Устройство для балансировки роторов



Устройство для балансировки роторов
Устройство для балансировки роторов
Устройство для балансировки роторов
Устройство для балансировки роторов

 


Владельцы патента RU 2441211:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пензенская государственная технологическая академия (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения неуравновешенности деталей вращения. Устройство содержит корпус с вмонтированным в него сферическим подшипником, сквозь отверстие которого пропущен наклонный центральный вал, нижний конец которого связан с приводом посредством эксцентричной муфты на основе промежуточного эксцентричного кольца и двухрядного сферического шарикового подшипника, узел базировочных рамок, подвижно закрепленный на этом валу для установки в них балансируемых роторов таким образом, что одна из плоскостей приведения неуравновешенности проходит через центр сферического подшипника, датчики величины и угловой координаты неуравновешенных масс на роторе и многоканальный электронный измерительный блок. При этом в качестве датчиков используются светоизлучающий диод, светопрозрачный экран, очерченный по гипоциклоиде с четырьмя ветвями, два сдвоенных фотодиода, а также введена заслонка в виде узкой прямоугольной пластины, закрепленная на конце центрального вала. Технический результат заключается в возможности определения неуравновешенности роторов, имеющих цапфы с двумя плоскостями ее приведения, повышении точности и производительности балансировки. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения неуравновешенности деталей вращения, имеющих две плоскости приведения неуравновешенных масс и цапфы для установки их в подшипниках.

Известно устройство для балансировки деталей вращения [1], содержащее вертикальный вал, предназначенный для установки на нем балансируемой детали, и привод круговой вибрации балансируемой детали, избыточная масса которой и ее угловая координата определяются по амплитуде и фазе вынужденных угловых колебаний.

Недостатком этого устройства является то, что оно может быть использовано лишь для балансировки деталей, имеющих одну плоскость приведения неуравновешенности. Эти детали типа дисков с посадочными отверстиями для установки их на вал и оправку балансировочного устройства, не имеющих цапфы для установки их в подшипники машины.

Аналогом настоящего изобретения является также станок для балансировки роторов, описанный в [2], взятый за прототип и содержащий вертикальный центральный вал, установленный в сферическом подшипнике. На верхний конец его посредством оправки насаживается балансируемый ротор, имеющий посадочное отверстие, а нижний конец вала посредством второго подшипника соединен с эксцентрикой вала привода, сообщающего центральному валу круговые колебания типа сферической вибрации. Недостатком этого изобретения, как и устройства [1], является невозможность его использования для балансировки роторов, имеющих две цапфы для установки их в подшипники машин, а не посадочные отверстия для насаживания их на ее вал.

Сущность изобретения.

Целями настоящего изобретения являются:

1. достижение возможности балансировки роторов с цапфами с двумя плоскостями приведения неуравновешенных масс;

2. повышение точности и производительности балансировки.

Возможность балансировки роторов с двумя плоскостями приведения неуравновешенных масс и имеющих цапфы для установки их в подшипники подтверждается патентом №2319127 «Способ балансировки роторов» [3] и достигается тем, что устройство содержит центральный наклонный вал, пропущенный сквозь отверстие в сферическом подшипнике и опертый на него, и узел базировочных рамок для установки в них балансируемых роторов, расположенных вокруг центрального наклонного вала и подвижно закрепляемого на этом валу в двух положениях так, что одна из плоскостей приведения неуравновешенных масс проходит через центр сферического подшипника, где круговая амплитуда возбуждаемой сферической вибрации равна нулю, и следовательно, действие этих неуравновешенных масс не проявляется. Вторая же плоскость приведения неуравновешенных масс лежит в плоскости траектории верхней части этого вала и вследствие этого является источником точной информации об их собственной неуравновешенности, получаемой за счет двух движений - сферической вибрации от привода в составе электродвигателя и эксцентричной муфты, связывающей вал электродвигателя с нижним концом наклонного центрального вала, и поперечных угловых колебаний вокруг продольной оси балансируемых роторов от их неуравновешенности только в этой плоскости.

