Устройство для автоматической балансировки тел вращения



Устройство для автоматической балансировки тел вращения
Устройство для автоматической балансировки тел вращения
Устройство для автоматической балансировки тел вращения

 


Владельцы патента RU 2498253:

Копылов Геннадий Алексеевич (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для балансировки вращающихся тел. В состав устройства входят станок для закрепления и вращения детали, два технологических лазера, лучи от которых, при их включении, падают на торцевые поверхности вращающегося тела и испаряют материал в точке падения, два пьезодатчика, установленные в нижних точках обеих опор при закреплении тела вращения на станке, которые вырабатывают электрический сигнал, в зависимости от величины силы, действующей на них, два усилителя электрического напряжения, усиливающие электрические сигналы с пьезодатчиков, каждый со своего, и компьютер, в котором установлен драйвер, управляющий лазерами. В процессе балансировки, в случае если электрические сигналы с пьезодатчиков отличаются друг от друга по величине, то сначала осуществляется динамическая балансировка многократным кратковременным включением одного лазера со стороны большего по величине сигнала до тех пор, пока сигналы не уравняются. Затем осуществляется статическая балансировка многократным и кратковременным, на время, посередине максимума сигнала, например на 0,1 времени одного оборота, в зависимости от скорости вращения балансируемого тела, включением обоих лазеров, до момента, когда исчезнут сигналы от пьезодатчиков, вызванные разбалансировкой тела вращения. Также предварительно определяется заранее поправка, обусловленная силой тяжести, действующей на пьезодатчики, и учитывающаяся в компьютере при выдаче управляющих команд на лазеры. Технический результат заключается в возможности осуществления автоматической как статической, так и автоматической балансировки тел вращения, при сокращении времени балансировки и повышении точности балансировки. 3 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для балансировки вращающихся тел.

Известно устройство для статической балансировки [1], которое представляет из себя две заостренные поверхности, закрепленные на желобообразном корпусе параллельно друг другу. Балансируемую деталь помещают на заостренные поверхности, слегка подталкивают и дают ей возможность свободно остановиться. Ее более тяжелая часть, после остановки, всегда займет нижнее положение. После этого или убирают материал детали с более тяжелой стороны, или же добавляют с противоположной ей стороны.

Недостатком этого устройства является то, что при его применении используется ручная балансировка, которая занимает много времени и обеспечивает плохую точность.

Наиболее близким техническим решением является станок [1], на который устанавливают деталь на упругие опоры и присоединяют к приводу. Частоту вращения доводят до значения, чтобы система вошла в резонанс.

Недостатком этого устройства является то, что уравновешивание масс детали проводят вручную, удаляя часть материала, где его больше, или добавляя его с противоположной стороны. Этот процесс требует много времени, и точность его невысокая.

Технической задачей изобретения является разработка устройства, обеспечивающего автоматическую как статическую, так и динамическую балансировки тел вращения.

Технический результат изобретения достигается тем, что что в состав устройства входят два технологических лазера, лучи от которых, при их включении, падают на торцевые поверхности вращающегося тела и испаряют материал в точке падения, уменьшая тем самым его массу; два пьезодатчика, установленные в нижних точках обеих опор при закреплении тела вращения на станке, которые вырабатывают электрический сигнал, в частности электрическое напряжение, в зависимости от величины силы, действующей на них; два усилителя электрического напряжения, усиливающие электрические сигналы с пьезодатчиков, каждый со своего; компьютер, в котором установлен драйвер, управляющий лазерами; причем, если электрические сигналы с пьезодатчиков отличаются друг от друга по величине, то сначала осуществляется динамическая балансировка многократным кратковременным включением одного лазера со стороны большего, по величине, сигнала до тех пор, пока сигналы не уравняются, после чего осуществляется статическая балансировка многократным и кратковременным, на время, посредине максимума сигнала, например на 0,1 времени одного оборота, в зависимости от скорости вращения балансируемого тела, включением обеих лазеров, до момента, когда исчезнут сигналы от пьезодатчиков, вызванные разбалансировкой тела вращения, причем сигналы с пьезодатчиков, обусловленные силой тяжести тела вращения, определяются заранее в невращающемся его положении и учитываются при выработке команд на лазеры компьютером.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, являются:

1. Наличие двух технологических лазеров.

2. Наличие компьютера с драйвером.

3. Наличие пьезодатчиков в нижних точках каждой опоры.

4. Связи между составными элементами.

