетрудно проследить, что при действии вибрации в любом другом направлении угловое смещение кольца 3 В результате за период действия вибрации произойдет поворот кольца 3 против часовой стрелки относительно балансируемого тела 2. Для исключения разнонаправленного смещения кольца 3 в полупериоды действия вибрации соотношение между величиной эксцентричной массы 7 и коэффициентом трения на участке 5 кольца 3 подбирается таким, чтобы в первый полупериод момент инерционных сил неуравновешенного кольца 3 не был достаточен для преодоления момента сил трения скольжения, а во второй полупериод обеспечивал кольцу 3 стабильный односторонний поворот. При этом подбором конструктивно-технологических параметров конструкции легко обеспечить непрерывное плавное вращение кольца 3 в одну сторону с заданной угловой скоростью. При этом все вышесказанное относится и к кольцу 4 с эксцентричной массой 8. На кольце 4 по сравнению с кольцом 3 участок 6 со значительным коэффициентом трения скольжения выполнен на противоположной участку 5 диаметральной половине /фиг. 3/, поэтому и непрерывное вращение кольца 4 относительно вала 2 при вибрации будет происходить по часовой стрелке.

Теперь, объяснив природу однонаправленного вращения колец 3, 4 относительно балансируемого тела 2 при его вибрации, проиллюстрируем с помощью схемы на фиг. 3 процесс автоматической балансировки тела 2. Пусть, например, в начальный момент времени центр масс балансируемого тела 2 в поперечной плоскости находится в точке M и удален от оси вращения на величину вектора поперечного эксцентриситета Кольца 3 и 4 установлены так, что эксцентричные массы 7, 8 на них находятся в наивысшем положении на вертикали /как масса 7 на фиг. 2/. При вращении балансируемого тела 2 за счет возникающей вибрации кольца 7, 8, как было показано выше, поворачиваются соответственно против и по часовой стрелке. При этом эксцентричные массы 7, 8 будут расходиться относительно линии MK, проходящей вдоль вектора Как известно, любая динамическая система стремится по возможности сохранить свое динамическое состояние, соответствующее минимуму кинетической энергии и максимальной симметрии относительно оси вращения. При этом массы 7, 8 будут автоматически раздвигаться до тех пор, пока не установятся симметрично линии МК. Одновременно, оставаясь симметричными линии MK, массы 7, 8 будут образовывать между собой больший или меньший угол раствора в зависимости от величины эксцентриситета Чем больше величина эксцентриситета тем меньше угол между массами 7, 8 и соответственно сильнее их компенсирующее воздействие вдоль линии MK. При таком смещении колец 3, 4 и соответственно масс 7, 8 будет автоматически происходить балансировка вращающегося тела в любой из плоскостей, перпендикулярной оси вращения. После установки колец 3, 4 в положение, соответствующее балансу тела 2, вибрация тела 2 при вращении, а следовательно, и поворот колец 3, 4 автоматически прекращаются. С помощью крышек 11, 12 кольца 3, 4 без поджатия ограничиваются по перемещению в осевом направлении, после чего крышки 11, 12 фиксируются винтами 13, 14 на резьбовых участках втулки 1.

Очевидно, что предложенное устройство обладает предельной простотой конструкции, позволяет полностью исключить исполнительные механизмы для преобразования вибрации в компенсационное перемещение эксцентричных масс, что обусловлено новизной самого принципа действия предлагаемого устройства. Указанный факт позволяет повысить точность балансировки, производительность процесса балансировки, предельно расширить функциональные возможности устройства.

Формула изобретения

Устройство для автоматической балансировки вращающихся тел, содержащее втулку, закрепленную на валу балансируемого тела, и два кольца с эксцентричными массами, установленные по посадке с зазором на внешней поверхности втулки с возможностью поворота вокруг своей оси, отличающееся тем, что одна из диаметральных половин внутренней цилиндрической поверхности каждого кольца выполнена со значительным коэффициентом трения скольжения, превышающим коэффициент трения скольжения другой половины поверхности кольца, а эксцентричная масса установлена на внешней поверхности каждого кольца в области границы раздела поверхностей с различными коэффициентами трения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3