Повышение же производительности балансировки достигается за счет одновременной балансировки двух и более роторов по числу рамок базировочного узла, установленного на центральном наклонном валу, например, с помощью многоканальной измерительной системы в составе датчиков величин неуравновешенных масс, усилителей сигналов этих датчиков, формирователя нулевой угловой координаты неуравновешенных масс и измерителей величины и угловых координат этих масс на основе цифровых или аналоговых приборов.

Сказанное поясняется чертежом 1, на котором изображена конструктивная схема балансировочного устройства в 2 его положениях: 1а - при балансировке в плоскости I-I и 1б - при балансировке в плоскости II-II.

Здесь под позицией 1 изображен корпус устройства, в который вмонтирован сферический подшипник 2, центральный наклонный вал 3, пропущенный в отверстие подшипника 2 и буртиком опертый на него. Нижний конец вала вставлен в отверстие внутреннего кольца двухрядного сферического шарикового подшипника 4, а его наружное кольцо насажено на промежуточное эксцентричное кольцо 5. Само же кольцо 5 установлено в эксцентричное отверстие корпуса муфты 6, названной нами эксцентричной. Поворотом промежуточного эксцентричного кольца можно менять эксцентриситет самой муфты в пределах 3-10 мм и тем самым менять амплитуду круговой вибрации а в тех же пределах, и тем самым изменять чувствительность балансировочного устройства. Благодаря этому при вращении муфты центральный наклонный вал будет совершать вокруг вертикальной оси z коническое вращательное движение с вершиной конической поверхности в точке О, совпадающей с серединой сферического подшипника 2 с углом раствора конуса 2β, угол же наклона центрального вала составит β.

Муфта 6 насажена на вал электродвигателя 7, установленного в корпусе балансировочного устройства. На верхней части центрального вала установлен узел 8 базировочных рамок 9 и 10 по числу одновременно балансируемых роторов 11 и 12, которые своими цапфами устанавливаются в поворотных центрах рамок 13, 14, 15 и 16.

Узел базировочных рамок установлен на центральном валу подвижно таким образом, что одна из плоскостей приведения неуравновешенности (на фиг.1а это плоскость II-II) лежит в плоскости, проходящей через центр сферического подшипника О и зафиксирован в этом положении, например, с помощью шарикового фиксатора 17. Очевидно, что в этой точке и в плоскости, проходящей через эту точку перпендикулярно оси наклонного центрального вала, круговая (сферическая) вибрация отсутствует, поэтому никакой информации о неуравновешенных массах m2 и m2', лежащих в этой плоскости, на датчиках нет.

В плоскости же I-I по фиг.1а в режиме сферической вибрации при наличии избыточных масс m1 и m1' имеют место малые угловые колебания вокруг продольных осей балансируемых роторов, амплитуда и фаза которых однозначно соответствуют величине и угловой координате неуравновешенных масс m1 и m1'. Например, φ1=am1sin(ωt+α1), где а - амплитуда сферической вибрации, ω - круговая частота этой вибрации, α1 - угловая координата массы m1, отсчитываемая от какой-либо нулевой отметки.

Таким образом, при показанном расположении рамок и плоскости II-II не проявляется их влияние и не искажаются результаты балансировки в плоскости I-I.

При балансировке в плоскости II-II узел базировочных рамок опущен и зафиксирован на центральном валу как показано на фиг.1б и при наличии избыточных масс m2 и m2' с угловыми координатами α2 и α2' будут иметь место угловые колебания вида φ2=аm2sin(ωt+α2). Для определения величины неуравновешенной массы применен фотоэлектронный датчик по схеме фиг.2 в составе светоизлучающего диода 21, закрепленного на базировочной рамке 22. На ней же закреплен светопрозрачный экран 23 в виде гипоциклоиды с четырьмя ветвями для пропускания светового потока и два сдвоенных фотодиода 24 и 25. На нижнем конце конического центра 13, насаженного на прецизионный шариковый подшипник 26 посредством рычага 28, закреплена заслонка 27 в виде узкой прямоугольной пластаны, частично перекрывающая световой поток, идущий от светодиода через окно, заслонку и на фотодиоды.

