RU2109260C1

RU2109260C1 - Method of dynamic balancing of machine cardan mechanism

Info

Publication number: RU2109260C1
Application number: RU95101987A
Authority: RU
Inventors: Ю.Ф. Устинов; В.А. Муравьев
Original assignee: Воронежская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 1995-02-09
Filing date: 1995-02-09
Publication date: 1998-04-20
Also published as: RU95101987A

Abstract

FIELD: transport and agricultural mechanical engineering. SUBSTANCE: method includes measurement of oscillation amplitudes of supports of cardan mechanism rotating input and output links by means of sensors, determination of value and locating of unbalance and installation of correcting mass on rotating links. Prior to measurement, cardan mechanism is placed on respective mobile machine, and its input and output links are coupled with corresponding links of machine kinematic chain. Drive wheels of machine are separated from supporting surface, and measurements are performed in process of operation of engine and entire spatial kinematic chain of machine. Dynamic balancing of cardan mechanism allows taking into account the error of cardan mechanism installation on machine and misalignment of cardan mechanism input and output links, which reduces vibration of frame and floor of mobile machine. EFFECT: more efficiency balancing. 4 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному, строительно-дорожному и сельскохозяйственному машиностроению. Оно может быть использовано при изготовлении любых мобильных машин, имеющих карданные механизмы. The invention relates to transport, road construction and agricultural engineering. It can be used in the manufacture of any mobile machines having cardan mechanisms.

Известны способы динамической балансировки вращающихся масс, в том числе и карданного механизма, входное и выходное звенья которого соосны и шарнирно соединены с подвижной относительно стойки частью балансировочного станка, включающие измерения датчиками амплитуд колебаний опор вращаемых входного и выходного звеньев карданного механизма, определение величины и расположения дисбаланса, а также установку на балансируемых вращающихся массах корректирующей массы [1], [2]. Known methods for the dynamic balancing of rotating masses, including the cardan mechanism, the input and output links of which are coaxial and pivotally connected to the moving part of the balancing machine relative to the rack, including measuring the vibration amplitudes of the bearings of the rotating input and output links of the cardan mechanism, determining the size and location of the imbalance , as well as the installation on the balanced rotating masses of the corrective mass [1], [2].

Однако эти способы балансировки не учитывают влияние погрешностей установки деталей карданного механизма в процессе сборки машины на уравновешенность карданного механизма в процессе сборки машины на уравновешенность вращающихся масс, а также несоосность входного и выходного звеньев карданного механизма на конкретной мобильной машине. However, these balancing methods do not take into account the influence of installation errors on the cardan mechanism during machine assembly on the balance of the cardan mechanism during machine assembly on the balance of rotating masses, as well as the misalignment of the input and output links of the cardan mechanism on a particular mobile machine.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ динамической балансировки карданного механизма, входное и выходное звенья которого соосны и шарнирно установлены на упругих опорах стойки, включающий измерение датчиками амплитуд колебаний опор вращаемых входного и выходного звеньев, определение величины и расположения дисбаланса, а также установку на балансируемых вращающихся массах корректирующей массы [3]. The closest technical solution to the proposed one is the method of dynamic balancing of the cardan mechanism, the input and output links of which are coaxial and pivotally mounted on the elastic supports of the rack, including measuring the vibration amplitudes of the supports of the rotating input and output links with sensors, determining the size and location of the imbalance, as well as installing on the balanced rotating masses of the corrective mass [3].

Однако этот способ динамической балансировки карданного механизма не учитывает влияние на уравновешенность вращающихся масс погрешностей установки деталей карданного механизма в процессе сборки конкретной мобильной машины, а также и то, что при установке на мобильной машине входное и выходное звенья не соосны. However, this method of dynamic balancing of the cardan mechanism does not take into account the influence on the balance of the rotating masses of the installation errors of the cardan mechanism parts during the assembly of a particular mobile machine, as well as the fact that the input and output links are not aligned when installed on a mobile machine.

Задачей изобретения является проведение динамической балансировки карданного механизма, учитывающее погрешности установки карданного механизма на машину и несоосность входного и выходного звеньев карданного механизма на мобильной машине. The objective of the invention is the dynamic balancing of the cardan mechanism, taking into account the errors of installation of the cardan mechanism on the machine and the misalignment of the input and output links of the cardan mechanism on a mobile machine.

