Procédé et appareil pour déterminer le déséquilibré dynamique d'un élément de machine rotatif après qu'il a été statiquement équilibré. La présente invention est au procédé et un appareil pour déterminer le déséquilibre dynamique d'un élément de machine rotatif après qu'il a été statiquement équilibré afin que l'on puisse rectifier une réparation im propre de sa masse qui provoque des cla quements et des vibrations lors de sa rotation en dépit de ce que ledit élément a été sta- tiquement équilibré sur son axe de rotation.
On sait qu'un élément de machine rotatif peut être dans un tel équilibre statique approximativement parfait qu'il reste station naire dans n'importe quelle position angulaire lorsque sonr arbre est placé sur des couteaux horizontaux, mais que lorsque l'élément ainsi équilibré est en fonctionnement il peut vibrer par suite d'inégalités dans la répartition de la masse.
On peut démontrer que dans un corps statiquement équilibré, c'est-à-dire un corps dont le centre de gravité est dans son axe de rotation, un déséquilibre mécanique ne peut provenir pendant la rotation que de la présence d'un couple centrifuge agissant dans un plan perpendiculaire â l'axe de rotation, qui est la résultante de toutes les inégalités existant dans la répartition de la masse.
Le procédé suivant la présente invention permet de déterminer la valeur et la direc tion de ces couples centrifuges gênants dans les éléments de machine rotatifs.
Le dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'un appa reil suivant l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective d'une partie d'un tour avec des dispositifs permet tant une mise en oeuvre du procédé de la pré sente invention, donnée à titre d'exemple, et montre un induit de dynamo monté en posi tion opérante pour être essayé en vue de quelque déséquilibre dynamique existant; La fig. 2 est une élévation latérale d'une partie de l'appareil utilisée pour engendrer et déterminer une force d'équilibrage néces saire pour surmonter un déséquilibre méca nique du corps à essayer;
La fig. 3 est une élévation latérale d'une autre partie de l'appareil adaptée pour sup- porter l'extrémité libre de l'arbre du corps rotatif tout en servant à accentuer la vibra tion de l'arbre latéralement afin de rendre le déséqlulibre dynamique plus perceptible.
En se reportant au dessin, 5 désigne le bâti d'un tour de modèle ordinaire quelconque et 6 désigne le plateau de serrage de ce tour. 7 désigne l'élément de machine, dans le prêsent exemple un induit de dynamo, qui doit être essayé eu vue de déterminer tun déséquilibre dynamique existant quelconque, et 8 désigne l'arbre de l'induit, dont une extrémité est montée dans le plateau 6 du tour et est disposée pour être ainsi actionnée.
Sur le côté libre externe de l'arbre 8 est monte un dispositif d'équilibrage 10 qui est représenté en élévation latérale à la fig. 2 dit dessin, et qui consiste tout d'abord en un corps en forme de cadre elliptique 11, qui est symétrique par rapport à ses deux axes perpendiculaires l'un à l'autre et à l'axe de rotation. A chaque extrémité du cadre on a prévu un bossage 12 à filet interne pour y monter deux vis de réglage 13 disposées en sens contraire. Les vis de serrage 13 ont même forme et grandeur et chacune est mu nie à son extrémité interne d'un bloc de portée 14 pour engager la surface de l'arbre 8; des écrouts d'arrêt appropriés 15 son prévus, un pour chaque vis 13,à l'extérieur des bos sages 12 du cadre 11.
Toutes les parties du dispositif d'équili brage 10 sont construites, calibrées et équili brées avec précision, en sorte que lorsque le dispositif est centralemnent ajusté sur l'arbre et due l'arbre tourne, il n'y a pas d'effet centrifuge. En ajustant les vis de réglage 13. le centre de gravité du cadre 11 peut être déplacé à une distance désirée quelconque du centre de l'arbre pour créer ainsi une force cerntrifuge qui corresponde au moment d'inertie dit cadre 11 par rapport à l'axe de rotation. Lorsqu'on dessterre un peu les vis de ré glage 13, le cadre 11 peut être tourné sur l'arbre 8 et déplacé le long de celui-ci. La position du cadre peut donc être ajustée dans le sert angulaire et longitudinal par rapport à l'arlre.