Использование новых признаков, в совокупности с известными, и новых связей между ними обеспечивает достижение технического результата изобретения, а именно: создание автоматического устройства для балансировки тел вращения с достаточной точностью.

На фиг.1 схематично представлено балансируемое тело вращения на опорах и расположение центра масс. На фиг.2 показано появление сигнала с пьезодатчиков при вращении балансируемого тела. На фиг.3 приведена блок

-схема составляющих устройство элементов.

Балансируемое тело 1 (фиг.1, вид «а») установлено на двух опорах, в которых действуют силы P и G, направленные вниз (на каждой опоре действует половина этих сил). Сила G есть сила тяжести тела вращения, которая прикладывается в центре масс балансируемого тела. Сила P и P1 вызываются разбалансировкой тела 1. Сила P определяется массой тела 1, расположенной ниже оси «О» тела вращения, а сила P1 - массой тела выше этой оси. Пьезодатчики 2 (фиг.1, вид «б») установлены в нижних точках каждой опоры. При действии на них сил, согласно пьезоэффекту, они вырабатывают электрический сигнал, в частности электрическое напряжение. На каждом из них появляется напряжение U1 и U2 , значения которых определяются величинами сил: чем больше сила, тем выше значение напряжения. Радиус балансируемого тела равен R, а скорость вращения - ω. Центр масс смещен относительно оси вращения на величину «С». На виде «б», фиг.1 показана динамическая разбалансировка, когда центр масс тела 1 находится левее (по чертежу) плоскости симметрии, в которой располагается ось «У», на величину «В». Следствием этого является то, что напряжение с левого пьезодатчика U1 больше, чем с правого U2 . Лазеры 4, если осуществляется статическая балансировка, убирают материал с обеих сторон вращающегося тела 1 в месте его избытка, перемещая центр масс к оси вращения снизу вверх в последовательности: ц.м. 1, ц.м. 2, ц.м. 3 и т.д.

На фиг.2 показана динамическая балансировка, обеспечиваемая левым лазером 4, когда центр масс перемещается к плоскости симметрии по оси «Х»: ц.м. 1, ц.м. 2, ц.м. 3 и т.д. При разбалансировке максимальные значения сил, действующих на опоры и вызывающих появление максимальных значений напряжений Uмакс , происходят через время Т/4, где Т - время одного оборота те л а 1. Периодичность максимумов Uмакс Тпер. составляет время одного оборота Т. Когда лазерами убирается материал балансируемого тела, то напряжение Uмакс уменьшается. На фиг.3 представлен состав предлагаемого устройства, куда входят: балансируемое вращающееся тело 1, пьезодатчики 2, усилители электрического напряжения 3, лазеры 4, компьютер, который имеет драйвере.

Устройство для автоматической балансировки тел вращения работает следующим образом.

Устанавливается на станок балансируемое тело 1, закрепляется, соединяется с приводом, проводятся все подготовительные работы, в том числе соединение элементов друг с другом, с источником питания и т.д. Затем определяется напряжение U, которое появляется с пьезодатчиков от воздействия силы тяжести тела 1 и которое компьютером будет в дальнейшем вычитаться. После этого включается привод, и тело 1 начинает вращаться со скоростьюω. Если имеется разбалансировка, то появятся напряжения U1 и U2 которые могут быть одинаковыми (нет динамической разбалансировки) или разными (есть динамическая разбалансировка). Если эти напряжения отсутствуют, то значит тело 1 сбалансировано. Если существуют динамическая и статическая разбалансировки, то первоначально осуществляется динамическая балансировка (хотя может сначала выполняться и статическая балансировка). Компьютер 5 с драйвером выдает команду лазеру, со стороны которого поступил более сильный сигнал с пьезодатчика. Лазер включается на короткие промежутки времени на каждом обороте тела 1, например на 0,1 периода вращения. В каком месте вращающегося тела будет включен лазер, значения не имеет. Убирая малыми порциями материал тела 1, лазер постепенно центр масс перемещает в плоскость симметрии. Когда сигналы U1 и U2 станут одинаковыми, компьютер выдаст команду работавшему лазеру на его выключение. После этого начнет осуществляться статическая балансировка. Компьютер будет выдавать команду на включение обеих лазеров кратковременно и одновременно в моменты прохождения телом 1 точек падения лучей лазера местами с избыточной массой. Это будет происходить в момент Тл. (см. фиг.2), учитывая инерционность работы лазера. Точки падения лучей лазеров находятся на вертикальной прямой между осью вращения тела 1 и пьезодатчиками. Период появления Uмакс. будет постоянным для данной скорости вращения тела 1. Однако величина Uмакс. с каждым включением лазеров будет уменьшаться, так как будет удаляться материал с балансируемого тела. Лазеры будут включаться в работу до тех пор, пока напряжения U1 и U2 не станут равными нулю. Этот момент считается окончанием балансировки.