Для этого в способе динамической балансировки карданного механизма, включающем измерение посредством датчика амплитуд колебаний опор вращающихся входного и выходного звеньев карданного механизма имеющего промежуточное звено, определение величины и расположения дисбаланса, перед измерением карданный механизм устанавливают на соответствующую машину, его несоосные входное и выходное звенья соединяют с соответствующими звеньями сопряженных механизмов собранной пространственной кинематической цепи машины, машину устанавливают своими мостами на опоры с разъединением приводных колес с опорной поверхностью, измерения производят в процессе работы двигателя и всей пространственной кинематической цепи машины, а корректирующие массы устанавливают на наклонное промежуточное звено карданного механизма. To do this, in the method of dynamic balancing of the cardan mechanism, including measuring by means of a sensor of oscillation amplitudes of the supports of the rotating input and output links of the cardan mechanism having an intermediate link, determining the magnitude and location of the imbalance, before measuring the cardan mechanism is installed on the corresponding machine, its non-aligned input and output links are connected to the corresponding links of the conjugate mechanisms of the assembled spatial kinematic chain of the machine, the machine sets its with bridges on bearings with separation of the drive wheels from the supporting surface, measurements are made during the operation of the engine and the entire spatial kinematic chain of the machine, and corrective masses are installed on the inclined intermediate link of the cardan mechanism.

Установка карданного механизма на соответствующую машину и соединение его несоосных входного и выходного звеньев с соответствующими звеньями сопряженных механизмов собранной пространственной кинематической цепи машины и проведение измерений в процессе работы двигателя и всей пространственной кинематической цепи машины позволяют осуществить более точную балансировку всех вращающихся масс с учетом действительных погрешностей установки этих масс на машину в процессе ее сборки. The installation of the cardan mechanism on the corresponding machine and the connection of its misaligned input and output links with the corresponding links of the conjugate mechanisms of the assembled spatial kinematic chain of the machine and measurements during the operation of the engine and the entire spatial kinematic chain of the machine allow more accurate balancing of all rotating masses taking into account the actual installation errors these masses on the machine during its assembly.

Увеличение точности балансировки карданного механизма и снижение вибрации пола кабины машины достигается и тем, что в результате установки карданного механизма на соответствующую машину балансировка карданного механизма выполняется при соответствующей этой машине теоретической несоосности входного и выходного звеньев карданного механизма в отличие от прототипа, когда указанные звенья устанавливаются соосно. An increase in the accuracy of balancing the universal joint mechanism and reducing the vibration of the floor of the cab is achieved by the fact that as a result of installing the universal joint mechanism on the corresponding machine, the universal joint mechanism is balanced with the theoretical misalignment of the input and output links of the universal joint mechanism, in contrast to the prototype, when these links are mounted coaxially .

Установка машины своими мостами на опоры с разъединением приводных колес с опорной поверхностью позволяет беспрепятственно вращаться приводным колесам мобильной машины и всем связанным с ними звеньями кинематической цепи, в том числе и звеньям карданного механизма в процессе работы двигателя. Это дает возможность осуществить более точную динамическую балансировку карданного механизма при неподвижно относительно опорной поверхности раме машины. Installing the machine with its bridges on the supports with the separation of the drive wheels from the support surface allows the drive wheels of the mobile machine and all the links of the kinematic chain, including the links of the cardan mechanism to rotate freely, during the engine operation to rotate freely. This makes it possible to carry out more accurate dynamic balancing of the cardan mechanism when it is stationary relative to the supporting surface of the machine frame.

Установка корректирующих масс на наклонное промежуточное звено карданного механизма обеспечивает уменьшение этих масс и удобство их крепления. The installation of corrective masses on the inclined intermediate link of the cardan mechanism ensures the reduction of these masses and the convenience of their fastening.

На фиг. 1 приведена схема реализации способа динамической балансировки карданного механизма автогрейдера ДЗ-122А-6, изготовляемого на Орловском ПО "Дормашина"; на фиг. 2 - схема установки карданного механизма для балансировки на автогрейдере ДЗ-122А-6; на фиг. 3 - спектры виброскоростей: лапы двигателя (кривые k и l), лапы коробки передач (кривые m и n), основной рамы автогрейдера ДЗ-122А (кривые p и r). Кривые k, m, p построены до выполнения динамической балансировки карданного механизма, а кривые l, n, r - после выполнения балансировки; на фиг. 4 -график для определения места установки уравновешивающего груза. In FIG. 1 is a diagram of an implementation of a method for dynamically balancing a gimbal mechanism of a DZ-122A-6 motor grader manufactured at Orelsky Dormashina; in FIG. 2 - installation diagram of a cardan mechanism for balancing on a grader DZ-122A-6; in FIG. 3 - spectra of vibration speeds: engine paws (k and l curves), gearbox paws (m and n curves), the main frame of the DZ-122A motor grader (p and r curves). Curves k, m, p are built before dynamic balancing of the cardan mechanism, and curves l, n, r - after balancing; in FIG. 4 is a graph for determining the location of the balancing load.