Такое расположение заслонки обеспечивает преобразование малого уровня колебаний от неуравновешенности в линейные перемещения заслонки Δ существенной величины.

Применение формы светопрозрачного экрана в виде гипоциклоиды существенно увеличивает изменение освещенности фотодиодов при угловых колебаниях заслонки по сравнению с прямоугольной формой окна. При этом световой поток на одном фотодиоде увеличивается, а на другом - на столько же уменьшается. Таким же образом изменяются и их фототоки и, наконец, использование двух сдвоенных фотодиодов, включенных дифференциально на прямой и инверсный входы операционного усилителя, дополнительно увеличивает чувствительность фотодатчика вдвое. В итоге увеличение чувствительности фотодатчика становится значительным.

На фиг.3а показана схема включения элементов фотоэлектронного датчика и графики изменения входных и выходных токов и напряжений. Электрические сигналы от фотодатчиков поступают на прямой и инверсный входы операционного усилителя DА1, благодаря чему амплитуда выходного сигнала операционного усилителя будет равна

Uвых=K(U1+U2),

где K - коэффициент усиления усилителя, K=R5/R3;

U1 и U2 - амплитудные значения входных напряжений первого и второго фотодиодов соответственно.

На этой схеме обозначены:

VD1 - светодпод инфракрасного излучения:

VD2, VD3 - сдвоенные фотодиоды;

R1, R2 - внутренние сопротивления фотодиодов;

С1, С2 - конденсаторы, выделяющие переменную составляющую фототоков I1, I2;

R3, R4 - входные сопротивления операционного усилителя;

R5 - сопротивление обратной связи;

- - инвертирующий вход;

+ - неинвертирующий вход;

Uвых - напряжение на выходе операционного усилителя;

±Un - напряжение питания усилителя;

Uвх1, Uвх2 - входные напряжения;

I, I - токи фотодиодов VD2 и VD3.

Определитель угловой координаты избыточной массы построен на основе измерения фазы напряжения датчика величины неуравновешенной массы относительно нулевой фазы «опорного» напряжения, в качестве которого взято напряжение датчика круговой вибрации. Этот датчик также фотоэлектронный и состоит из светодиода 18 (фиг.1в), фотодиода 19, установленных на корпусе балансировочного устройства, и заслонки 20, закрепленной на нижнем конце центрального вала и перекрывающей световой поток от светодиода к фотодиоду в момент, когда в процессе круговой вибрации центральный вал займет одно из крайних положений, например правое, как показано на фиг.1.

Изменение напряжения U0 на выходе фотодатчика опорного сигнала за один период круговой вибрации изображено на фиг.3б.

Для отсчета угловой координаты α неуравновешенной массы m используется нулевая отметка с круговой шкалой, нанесенная на верхнюю часть каждой рамки базировочного узла.

Положение нулевых отметок определяется вертикальной плоскостью, проходящей через продольные оси базировочной рамки, центрального вала и заслонки. Очевидно, что шкала диаметрально противоположной рамки должна быть повернута относительно первой на 180°. Для случаев, когда число рамок больше двух, узел базировочных рамок поворачивается на центральном валу на угол, равный 360/n, где n≥3, и фиксируется в этом положении тем же шариковым фиксатором. Вместо поворота узла базировочных рамок на угол 360/n применяется электрический фазовращатель вида 3б, построенный, например, на основе мостового RC-фильтра в составе дифференциального усилителя опорного сигнала DA2 и элементов R6, R7, R8, R9 и C3, с помощью которого и сдвигается его фаза на этот угол.

Сам же определитель угловой координаты может быть построен по одной из известных схем измерения фазы напряжения относительно фазы опорного напряжения, например, по схеме, описанной в [4].

Работа устройства для балансировки роторов.