Использование заявляемого изобретения позволяет резко сократить время на проведение балансировки вращающихся тел, повышает точность балансировки, что увеличивает срок эксплуатации этих тел, улучшает условия работы при балансировке, так как этот процесс происходит в автоматическом режиме.

Источники информации

1. Гельберг Б.Т., Пекелис Г.Д. Ремонт промышленного оборудования. - М.: Высшая школа, 1977. - С.147-149.

Устройство для автоматической балансировки тел вращения, включающее станок для закрепления и вращения детали с определенной регулируемой скоростью, отличающееся тем, что в состав устройства входят два технологических лазера, лучи от которых, при их включении, падают на торцевые поверхности вращающегося тела и испаряют материал в точке падения, уменьшая тем самым его массу; два пьезодатчика, установленные в нижних точках обеих опор при закреплении тела вращения на станке, которые вырабатывают электрический сигнал, в частности электрическое напряжение, в зависимости от силы, действующей на них; два усилителя напряжения, усиливающие электрические сигналы с пьезодатчиков, каждый со своего; компьютер, в составе которого имеется драйвер, управляющий лазерами, причем, если электрические сигналы с пьезодатчиков отличаются друг от друга по величине, то осуществляется динамическая балансировка многократным кратковременным включением одного лазера со стороны большего по величине сигнала до тех пор, пока эти сигналы не станут равными, после чего осуществляется статическая балансировка многократным и кратковременным, на время, посередине максимума сигнала, например на 0,1 времени одного оборота, в зависимости от скорости вращения балансируемого тела, включением обоих лазеров, до момента, когда исчезнут сигналы от пьезодатчиков, вызванные разбалансировкой тела вращения, причем сигналы с пьезодатчиков, обусловленные силой тяжести тела вращения, определяются заранее в невращательном его положении и учитываются при выработке команд на лазеры компьютером.



 

Похожие патенты:

Способ анализа колеса транспортного средства включает шину заранее определенной конфигурации и тиксотропное балансировочное вещество. Способ включает вращение колеса транспортного средства с заранее определенным количеством оборотов за некоторый период времени.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам и устройствам проверки качества герметизации транспортного средства при подготовке его к преодолению водной преграды по дну.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при сборке и балансировке гибких роторов компрессоров, турбоагрегатов и валопроводов газоперекачивающих агрегатов.

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения, а именно к оборудованию для испытаний гидравлических ясов. .

Изобретение относится к испытанию и техническому диагностированию машин, в частности к способу тяговых испытаний транспортных машин (преимущественно трактора) при трогании с места под нагрузкой.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использован для определения положения центра масс объектов энерго-, тяжелого и транспортного машиностроения, например, крупногабаритных объемных металлоконструкций.

Изобретение относится к оборудованию для испытаний на надежность окон, дверей, различных открывающихся створок и может быть использовано при механических испытаниях.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к технологии балансировки вращающихся элементов роторных систем, например центробежных насосов, компрессоров, центрифуг и др.