Выполняли динамическую балансировку верхнего карданного механизма, имеющего входное звено 1, крестовину 2, промежуточное звено 3, крестовину 4 и выходное звено 5 (фиг. 2). Карданный механизм устанавливали на автогрейдер так, чтобы его входное звено 1 было жестко соединено с коленчатым валом 6 двигателя 7, а выходное звено 5 жестко - с входным валом 8 коробки 9 передач. Входное 1 и выходное 3 звенья карданного механизма выполнены несоосными. Полученная кинематическая цепь 6-1-2-3-4-5-8 является пространственной, так как движение ее звеньев осуществляется в разных плоскостях. Ось вращения промежуточного звена 3 карданного механизма наклонена к осям вращения коленчатого вала 6 двигателя 7 и к осям вращения валов коробки передач 9. Приводные колеса 10 автогрейдера разъединены с опорной поверхностью 11 этих колес путем вывешивания рамы 12 над опорной поверхностью 11 на опорах 13 мостов автогрейдера (фиг. 1). Для измерения амплитуды колебаний опоры вращающегося входного звена 6 карданного механизма на лапу 14 двигателя 7 установлен вибродатчик 15 (фиг. 2). Для измерения амплитуды колебаний опоры вращающегося выходного звена 8 карданного механизма на лапу 16 коробки передач установлен вибродатчик 17. The dynamic balancing of the upper cardan mechanism with an input link 1, a crosspiece 2, an intermediate link 3, a crosspiece 4 and an output link 5 was performed (Fig. 2). The cardan mechanism was mounted on the grader so that its input link 1 was rigidly connected to the crankshaft 6 of the engine 7, and the output link 5 was rigidly connected to the input shaft 8 of the gearbox 9. Input 1 and output 3 links of the cardan mechanism are made misaligned. The resulting kinematic chain 6-1-2-3-4-5-8 is spatial, since the movement of its links is carried out in different planes. The axis of rotation of the intermediate link 3 of the cardan mechanism is inclined to the axis of rotation of the crankshaft 6 of the engine 7 and to the axis of rotation of the shafts of the gearbox 9. The drive wheels 10 of the grader are disconnected from the supporting surface 11 of these wheels by hanging the frame 12 above the supporting surface 11 on the supports 13 of the axles of the grader ( Fig. 1). To measure the amplitude of the vibrations of the support of the rotating input link 6 of the cardan mechanism, a vibration sensor 15 is installed on the paw 14 of the engine 7 (Fig. 2). To measure the amplitude of the vibrations of the support of the rotating output link 8 of the cardan mechanism, a vibration sensor 17 is installed on the gear arm 16.

Для измерения уровня виброскорости использовали прецизионный шумомер фирмы "Брюль и Къер" (Дания) типа 2203 с набором октавных фильтров типа 1613. Данный шумомер предназначен также и для измерения вибрации. Вибродатчики 15 и 17 входили в комплект шумомера. To measure the level of vibration velocity, we used a precision sound level meter from Bruhl & Kj фирмыr (Denmark) type 2203 with a set of octave filters type 1613. This sound level meter is also designed to measure vibration. Vibration sensors 15 and 17 were included with the sound level meter.

Измерения с помощью датчиков производили в процессе работы двигателя 7 при номинальной частоте вращения коленчатого вала 6, равной 1700 мин^-1. Использовали виброизмерительную аппаратуру ВМ-1.Measurements using sensors were made during the operation of the engine 7 at a nominal frequency of rotation of the crankshaft 6 equal to 1700 min ^-1 . Used vibration measuring equipment VM-1.

Динамическую балансировку карданного механизма выполняли путем установки одного уравновешивающего груза в плоскости A-A(фиг. 2) на конце промежуточного звена 3, обращенном к двигателю 7, и другого уравновешивающего груза в плоскости B-B на конце промежуточного звена 3, обращенном к коробке 9 передач. Dynamic balancing of the cardan mechanism was carried out by installing one balancing weight in the A-A plane (Fig. 2) at the end of the intermediate link 3 facing the engine 7, and another balancing weight in the B-B plane at the end of the intermediate link 3 facing the gearbox 9.

Для определения места установки и массы уравновешивающих грузов использовали методику А.Г.Верте [4]. To determine the installation location and the mass of balancing weights, we used the method of A. G. Werth [4].