Работа устройства состоит в следующем. Балансируемые роторы в количестве двух и более по числу рамок базировочного узла своими цапфпами устанавливаются в конические поворотные центры рамок по схеме фиг.1а, и включается электродвигатель привода, который посредством эксцентричной муфты приводит вал и узел базировочных рамок с установленными в них балансируемыми роторами в сферическое колебательное движение. При таком движении под действием неуравновешенных масс m1 и m1' роторов 11, 12 и других возникают поперечные угловые колебания φ вокруг их продольных осей вида φ=m1sin(ωt+α1), по которым с помощью датчиков и многоканального измерительного блока определяются величины неуравновешенных масс и их угловые координаты, отсчитываемые от нулевых отметок,

Определение неуравновешенных масс m2 и m2' и других осуществляется аналогично по схеме фиг.1б путем перемещения узла базировочных рамок по центральному наклонному валу вниз и зафиксированному в этом положении шариковым фиксатором.

На фиг.4 изображена структурная электрическая схема балансировочного устройства, поясняющая последовательность и взаимодействие его отдельных электрических звеньев.

Здесь:

Р1, P2, P3, …, Pn - балансируемые роторы;

Д1, Д2, Д3, …, Дn - фотодатчики неуравновешенных масс m1, m2, m3, …, mn;

У1-n - многоканальный усилитель сигналов датчиков Д1-n;

В - центральный вал, совершающий сферическую вибрацию с круговой частотой ω;

Дon - датчик опорного напряжения;

Уon - усилитель опорного напряжения;

Ф - фазосдвигающий элемент опорного напряжения:

И1-n - многоканальный цифровой оптоэлектронный индикатор величины и угловых координат неуравновешенных масс.

Перечень схем, чертежей, литература

1. Фиг.1 содержит конструктивную схему балансировочного устройства.

2. Фиг.2 содержит конструктивную схему устройства передачи угловых колебаний ротора от неуравновешенности и фотодатчик для их преобразования.

3. Фиг.3 содержит принципиальную электрическую схему фотодатчика и его подключения к усилителю.

4. Структурная электрическая схема балансировочного устройства.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №396575 «Балансировочное устройство МПК G01m 1/06»; Бюллетень №36 от 29.08.1973 г. УДК 620.1.05, 531.24.

2. Патент Российской Федерации 2105962 МПК G01M 1/38. Бюллетень №6 от 27.02.98.

3. Патент Российской Федерации на изобретение №2319127 «Способ балансировки роторов».

4. Б.Бутеев. Электронный фазометр. Радио, 1990, №5.

1. Устройство для балансировки роторов, содержащее корпус, сферический подшипник, установленный в нем центральный вал, закрепленный на нем узел базировочных рамок для установки в них балансируемых роторов, привод, связанный с валом посредством эксцентричной муфты, датчики величины и угловой координаты неуравновешеных масс на роторе и многоканальный электронный измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью возможности балансировки роторов с цапфами и двумя плоскостями приведения неуравновешенности путем исключения их взаимовлияния, центральный вал установлен на корпусе посредством сферического подшипника наклонно, а узел базировочных рамок с установленными в них балансируемыми роторами закреплен на этом валу подвижно таким образом, что обе плоскости приведения неуравновешенности поочередно оказываются совмещенными с плоскостью, проходящей через центр сферического подшипника, являющегося центром сферической вибрации, перпендикулярно продольной оси центрального вала, а его нижний конец соединен с приводом посредством эксцентричной муфты, при этом в качестве датчиков используются светоизлучающий диод, светопрозрачный экран, два сдвоенных фотодиода, а также введена заслонка, закрепленная на конце центрального вала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для регулирования чувствительности в сторону ее увеличения или уменьшения путем изменения круговой амплитуды сферической вибрации муфта выполнена эксцентричной и содержит двухрядный сферический шариковый подшипник, в отверстие которого вставлен нижний конец центрального наклонного вала, и промежуточное эксцентричное кольцо, установленное также в эксцентричное отверстие в корпусе муфты, поворотом которого обеспечиваются необходимые эксцентриситет муфты и амплитуда сферической вибрации.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для повышения чувствительности и точности измерительной части устройства последнее содержит фотоэлектронные датчики, каждый их которых закреплен на базировочных рамках и снабжен светопрозрачным экраном, очерченным по гипоциклоиде с четырьмя ветвями, а также заслонкой в виде узкой прямоугольной пластины и сдвоенным фотодиодом, подключенным к прямому и инверсному входам многоканального электронного измерительного блока.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью определения угловой координаты путем согласования нулевой фазы сигнала опорного датчика с нулевой отметкой на рамке очередного балансируемого ротора, его выход после усиления подключен ко входу управляемого фазосдвигающего элемента, выполненного, например, на основе RC-фильтра.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности балансировки и равновесия самого устройства, узел базировочных рамок содержит две и более рамки, расположенные вокруг центрального вала, благодаря чему обеспечивается выполнение одновременной балансировки двух и более роторов, например, с помощью многоканальной измерительной системы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам испытаний двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, в частности к способам определения крутящего момента двигателя гусеничного транспортного средства.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к пробежным машинам для испытания канатов на выносливость. .