L'extrémité libre de l'arbre 8 est soutenue de manière à lui permettre d'osciller, sans amortissement, transversalement à son axe, au moyen du dispositif représenté en éléva tion latérale à la fig. 3 dit dessin ; ce dispo sitif est aussi muni d'organes qui permettent de régler la périodicité de l'oscillation de genre pendulaire du support dans le but de porter celui-ci en résonance ou synchronisme avec la rotation de l'arbre et à augmenter de cette manière considérablement l'amplitude de vibration de façon à pouvoir l'observer plus aisément.
Ce dispositif de la fig. 2 comprend une plaque 16 qui est adaptée pour être boulon née ou autrement fixée art bâti du tour. De la plaque de base 16 s'étend vers le haut une patte 17 disposée centralement sur la quelle est rigidement montée une extrémité d'un ressort plat 18 dirigé vers le haut. L'extrémité libre supérieure du ressort plat 18 est fixée dans tin cadre 19 en forme d'étrier et le porte. L'extrémité supr@rieure de ce cadre est munie de branches 20 dans les quelles sont montés des galets 21. L'arbre 8 repose sur les périphéries des galets 21.
II faut remarquer que le cadre 19 et les parties associées, le tout ainsi qu'il est décrit ci- dessus, auraient une périodicité fixe d'oscil lation pendulaire libre qui naturellement tic s'harmoniserait pas toujours avec la périodi cité de vibration du corps à examiner et afin de synchroniser les deux mouvements on petit prévoir les parties décrites dans la suite.
Dans l'ouverture centrale du cadre 19 est placé un ressort de compression à boudin 2'3 de forme conique, dont une extrémité repose contre une partie du cadre 19 et dont l'autre extrémité repose contre une face d'un levier Une extrémité du levier \33 repose librement en 24 sur aire projection 25 qui s'étend de la plaque de base 16 vers le haut, et l'autre extrémité du levier 23 est portée de manière réglable par un goujon 26 vissé dans une embase 27 qui est montée dans la plaque de base 16.
Par suite de cette disposition le degré de compression du ressort '22 peut être changé à volonté pendant 1_a rotation de l'arbre 8 pour pouvoir ainsi régler et syn chroniser la périodicité de l'oscillation latérale libre de l'extrémité supérieure du cadre 19 et de ses parties associées.
Dans le but d'indiquer l'amplitude de la v ibra ition k atérale, titi indicateur à cadran 28 de construction connue est prévu et est muni d'un bras de contact 29 dont l'extrémité in férieure est placée pour porter contre la sur face de l'arbre 8. Il faut toutefois comprendre que le seul but de l'indicateur 28 est d'aider à approcher et à atteindre l'équilibre de l'élé ment 7 lorsqu'on fait des essais pour régler le dispositif d'équilibrage 10, et d'aider au réglage de la tension du ressort de synchrro- nisation 22 du palier de support.
Le fonctionnement de l'appareil peut être aisément compris. Après que l'élément de machine à essayer est statiquement équilibré d'une marnière quelconque, il est alors rréces- saire de déterminer le déséquilibre dynamique et sa valeur de façon à pouvoir le corriger.
L'élément de machine est disposé ainsi qu'il est représenté à la fig. 1, avec le dispositif d'équilibrage 10 disposé ainsi qu'il est repré senté, et l'opérateur petut ensuite, par des essais déterminer exactement la position an gulaire du cadre 11, le déplacement radial de son centre de gravité ainsi que sa position longitudinale sur l'arbre pour que la vibration latérale de l'extrémité de l'arbre portée par la partie pendulaire du palier soit supprimée, ledit palier étant ajusté ainsi qu'il est ci- dessus décrit pour accentuer l'amplitude de la vibration.