Определение места установки и массы уравновешивающего груза в плоскости B-B (фиг. 2) выполняли следующим образом. Датчик 17 типа ДН-3 устанавливали на лапу 16 (фиг. 2) коробки 9 передач с правой стороны автогрейдера. При номинальной частоте вращения вала 6 двигателя 7 определяли виброскорость лапы 16 коробки 9 передач в вертикальном направлении. Затем радиусом r₁, пропорциональным в соответствующем масштабе размаху колебаний полученной виброскорости (дБ), описывали окружность с центром в точке О (фиг. 4). При проведении балансировки r₁ соответствовал 127 дБ. Для удобства радиус r=41,5 мм принимали равным радиусу наружной поверхности полого промежуточного вала карданного механизма. Так как этот радиус должен быть пропорционален размаху колебаний v₁ виброскорости лапы коробки передач в вертикальном направлении, то масштаб размаха колебаний полученной виброскорости получили равным μ_v = v₁/r₁ = 127/41,5 = 3,06 дБ/мм. .Determining the installation location and the mass of the balancing weight in the BB plane (Fig. 2) was performed as follows. A sensor 17 of the DN-3 type was installed on the paw 16 (Fig. 2) of the gearbox 9 on the right side of the grader. At the nominal frequency of rotation of the shaft 6 of the engine 7, the vibration velocity of the legs 16 of the gearbox 9 in the vertical direction was determined. Then, with a radius r ₁ proportional to the scale of the oscillations of the obtained vibration velocity (dB), a circle with a center at point O was described (Fig. 4). When balancing, r ₁ corresponded to 127 dB. For convenience, the radius r = 41.5 mm was taken equal to the radius of the outer surface of the hollow intermediate shaft of the cardan mechanism. Since this radius should be proportional to a sweep oscillation v ₁ paw gearbox vibration in the vertical direction, the scale of the obtained vibration amplitude vibrations received equal μ _v = v ₁ / r ₁ = 127 / 41.5 = 3.06 dB / mm. .

Из центра О проводили произвольно две прямые с углом 90^o между ними до пересечения их с окружностями в точках A и B. Устанавливали пробный груз с массой m_n=50 г в точке A звена 3 и при работающем двигателе измеряли виброскорость лапы 16 коробки 9 передач (фиг. 2). Затем выполняли аналогичное измерение при установке этого же пробного груза в точке B звена 3 (фиг. 4). При измерениях были получены виброскорости соответственно 116 и 134 дБ.From the center O, two straight lines were drawn arbitrarily with a 90 ^° angle between them until they intersected with the circles at points A and B. A test load was installed with a mass m _n = 50 g at point A of link 3 and, with the engine running, the vibration speed of the paw 16 of gearbox 9 was measured (Fig. 2). Then, a similar measurement was performed when installing the same test load at point B of link 3 (Fig. 4). During measurements, the vibration velocities were 116 and 134 dB, respectively.

На фиг. 4 из точек A и B радиусами r₂ и r₃, пропорциональными в выбранном масштабе полученным виброскоростям, проводили дуги. Точку C пересечения этих дуг соединяли с точкой О прямой линией. Эту прямую продолжали до пересечения в точке D с окружностью, проведенной радиусом r₁. Полученная точка D и определяла место установки уравновешивающего груза. Пробный груз с вала снимался. Положение центра массы уравновешивающего груза, т.е. положение точки D в плоскости B-B на поверхности вала определи длиной дуги AD.In FIG. 4 from points A and B with radii r ₂ and r ₃ proportional to the selected vibrational velocities obtained, arcs were drawn. Point C of the intersection of these arcs was connected to point O by a straight line. This straight line was continued until the intersection at point D with a circle drawn with a radius r ₁ . The resulting point D determined the place of installation of the balancing load. Test load was removed from the shaft. The position of the center of mass of the balancing load, i.e. the position of point D in the BB plane on the shaft surface is determined by the arc length AD.

Устанавливали уравновешивающий груз в точке D вала в плоскости B-B. В плоскости B-B (фиг. 2) на звене 3 уравновешивающий груз устанавливали аналогично. Масса m_y уравновешивающего груза определяли из соотношения
m_y=m_n•r₁/l,
где
m_n - масса пробного груза;
r₁ - радиус окружности (фиг. 4);
l - длина отрезка CD (фиг. 4).Set the balancing weight at point D of the shaft in the BB plane. In the BB plane (Fig. 2) on link 3, the balancing weight was set similarly. The mass m _y balancing load was determined from the ratio
m _y = m _n • r ₁ / l,
Where
m _n is the mass of the test load;
r ₁ is the radius of the circle (Fig. 4);
l is the length of the segment CD (Fig. 4).

При расчете было получено значение m_y=183 г.In the calculation, the value m _y = 183 was obtained.