Изобретение относится к области экспериментальной гидродинамики морского транспорта и касается создания лабораторий для исследований ледовых качеств судов. .

Изобретение относится к технической акустике. .

Изобретение относится к технической акустике. .

Изобретение относится к области эксплуатации и диагностики авиационного газотурбинного двигателя. .

Изобретение относится к технике испытаний газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано для определения их тяговых характеристик Входное устройство для испытаний газотурбинных двигателей в термобарокамере, содержащее входной коллектор, узел лабиринтного уплотнения, присоединенный трубопровод, выполненный из набора патрубков, патрубок входа в двигатель, опоры для крепления входного коллектора к термобарокамере и опоры для крепления присоединенного трубопровода к динамометрической платформе, причем входной коллектор, узел лабиринтного уплотнения, присоединенный трубопровод и патрубок входа в двигатель последовательно соединены между собой герметичными шарнирами, а один патрубок узла лабиринтного уплотнения со стороны входного коллектора закреплен на опорах к термобарокамере, а другой патрубок со стороны двигателя закреплен на опорах к динамометрической платформе.

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при диагностировании двигателей внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при диагностировании двигателей внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к испытательным машинам, а конкретно к каплеударным испытательным установкам. .

Изобретение относится к оптико-электронной измерительной технике и может быть использовано для динамической балансировки несущего винта вертолета

Изобретение относится к космической технике, в частности к способам изготовления телекоммуникационных спутников, в составе которых применяется система терморегулирования (СТР) с двухфазным теплоносителем - например, аммиаком

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматической балансировки вращающихся тел машин и механизмов на ходу

Изобретение относится к оптическому приборостроению, применяется при сборке объективов

Изобретение относится к области офтальмологии, направлено на оценку, расчет и изготовление очковых линз за счет более совершенного учета зрительных характеристик

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД)

Изобретение относится к транспортным или полутранспортным устройствам в части того, что оно передвигается как прицеп-трейлер, а при работе как стенд устанавливается на гидроопоры неподвижно, а также относится к области машиностроения и эксплуатационным ремонтам, в частности к контрольно-измерительным, испытательным, диагностическим, ремонтно-сервисным устройствам для измерения и регулирования углов схождения и развала установки как передних, так и задних колес автомобиля, и проведения комплекса ремонтных, профилактических, диагностических и отладочных работ, приводящих транспортное средство до сертифицированного качества в соответствии с международными стандартами

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к многоканальным мультиспектральным оптико-электронным приборным комплексам с лазерными дальномерами (далее комплексы), и может найти применение при создании всесуточных систем обнаружения, наблюдения и сопровождения объектов

Изобретение относится к технике испытания в эксплуатационных условиях двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением рабочей смеси от сжатия

Изобретение относится к технике испытаний газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано как герметичное компенсирующее устройство стыка между фланцем присоединенного трубопровода и переходным фланцем газотурбинного двигателя при температуре рабочего воздуха, подаваемого на вход ГТД
Наверх