Изобретение относится к области балансировочной техники, в частности к динамической балансировке роторов. Способ заключается в следующем. В опоры балансировочного стенда устанавливают ротор, имеющий расположенные на торцах две плоскости коррекции, одна из которых - балансировочная, а другая - пробная, обладающий известными предельно допустимыми параметрами асимметрии - значениями поперечного смещения центра масс и угла отклонения продольной главной центральной оси инерции относительно его геометрической оси. Приводят ротор во вращение, при вращении сначала определяют амплитуды и фазы вибраций обеих опор, вызванных начальными дисбалансами ротора. Затем, поочередно прикрепляя к каждой из плоскостей коррекции пробные грузы, снова определяют амплитуды и фазы вибраций обеих опор. После этого по полученным результатам рассчитывают коэффициенты балансировочной чувствительности стенда и коэффициенты взаимовлияния плоскостей коррекции. Затем определяют значения и углы начальных дисбалансов в каждой плоскости коррекции, по которым находят начальные значения параметров массо-инерционной асимметрии. При превышении хотя бы одним из них заданного предельно допустимого значения создают балансировочный дисбаланс в балансировочной плоскости коррекции, для создания которого сначала моделируют появление дисбаланса в балансировочной плоскости коррекции, обеспечивающего исключение начального дисбаланса в этой плоскости коррекции, а затем с учетом коэффициента взаимовлияния плоскостей коррекции моделируют появление дисбаланса в балансировочной плоскости коррекции, обеспечивающего приведение параметров массо-инерционной асимметрии к значениям, не превышающим соответствующих заданных предельно допустимых значений. Технический результат заключается в возможности оптимизации параметров массо-инерционной асимметрии, повышении точности определения остаточных параметров дисбаланса и снижении трудоемкости процесса балансировки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к автомобильной технике. Способ профилактики работы двигателя автомобиля включает оценку соответствия топлива по его устойчивости к окислению на основании определения процентного содержания ВНТ в топливе питания двигателя посредством спектроскопии в ближней инфракрасной области с возможностью изменения указанного содержания и уведомление пользователя о качестве топлива на основании результатов вышеуказанного определения. Также представлен автомобиль, в отношении которого осуществим данный способ. Достигается повышение надежности профилактики. 2 н. и 9 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для балансировки роторов турбин. Способ заключается в следующем. Для геометрических параметров отливки турбины, сильнее всего влияющих на дисбаланс ротора, с учетом их максимальных отклонений, рассчитывают величины масс, смещенные от оси турбины. К этим параметрам относятся допуск круглости внутренней литейной поверхности обода, недолив входных и выходных кромок лопаток турбины и допуск на отклонение литейных размеров втулки. По найденным значениям смещенных масс указанных параметров на едином выбранном радиусе определяют соответствующие им массы балансировочного пояса, необходимые для ликвидации дисбаланса. Учитывая возможное изготовление ротора турбины с максимальными отклонениями параметров, сгруппированных на одной стороне турбины, находят оптимальную массу балансировочного пояса, которую нужно закладывать в конструкцию при проектировании, либо определяют пригодность литой заготовки турбины для дальнейшего использования в производстве. Технический результат заключается в уменьшении массы ротора, улучшении его динамических характеристик, повышении надежности и уменьшении времени балансировки ротора. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению массы, координат центра масс и моментов инерции изделий, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Стенд содержит станину, динамометры, динамометрическую платформу, датчики утла и устройства задания колебаний, трехкомпонентный динамометрический элемент, измеряющий моменты по трем ортогональным осям, при последовательных колебаниях изделия вокруг них. Устройства задания колебаний состоят из подвижных рам, соединенных между собой и со станиной шарнирами и системой пружин, при этом оси шарниров соединены с осями датчиков углов. Кроме того, стенд снабжен фиксаторами, обеспечивающими колебания изделия только вокруг той оси, относительно которой в настоящий момент выполняется измерение момента инерции. Трехкомпонентный динамометрический элемент состоит из четырех пластин, ориентированных вдоль координатных осей стенда, верхнего основания, на которое установлено изделие посредством крестовины, и нижнего основания, закрепленного на динамометрической платформе. Последнее закреплено так, что начало координат трехкомпонентного динамометрического элемента находился по вертикальной оси X выше, чем начало координат динамометрической платформы, которая опирается на динамометры, закрепленные в вершинах прямоугольной внутренней рамы, стороны которой параллельны горизонтальным осям Y и Z стенда и трехкомпонентного динамометрического элемента. Технический результат заключаемся в повышении точности измерений моментов инерции. 10 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для определения моментов инерции изделий. Устройство содержит подвижную часть, имеющую возможность колебаний вокруг оси, неподвижной относительно основания, например, под действием упругих элементов или сил гравитации, эталонное тело, имеющее элементы технологического базирования для закрепления его на подвижной части устройства. Эталонное тело выполнено с дополнительными элементами технологического базирования, расположенными симметрично относительно основных элементов. При этом центр масс эталонного тела расположен асимметрично относительно основных и дополнительных элементов базирования эталонного тела. Элементы технологического базирования выполнены в виде базовых отверстий на подвижной части устройства, которые совмещаются с базовыми отверстиями на эталонном теле и изделии посредством штифтов, служащих и для закрепления эталонного тела и изделия на подвижной части. Технический результат заключается в повышении точности измерений и упрощении их проведения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способам инерционных испытаний ременных и цепных передач и позволяет определить момент инерции ременных и цепных передач. Способ заключается в том, что ко входному валу ременной (цепной) передачи через соединительную муфту подсоединяется выходной вал электрического двигателя. При этом момент инерции ременной (цепной) передачи определяется как отношение произведения разности углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта» и углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта, ременная (цепная) передача» на сумму момента инерции электрического двигателя и момента инерции соединительной муфты к угловому ускорению системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта, ременная (цепная) передача». Технический результат - обеспечение возможности определения момента инерции ременных и цепных передач с учетом действия сил трения в опорах валов, износа основных элементов, двигающихся поступательно и вращательно. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам измерения мощности потерь энергии в подшипниках качения. Сущность способа измерения мощности потерь на трение в подшипниках качения заключается в том, что мощность потерь энергии в подшипнике качения определяется как произведение суммы моментов инерции системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения» на сумму угловой скорости и половины приращения угловой скорости за период, в течение которого определено угловое ускорение системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения», с учетом приведенного момента инерции сопротивления качению на разность углового ускорения системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта» и углового ускорения системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения», определенного с учетом приведенного момента инерции сопротивления качению. Технический результат заключается в возможности измерения мощности потерь энергии в отдельном подшипнике качения с высокой частотой. 1 ил.