En mesurant la projection des extrémités des deux vis de réglage 13, on peut se rendre compte de la grandeur du dé placement du cadre 11 et on peut déterminer la valeur de la force centrifuge pour une certaine unité de vitesse. En multipliant la valeur ainsi obtenue par la distance du dis positif d'équilibrage 10 du point de fixation de l'arbre 8 dans le plateau 6 on reçoit la valeur qui est requise pour corriger l'illégalité de la répartition de la masse de l'élément de machine à examiner et d'après cette valeur et la direction du cadre 11 la quan tité et l'emplacement des changements de correction requis peuvent être déterminés.
La dite distance intervient dans cettedétermina- tion, parce que la valeur absolue de la vi bration latérale d'un élément donné augmente avec la distance de ses points du point de fixation de l'élément dans le plateau 6.
Le procédé et l'appareil décrits sont simples et efficaces et permettent de déter miner rationnellement les changements né cessaires à effectuer dans des éléments de machine rotatifs et la valeur de ces change ments petut être déterminée en fonctions d'une seule dimension linéaire, à savoir la grandeur du déplacement du centre de gravité du dispositif d'équilibrage 10, quantité qui est indiquée par la différence des projections des extrémités des vis de réglage 13. Lorsque la valeur du couple d'équilibrage est ainsi déterminée, le mécanicien peut alors déter miner la grandeur et l'emplacement de l'alé sage on l'addition de poids nécessaire pour équilibrer l'élément de machine dynamique ment.
A method and apparatus for determining the dynamic imbalance of a rotating machine element after it has been statically balanced. The present invention is to the method and apparatus for determining the dynamic imbalance of a rotating machine element after it has been statically balanced so that a clean repair of its mass can be rectified which causes clicking and knocking. vibrations during its rotation despite the fact that said element has been statically balanced on its axis of rotation.
It is known that a rotating machine element can be in such approximately perfect static equilibrium that it remains stationary in any angular position when its shaft is placed on horizontal knives, but when the element thus balanced is. in operation, it may vibrate as a result of inequalities in the distribution of mass.
It can be shown that in a statically balanced body, that is to say a body whose center of gravity is in its axis of rotation, a mechanical imbalance can only arise during rotation from the presence of a centrifugal torque acting in a plane perpendicular to the axis of rotation, which is the result of all the inequalities existing in the distribution of mass.
The method according to the present invention makes it possible to determine the value and the direction of these troublesome centrifugal torques in the rotating machine elements.
The accompanying drawing represents, by way of example, an embodiment of an apparatus according to the invention.
Fig. 1 is a perspective view of part of a lathe with devices allowing both an implementation of the method of the present invention, given by way of example, and shows a dynamo armature mounted in operating position for to be tried in view of some existing dynamic imbalance; Fig. 2 is a side elevation of part of the apparatus used to generate and determine a balancing force necessary to overcome a mechanical imbalance of the body to be tested;
Fig. 3 is a side elevation of another part of the apparatus adapted to support the free end of the shaft of the rotating body while serving to accentuate the vibration of the shaft laterally in order to make the dynamic imbalance more dynamic. perceptible.
Referring to the drawing, 5 denotes the frame of any ordinary model lathe and 6 denotes the clamping plate of that lathe. 7 designates the machine element, in the present example a dynamo armature, which must be tested in order to determine any existing dynamic imbalance, and 8 designates the armature shaft, one end of which is mounted in the plate 6 of the turn and is arranged to be thus actuated.
On the free outer side of the shaft 8 is mounted a balancing device 10 which is shown in side elevation in FIG. 2 said drawing, and which consists first of all of a body in the form of an elliptical frame 11, which is symmetrical with respect to its two axes perpendicular to each other and to the axis of rotation. At each end of the frame there is provided a boss 12 with internal thread for mounting two adjusting screws 13 arranged in opposite directions. The clamping screws 13 have the same shape and size and each is fitted at its internal end with a bearing block 14 to engage the surface of the shaft 8; appropriate stop nuts 15 are provided, one for each screw 13, outside the bos wise 12 of the frame 11.
All parts of the balancing device 10 are constructed, calibrated and precisely balanced, so that when the device is centrally fitted to the shaft and as the shaft rotates, there is no centrifugal effect. . By adjusting the set screws 13. the center of gravity of the frame 11 can be moved any desired distance from the center of the shaft to thereby create a centrifugal force which corresponds to the moment of inertia said frame 11 with respect to the shaft. rotation axis. By loosening the adjusting screws 13 a little, the frame 11 can be turned on the shaft 8 and moved along it. The position of the frame can therefore be adjusted in the angular and longitudinal serves relative to the arlre.
The free end of the shaft 8 is supported so as to allow it to oscillate, without damping, transversely to its axis, by means of the device shown in side elevation in FIG. 3 says drawing; this device is also provided with members which make it possible to adjust the periodicity of the pendulum-type oscillation of the support in order to bring the latter in resonance or synchronism with the rotation of the shaft and to increase in this way considerably the amplitude of vibration so as to be able to observe it more easily.
This device of FIG. 2 includes a plate 16 which is adapted to be bolted or otherwise secured to the frame of the lathe. From the base plate 16 extends upward a tab 17 disposed centrally on which is rigidly mounted one end of a flat spring 18 directed upward. The upper free end of the flat spring 18 is fixed in a stirrup-shaped frame 19 and carries it. The supr @ higher end of this frame is provided with branches 20 in which are mounted rollers 21. The shaft 8 rests on the peripheries of the rollers 21.
It should be noted that the frame 19 and the associated parts, the whole as described above, would have a fixed periodicity of free pendular oscillation which naturally would not always harmonize with the periodicity of vibration of the body. to examine and in order to synchronize the two movements, the parts described below can be planned.
In the central opening of the frame 19 is placed a coil compression spring 2'3 of conical shape, one end of which rests against a part of the frame 19 and the other end of which rests against a face of a lever. lever \ 33 rests freely at 24 on the projection area 25 which extends from the base plate 16 upwards, and the other end of the lever 23 is carried in an adjustable manner by a stud 26 screwed into a base 27 which is mounted in the base plate 16.
As a result of this arrangement the degree of compression of the spring 22 can be changed at will during the rotation of the shaft 8 so as to be able to adjust and synchronize the periodicity of the free lateral oscillation of the upper end of the frame 19 and of its associated parts.
In order to indicate the amplitude of the k ateral vibration, a dial indicator 28 of known construction is provided and is provided with a contact arm 29, the lower end of which is placed to bear against the sur. face of shaft 8. It should be understood, however, that the sole purpose of indicator 28 is to assist in approaching and achieving equilibrium of item 7 when attempting to adjust the control device. balancing 10, and to aid in the adjustment of the tension of the synchronization spring 22 of the support bearing.
The operation of the apparatus can be easily understood. After the machine element to be tested is statically equilibrated to any marl, it is then necessary to determine the dynamic imbalance and its value so that it can be corrected.
The machine element is arranged as shown in FIG. 1, with the balancing device 10 arranged as shown, and the operator can then, by tests determine exactly the angular position of the frame 11, the radial displacement of its center of gravity as well as its position longitudinal on the shaft so that the lateral vibration of the end of the shaft carried by the pendulum part of the bearing is eliminated, said bearing being adjusted as described above to accentuate the amplitude of the vibration.
By measuring the projection of the ends of the two adjustment screws 13, one can realize the magnitude of the displacement of the frame 11 and one can determine the value of the centrifugal force for a certain unit of speed. By multiplying the value thus obtained by the distance of the balancing device 10 from the fixing point of the shaft 8 in the plate 6, we receive the value which is required to correct the illegality of the distribution of the mass of the machine element to be examined and from this value and the direction of the frame 11 the amount and location of the required correction changes can be determined.
The said distance is involved in this determination, because the absolute value of the lateral vibration of a given element increases with the distance of its points from the point of attachment of the element in the plate 6.
The disclosed method and apparatus are simple and efficient and permit a rational determination of the necessary changes to be made in rotating machine elements and the value of these changes can be determined in terms of a single linear dimension, namely the magnitude of the displacement of the center of gravity of the balancing device 10, an amount which is indicated by the difference in the projections of the ends of the adjusting screws 13. When the value of the balancing torque is thus determined, the mechanic can then determine the size and location of the bore have the added weight needed to balance the machine element dynamically.