После установки уравновешивающего груза на поверхности звена 3 в плоскости B-B (фиг. 2) аналогичным образом определяли места установки и массы уравновешивающего груза в плоскости A-A звена 3 карданного механизма. При этом датчик виброскорости 15 устанавливали на лапе 14 двигателя 7. After installing the balancing weight on the surface of the link 3 in the plane B-B (Fig. 2), the installation locations and masses of the balancing weight in the plane A-A of the link 3 of the universal joint mechanism were determined. In this case, the vibration velocity sensor 15 was installed on the paw 14 of the engine 7.

Динамическая балансировка карданного вала по предлагаемому способу существенно снизила вибрацию рамы и пола кабины автогрейдера. Это видно из фиг. 3, где показаны спектры виброскоростей лап двигателя 7 и коробки 9 передач (фиг. 2), а также рамы 12 (фиг. 1) автогрейдера ДЗ-122A-6, полученные по предлагаемому способу до динамической балансировки карданного вала и после. Dynamic balancing of the driveshaft by the proposed method significantly reduced the vibration of the frame and floor of the cabin of the grader. This can be seen from FIG. 3, which shows the spectra of the vibration velocities of the paws of the engine 7 and the gearbox 9 (Fig. 2), as well as the frame 12 (Fig. 1) of the DZ-122A-6 motor grader, obtained by the proposed method before and after dynamic balancing of the driveshaft.

В результате выполнения динамической балансировки карданного механизма удалось снизить уровень виброскоростей на лапах двигателя 7 и коробки 9 передач 9 (фиг. 2) и раме 12 (фиг. 1) автогрейдера на 5 - 9 дБ при частоте вращения вала двигателя 1700 мин^-1 в октавной полосе частот 31,5 Гц и на 4 - 6 дБ в октавной полосе частот 63 Гц.As a result of dynamic balancing of the cardan mechanism, it was possible to reduce the level of vibration velocities on the legs of the engine 7 and gearbox 9 of the gear 9 (Fig. 2) and frame 12 (Fig. 1) of the grader by 5 - 9 dB at an engine shaft speed of 1700 min ^-1 in octave frequency band 31.5 Hz and 4-6 dB in the octave frequency band 63 Hz.

Источники информации. Sources of information.

1. Крайнев А. Ф. Словарь-справочник по механизмам. -М: Машиностроение, 1969, с. 22-23. 1. Krainev A. F. Dictionary-reference mechanisms. -M: Engineering, 1969, p. 22-23.

2. Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. -М.: Машиностроение, 1969, с. 556-562. 2. Kozhevnikov S.N. Theory of mechanisms and machines. -M.: Engineering, 1969, p. 556-562.

3. Колесник Н.В. Статическая и динамическая балансировка. -М.- Л.: Гос. научно-технич. изд-во машиностроительной и судостроительной литературы, 1954, с. 132, фиг. 116. 3. Kolesnik N.V. Static and dynamic balancing. -M.- L .: State. scientific and technical. publishing house of engineering and shipbuilding literature, 1954, p. 132, FIG. 116.

4. Колесник Н.В. Устранение вибрации машин. -М.: Машгиз, 1960, с. 320. 4. Kolesnik N.V. Elimination of vibration of cars. -M .: Mashgiz, 1960, p. 320.

Claims

Способ динамической балансировки карданного механизма, включающий измерение посредством датчиков амплитуд колебаний опор вращающихся входного и выходного звеньев карданного механизма, имеющего промежуточное звено, определение величины и расположения дисбаланса, отличающийся тем, что перед измерением карданный механизм устанавливают на соответствующую машину, его несоосные входные и выходные звенья соединяют с соответствующими звеньями сопряженных механизмов собранной пространственной кинематической цепи машины, машину устанавливают своими мостами на опоры с разъединением приводных колес с опорной поверхностью, измерения производят в процессе работы двигателя и всей пространственной кинематической цепи машины, а корректирующие массы устанавливают на наклонное промежуточное звено карданного механизма. A method of dynamically balancing a gimbal mechanism, including measuring, by means of sensors, the oscillation amplitudes of the supports of the rotating input and output links of a gimbal mechanism having an intermediate link, determining the size and location of the imbalance, characterized in that the gimbal mechanism is installed on the corresponding machine, its misaligned input and output links before measurement connect with the corresponding links of the conjugate mechanisms of the assembled spatial kinematic chain of the machine, the machine is installed ivayut its bridges to support the drive wheels from disengagement with the support surface, measurements are made during operation of the engine and the entire space of the kinematic chain of the machine, and corrective weight is mounted on the inclined intermediate gimbal mechanism.