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для выполнения прецизионной динамической балансировки роторов гироскопов. Устройство содержит измерительную систему, приспособление для установки балансируемого изделия и датчик контрастной метки, размещенные на основании измерительной системы, расположенном в вакуумируемой камере, систему охлаждения и откачки-закачки воздуха, лазер, предназначенный для удаления материала с поверхности балансируемого изделия, систему защиты узлов, деталей и поверхности балансируемого изделия от загрязнения продуктами лазерной обработки, пневматически связанную с системой охлаждения и откачки-закачки воздуха, источник питания привода балансируемого изделия, а также модули электроники, электрически связанные с датчиками для измерения дисбаланса и с информационно-управляющей системой на базе ПЭВМ и предназначенные для управления балансировкой изделия. В станок введены излучатели первой и второй плоскостей коррекции, связанные оптически с системой ввода лазерного излучения в вакуумную камеру и электрически - с модулями электроники, система ввода лазерного излучения в вакуумную камеру связана оптически с излучателями первой и второй плоскостей коррекции и с системой переключения направления лазерного излучения между плоскостями коррекции. Технический результат заключается в возможности проведения процесса балансировки в автоматическом режиме при повышении точности процесса балансировки и упрощении его проведения, а также упрощении процесса перехода на балансировку других объектов балансировки. 5 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам инерционных испытаний червячных редукторов, и может быть использовано для их исследования на энергоэффективность. Сущность изобретения заключается в том, что ко входному валу червячного редуктора через соединительную муфту подсоединяется выходной вал электрического двигателя, а момент инерции червячного редуктора определяется как отношение произведения разности углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта» и углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта, червячный редуктор» на сумму момента инерции электрического двигателя и момента инерции соединительной муфты к угловому ускорению системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта, червячный редуктор». Технический результат заключается в возможности определения момента инерции червячного редуктора с учетом сил трения и износа элементов редуктора. 1 ил.

Ротор с компенсатором дисбаланса содержит рабочее колесо ступени турбомашины и компенсатор дисбаланса колеса в виде балансировочного груза, выполненного в форме сегмента с круговыми внешней и внутренней поверхностями и стопорным элементом. Ротор имеет, по меньшей мере, с одной стороны в теле колеса выемку с кольцевыми внешним и внутренним поднутрениями. Снаружи по торцу колеса напротив внешнего поднутрения выполнен кольцевой выступ с пазами, а напротив внутреннего поднутрения - наружный бурт. Сегмент внешней конической и внутренней поверхностями установлен в поднутрениях выемки колеса и зафиксирован отгибом стопорного элемента в паз выступа. Ось паза расположена в плоскости продольной оси колеса под углом к последней. При работе турбомашины балансировочный груз своей конической поверхностью контактирует со скольжением с конической поверхностью внешнего поднутрения выемки диска и надежно поджимается центробежными силами своей торцевой поверхностью к торцевой поверхности колеса. Изобретение позволяет упростить балансировку ротора, например рабочего колеса ступени турбомашины, за счет исключения его снятия со станка при балансировке, уменьшить нагрузки на подшипники ротора и увеличить быстроходность турбомашины за счет повышения точности и стабильности балансировки колеса, повысить надежность крепления балансировочного груза в колесе и срока службы колеса турбомашины. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх